文/廖端，顏亮，黃永普，何崇順，吳爾磊·廣汽乘用車(chē)有限公司宜昌分公司

在沖壓生產(chǎn)汽車(chē)零件時(shí)，壓力機(jī)的往復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)模具反復(fù)沖壓，當(dāng)壓機(jī)每次下壓時(shí)，下模內(nèi)設(shè)計(jì)的斜楔滑車(chē)機(jī)構(gòu)來(lái)保證上模下壓前滑車(chē)驅(qū)動(dòng)到位。本文基于沖壓線壓機(jī)單機(jī)18SPM要求，通過(guò)增加壓機(jī)角度和機(jī)器人位置組合控制模具自動(dòng)化氣源時(shí)序，優(yōu)化壓機(jī)下壓時(shí)確保下?；?chē)驅(qū)動(dòng)到位以及機(jī)器人抓件時(shí)滑車(chē)回退到位動(dòng)作。其中本文以沖壓線壓機(jī)角度控制滑車(chē)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)致滑車(chē)驅(qū)動(dòng)背靠斷裂為背景，在壓機(jī)角度控制通斷、機(jī)器人位置控制通斷的傳統(tǒng)自動(dòng)化氣源控制方式基礎(chǔ)上，提出一種新的自動(dòng)化氣源時(shí)序控制，即機(jī)器人位置控制“通”+壓機(jī)角度控制“斷”，然后在PLC程序中新增氣源時(shí)序控制模式標(biāo)準(zhǔn)程序塊、HMI控制面板新增時(shí)序控制模式的選擇、新增滑車(chē)驅(qū)動(dòng)到位傳感器以及HMI控制面板新增滑車(chē)驅(qū)動(dòng)到位檢測(cè)選擇，并最終經(jīng)過(guò)12輪項(xiàng)目測(cè)試、整改優(yōu)化，增強(qiáng)了沖壓設(shè)備生產(chǎn)線的靈活性和快速性能。本創(chuàng)新提出了一種壓機(jī)角度和機(jī)器人位置組合控制的全新方式，解決了自動(dòng)化氣源控制無(wú)法滿足模具安全使用的問(wèn)題。

冷沖壓工藝，就是在室溫條件下通過(guò)裝置在壓力機(jī)里的模具對(duì)所要加工的材料施壓，使其形態(tài)發(fā)生變化產(chǎn)生分離，或者使原形態(tài)塑性變形，這樣就達(dá)到了得到所要求零件的目的，是在原材料基礎(chǔ)上的一種壓力加工模式。傳統(tǒng)沖壓機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線采用4臺(tái)壓力機(jī)，壓機(jī)間板料傳輸采用機(jī)器人抓取、投放零件。壓機(jī)的運(yùn)動(dòng)方式通過(guò)主傳動(dòng)裝置將主電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為滑塊的線性運(yùn)動(dòng)；經(jīng)離合器接合實(shí)現(xiàn)飛輪與高速軸同步運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)一步將扭矩能量傳遞到齒輪減速系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)滑塊下行程時(shí)飛輪釋放能量做功，上行程時(shí)飛輪儲(chǔ)存能量，為下次滑塊沖壓做準(zhǔn)備。通過(guò)立柱導(dǎo)軌導(dǎo)向，使上模下平面與下模上平面在運(yùn)動(dòng)中始終保持平行，模具隨著滑塊的運(yùn)動(dòng)使工件成形，如圖1所示。

圖1 壓力機(jī)工作方式

在一些冷沖壓模具的加工中，根據(jù)模具側(cè)面的凸緣、切邊、沖孔、切凹口等空間曲線往里彎曲進(jìn)行生產(chǎn)制作時(shí)，壓力機(jī)的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致滑車(chē)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在移動(dòng)的過(guò)程中受到方向的限制，而選取斜楔滑車(chē)機(jī)構(gòu)來(lái)達(dá)到模具生產(chǎn)的要求不僅降低了成本，提高了效率，而且生產(chǎn)出來(lái)的沖壓模具構(gòu)造合理緊湊，質(zhì)量效率高，實(shí)現(xiàn)了沖壓模具的便捷生產(chǎn)，擴(kuò)大了沖壓模具的應(yīng)用領(lǐng)域，并推動(dòng)了其創(chuàng)新的步伐。

因?yàn)橹萍螤顝?fù)雜多變，不可能在同一方向?qū)崿F(xiàn)完全的加工，所以在工作內(nèi)容與總體模具的沖壓方向成一定角度的時(shí)候，必須采用一種可以把沖壓方向的力改變方向的機(jī)構(gòu)。斜楔滑車(chē)機(jī)構(gòu)，包含著斜楔和滑車(chē)，其制動(dòng)需要二者的相互配合運(yùn)用，它運(yùn)用在不同范圍中的目的主要是改變壓機(jī)垂直運(yùn)動(dòng)的方向，斜楔滑車(chē)機(jī)構(gòu)是按照沖壓加工的需要，將壓機(jī)垂直方向的力轉(zhuǎn)變?yōu)閮A斜方向的力的一種機(jī)構(gòu)，作用主要是將垂直方向的力轉(zhuǎn)變?yōu)榕c沖壓方向成一定角度的力，如圖2、圖3所示。

圖2 斜楔滑車(chē)機(jī)構(gòu)三維圖

圖3 斜楔滑車(chē)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

壓機(jī)角度控制與機(jī)器人位置控制自動(dòng)化氣源簡(jiǎn)介

斜楔滑車(chē)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是通過(guò)氣缸通氣、斷氣方式驅(qū)動(dòng)，配合壓機(jī)上行、下壓動(dòng)作，完成零件沖壓方向的改變，而自動(dòng)化氣源控制氣缸的通氣、斷氣。自動(dòng)化氣源控制方式在創(chuàng)新之前有兩種控制方式：

第一種為壓機(jī)角度控制氣源的通及斷，即壓機(jī)達(dá)到一定角度時(shí)，自動(dòng)化氣源打開(kāi)，斜楔滑車(chē)機(jī)構(gòu)通氣，滑車(chē)驅(qū)動(dòng)到位；壓機(jī)到達(dá)另一個(gè)角度時(shí)，自動(dòng)化氣源關(guān)閉，滑車(chē)回退到位。

第二種為機(jī)器人位置(也稱(chēng)下料手)控制自動(dòng)化氣源通及斷，即下料手到達(dá)某個(gè)軌跡點(diǎn)時(shí)，自化氣源打開(kāi)，斜楔滑車(chē)機(jī)構(gòu)通氣，滑車(chē)驅(qū)動(dòng)到位；下料手到達(dá)另一個(gè)軌跡點(diǎn)時(shí)，自動(dòng)化氣源關(guān)閉，滑車(chē)回退到位。如圖4所示。

圖4 自動(dòng)化氣源控制方式

模具自動(dòng)化氣源時(shí)序與壓機(jī)沖壓時(shí)序控制創(chuàng)新過(guò)程

創(chuàng)新前的情況

⑴自動(dòng)化氣源通斷采用壓機(jī)角度控制。

OP30側(cè)圍模具內(nèi)含斜楔滑車(chē)機(jī)構(gòu)，采用壓機(jī)角度控制自動(dòng)化氣源通斷，壓機(jī)在30°時(shí)，氣缸正向通氣，滑車(chē)開(kāi)始動(dòng)作驅(qū)動(dòng)到位；壓機(jī)在220°時(shí)，氣缸反向通氣，滑車(chē)開(kāi)始動(dòng)作回退到位。壓機(jī)下行時(shí)，上滑塊與下滑塊接觸的感應(yīng)角度為30°～160°，因此驅(qū)動(dòng)氣缸必須驅(qū)動(dòng)到位，時(shí)間長(zhǎng)度為1.1秒，而由于側(cè)圍斜楔滑車(chē)機(jī)構(gòu)較大，氣源壓力一定時(shí)，驅(qū)動(dòng)氣缸到位核算實(shí)際時(shí)間長(zhǎng)度為1.8秒，遠(yuǎn)超過(guò)氣缸必須驅(qū)動(dòng)到位時(shí)間，因此在上滑塊與下滑塊接觸時(shí)，下滑車(chē)驅(qū)動(dòng)氣缸未驅(qū)動(dòng)到位，上模驅(qū)動(dòng)導(dǎo)板就與下模驅(qū)動(dòng)導(dǎo)板接觸撞擊，長(zhǎng)時(shí)間撞擊后斜面磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致斷裂風(fēng)險(xiǎn)。

壓機(jī)在30°時(shí)氣缸通氣，單機(jī)SPM≥12時(shí)，上模驅(qū)動(dòng)導(dǎo)板與下模驅(qū)動(dòng)導(dǎo)板存在接觸碰撞問(wèn)題，滑車(chē)驅(qū)動(dòng)背靠有斷裂風(fēng)險(xiǎn)；壓機(jī)在5°時(shí)氣缸通氣，單機(jī)SPM≥14時(shí)，上模驅(qū)動(dòng)導(dǎo)板與下模驅(qū)動(dòng)導(dǎo)板存在接觸碰撞問(wèn)題，滑車(chē)驅(qū)動(dòng)背靠有斷裂風(fēng)險(xiǎn)；因此OP30側(cè)圍采用壓機(jī)角度控制自動(dòng)化氣源通斷是不行的，如圖5所示。

圖5 斜楔機(jī)構(gòu)接觸碰撞示意

⑵自動(dòng)化氣源通斷采用機(jī)器人位置(下料手)控制。

通過(guò)在下料機(jī)器人的軌跡點(diǎn)設(shè)置自動(dòng)化氣源開(kāi)啟和關(guān)閉的位置，來(lái)控制模具內(nèi)氣缸的通斷，從而實(shí)現(xiàn)斜楔滑車(chē)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)與回退。

BP點(diǎn)為下料手抓件之前的點(diǎn)，在零件正上方30～50mm；P點(diǎn)為下料手機(jī)器人抓件點(diǎn)；AP點(diǎn)為下料手抓件后的點(diǎn)，在零件正上方30～50mm。下料手機(jī)器人按BP點(diǎn)→P點(diǎn)→AP點(diǎn)循環(huán)抓取板件。因此下料手控制自動(dòng)化氣源通斷，即下料手在AP點(diǎn)時(shí)氣缸正向通氣，滑車(chē)開(kāi)始動(dòng)作驅(qū)動(dòng)到位；下料手在BP點(diǎn)時(shí)，氣缸反向通氣，滑車(chē)開(kāi)始動(dòng)作回退到位。受OP30側(cè)圍機(jī)器人軌跡制約，BP點(diǎn)到P點(diǎn)的距離只有30mm，斜楔滑車(chē)機(jī)構(gòu)回退時(shí)間不夠，導(dǎo)致下料手抓件時(shí)掉件，此方法無(wú)法正常生產(chǎn)。如圖6、圖7所示。

圖6 機(jī)器人位置控制方式

圖7 機(jī)器人位置控制方式

模具自動(dòng)化氣源時(shí)序與壓機(jī)沖壓時(shí)序差異分析

⑴時(shí)序差異分析。

壓機(jī)下壓時(shí)，正常時(shí)序上模驅(qū)動(dòng)導(dǎo)板與下模驅(qū)動(dòng)擋板無(wú)接觸，而異常時(shí)序上模導(dǎo)板與下模導(dǎo)板有接觸，此關(guān)鍵點(diǎn)為：壓機(jī)角度控制自動(dòng)化氣源方式——?dú)飧昨?qū)動(dòng)時(shí)間不足；下料手控制自動(dòng)化氣源方式——?dú)飧谆赝藭r(shí)間不足，從表1可以看出。

表1 零件時(shí)序差異數(shù)據(jù)

⑵氣缸驅(qū)動(dòng)與回退時(shí)間分析。

壓機(jī)角度在30°時(shí)控制氣缸正向?qū)?，單機(jī)SPM≥12時(shí)，上滑塊與下滑塊接觸時(shí)間長(zhǎng)度為1.1秒，而側(cè)圍驅(qū)動(dòng)氣缸到位核算實(shí)際時(shí)間長(zhǎng)度為1.8秒＞1.1秒，上下導(dǎo)板存在接觸碰撞問(wèn)題；壓機(jī)角度在5°時(shí)控制氣缸正向?qū)?，單機(jī)SPM≥14時(shí)，上滑塊與下滑塊接觸時(shí)間長(zhǎng)度為1.3秒，而側(cè)圍驅(qū)動(dòng)氣缸到位核算實(shí)際時(shí)間長(zhǎng)度為1.8秒＞1.3秒，上下導(dǎo)板存在接觸碰撞問(wèn)題。具體見(jiàn)表2。

表2 壓機(jī)角度及下料手控制驗(yàn)證情況

創(chuàng)新改善步驟

⑴提出壓機(jī)角度和機(jī)器人位置組合控制的全新方式。

由于自動(dòng)化氣源全都由壓機(jī)角度控制通斷或者下料手控制通斷是行不通的，因此可采取壓機(jī)角度控制與機(jī)器人位置組合控制，即用下料手控制氣缸正向?qū)?，滑?chē)驅(qū)動(dòng)到位；用壓機(jī)角度控制氣缸反向?qū)ǎ?chē)回退到位，具體采用情況見(jiàn)表3。但是此創(chuàng)新對(duì)策設(shè)備不具備此功能，需優(yōu)化程序邏輯。

表3 下料手+壓機(jī)角度組合方式控制

⑵壓機(jī)角度和機(jī)器人位置組合控制改善步驟。

1)新增氣源時(shí)序控制模式標(biāo)準(zhǔn)程序塊，見(jiàn)圖8所示。

圖8 新增氣源時(shí)序控制模式標(biāo)準(zhǔn)程序塊

2)HMI控制面板新增新控制模式的選擇。

新增角度打開(kāi)+下料手關(guān)閉、下料手打開(kāi)+角度關(guān)閉兩項(xiàng)選擇，如圖9所示。

圖9 HMI控制面板新增新控制模式

3)HMI控制面板新增驅(qū)動(dòng)氣缸到位檢測(cè)信號(hào)情況選擇。

增加滑車(chē)回退到位檢測(cè)保護(hù)：增加滑車(chē)后退到位檢測(cè)開(kāi)關(guān)，程序中增加保護(hù)程序，當(dāng)壓機(jī)下壓到目標(biāo)角度時(shí)，如果滑車(chē)還未后退到位，壓機(jī)會(huì)緊急制動(dòng)，并報(bào)警滑車(chē)檢測(cè)異常。如圖10所示。

圖10 HMI控制面板新增驅(qū)動(dòng)氣缸到位檢測(cè)信號(hào)情況選擇

創(chuàng)新改善驗(yàn)證

⑴驗(yàn)證前提。

1)自動(dòng)化控制氣缸正向通氣，壓力機(jī)控制氣缸反向通氣；

2)單機(jī)滿足SPM18。

⑵下料手AP點(diǎn)氣缸驅(qū)動(dòng)到位時(shí)間驗(yàn)證如圖11所示。

圖11 下料手控制-時(shí)間采集

⑶壓機(jī)角度220°氣缸回退到位時(shí)間驗(yàn)證如圖12所示。

圖12 壓機(jī)角度控制-時(shí)間采集

⑷驗(yàn)證結(jié)果。

1)當(dāng)下料手經(jīng)過(guò)AP點(diǎn)時(shí)，氣缸正向通氣，到上模導(dǎo)板與下模導(dǎo)板接觸時(shí)，時(shí)間有3.8秒，而氣缸驅(qū)動(dòng)到位所需時(shí)間為1.8秒，滿足氣缸到位時(shí)間；

2)壓力機(jī)經(jīng)過(guò)220°時(shí)，氣缸反向通氣，到下料手抓取板件，時(shí)間有2.7秒，而氣缸回程所需時(shí)間也為1.8秒，滿足氣缸回位時(shí)間。

總結(jié)

本次創(chuàng)新提出了一種能通過(guò)壓機(jī)角度和取料機(jī)器人位置組合控制自動(dòng)化氣源的功能。

本創(chuàng)新欲保護(hù)點(diǎn)：杜絕模具上模插刀與下模滑車(chē)接觸，根治下模滑車(chē)斷裂風(fēng)險(xiǎn)。最新的控制模式能滿足模具自動(dòng)化氣源的時(shí)序控制要求，同時(shí)也滿足現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)、手動(dòng)和異常處理等各種生產(chǎn)模式下的要求，在保證模具安全的基礎(chǔ)上，沖壓線的效率也會(huì)有提升12.5%。