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新能源汽车企业车身外覆盖件冲压自动化生产线的设计

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-04-07 17:03:28    浏览次数:23    评论:0
导读

为了适应现代汽车生产企业中,对冲压生产线的智能化、准确化、标准化、柔性化的要求,提出了一种采用机器人自动化冲压生产线的自动化生产系统,该系统利用工业以太网进行通信,将自动生产线的自动上料、拆垛、双料检测等12道工艺流程之间建立有效的信息网络,使得生产线的工作效率提高,经过生产现场的初步试验,可以满足现代化新能源汽车企业车身外覆盖件冲压自动化生产的要求,大大降低了人力成本,提高了生产效率。

0 引 言

随着现代社会对环保型新能源汽车需求的增加,新能源汽车的生产质量,生产能力需要不断的提高,因此在现代汽车生产企业中,对生产线的智能化、准确化、标准化、柔性化的要求显著提高。为了符合现代社会在汽车需求量增加的要求,建立绿色能源型企业,对于汽车生产企业至关重要。其中汽车的冲压自动化生产线的建设则需以智能化、品质为规划特点,其自动化生产程度达到90%以上的目标要求[1]。汽车企业需要达到这一要求提高产品的生产效率,设计方案中的冲压自动化生产线中,引入了机器人,并且通过工业以太网进行设备之间的通信,增加了自动化程度,大大提高了生产的效率,降低了人力成本。

1 冲压自动化生产线选型方案分析

通过对国内外冲压自动化生产线生产方式的调查分析,现有汽车企业主机厂冲压车间一般选用两种自动化系统[2]

方案1:机械手自动化生产线;

方案2:机器人自动化生产线;

通过对两种方案从生产线方案设计、方案对比两个维度对比分析,两种自动化生产线均能满足生产需求,方案一机械手自动化线在人员数量投入、成品质量、安全性方面不如方案二机器人自动化生产线有优势,机器人自动化线柔性高,结合油压机生产节拍4次,综合成本效率两方面优先选择机器人自动化生产线。如表1所示。

1 机械手及机器人自动化生产线方案对比分析

通过以上表格中两个方案的对比可以看出,从成本的角度进行分析,显然机器人自动生产线的成本会高出机械手的自动化生产线。但是从每年总计投入上可以看出,机器人的自动生产线会节省成本较多,而且后期自动化设备生产运行的时间越长,则收益回越高。综上所述,选用方案二采用机器人自动化冲压生产线更有优势。如表2和图1所示。

2 手工线与自动化生产线成本投入对比分析表

图1自动化生产线投资成本趋势分析图

2 冲压自动化生产线方案设计

该冲压生产线采用5台机床全自动化连冲工艺设计,首台机床1600T,第二台1000T,其余3台为800T,机床与机床之间间距为6.5m。整个生产过程从拆垛开始采用全自动化生产,过程涵盖拆垛、清洗涂油、上件自动视觉对中、工位自动转移、抓取放件五个动作。

2.1 总体工艺方案设计

自动化冲压线的的中央控制单元选用了连线控制CPU采用西门子S7-317F-2DP。整个自动化生产线的通信部分采用了PROFIBUS现场总线的通信方式,其中上位监控显示屏与自动化生产线各站点PLC采用Profibus总线方式连接。自动化生产线中PLC与各种智能传感器和阀岛也是通过Profibus总线通讯连接,其中包括现场操作站、现场设备检测单元(接近开关、光电开关等)、现场其他输入设备、现场执行机构(如变频器、电磁阀等)等[4]。自动化联线 PLC 与压力机 PLC 之间的互锁信号通过 Profibus 总线的方式进行连接,连线 PLC与机器人控制系统之间通过 Profibus 总线进行数据交换。同时机器人控制系统配置标准的以太网接口,供编程使用。

自动上料完成后,拆垛机械手会自动移向新的垛料开始拆料。同时第二个垛料小车移出安全门的自动区域,装载下一垛料为接下来的生产作准备。自动拆垛机械手的真空吸盘由伺服驱动将板料吸住后抬起,经过双料检测后,经伺服拆垛机械手高速横移至磁性皮带机上方并放下。

板料通过皮带运输机经清洗机清洗、涂油工序后送入视觉对中位置进行板料的调整对中。视觉对中工位为整个工艺过程的关键工位,高清摄像头通过扫描板料的轮廓边界寸自动找寻获得板料中线位置,并将信息传递给机械手,机械手将自动调整板料到预设置的理论中线位置等待下一个指令。

板料再经双料检测装置确认为单张板料后,机器人会将板料运送到第一台压机模具中,当机器人移出压机干涉区域后,压机开始压制板料。压机压制完成后,滑块回到上限位位置,下料机器人将冲压工序完成的板料取出,旋转 180°,并放置于下台压机内部。后序机器人继续取料放至后序压机中,循环工作。板料由末端机器人放至线尾皮带机上,由工人对工件进行质量检测,并取走。示意图如图2所示。

2.2 自动化生产线工艺流程图

该机器人自动化冲压生产线包含自动上料、拆垛、双料检测等12道工艺流程,整条生产线仅需7人,每分钟可完成12个冲压件下线装箱,如图3所示。

2.3 冲压自动化生产线电气控制系统

冲压自动化生产线控制系统分为监控管理层和现场设备层两个部分。监控管理层由上料监控系统、5台连冲机床监控系统、下料监控系统三部分组成,相互之间通过工业以太网进行通信,现场设备层各设备之间通过Profibus总线进行通信。控制系统原理图如图4所示。

2.3.1 电气控制系统工作原理

自动化上下料系统的控制结构分设备层和监控管理层。设备层采用集中中央CPU+Profibus总线通讯的控制结构;监控管理层采用工业以太网协议,实现数据的快速传递。自动化生产线的各个位置采用各种自带PROFIBUS接口的智能传感器,这些传感器和PLC或者远程的I/O接口进行直接的通信,现场的其他设备如变频器、控制电磁阀等也通过相应的远程I/O和PLC之间进行通信。

图2 冲压自动化生产线工艺方案示意图

图3 自动化生产线工艺流程图

图4 冲压自动化生产线控制系统图

2.公职律师与政府法律顾问。政府法律顾问专指依法接受政府聘请,以自己的专业知识和技能为政府提供多方面法律服务的专业人员。政府法律顾问一般由社会律师担任,依据双方签订的聘用合同开展各项服务工作。法律顾问不是政府公务员,其服务具有阶段性和外部性。而公职律师是隶属于其服务对象的,是服务单位的内部人员,其职责范围较之政府法律顾问更为广泛,不仅包括为政府提供法律咨询意见,而且包括参与政府规范性文件的起草、审议及修改,代理参加诉讼和仲裁,受政府委托代办具体的法律事务等方面。可见,公职律师不等同于政府法律顾问。

自动化系统采用基于德国 Siemens 安全 PLC 的独立的安全总线保护系统。配备完善的安全装置,实时控制显示安全区域状况,及时发出声光报警信号或停机。 不具备总线连接的特殊设备将采用硬接线方式实现信息交换和连锁控制。 急停回路需要采用硬线互锁,急停发生时断开所有执行设备(包括机器人)急停回路。

2.3.2 监控显示屏

自动化冲压生产线的监控系统,采用了西门子WINCC上位监控系统,可以起到监控、控制、设定参数、报警等作用。 通过PROFIBUS总线将S7-300 PLC中的实时数据传送到监控触摸屏中,可以在中控室中,监控到现场的实时状态。设置了远程监控系统,可以通过上位监控系统对现场的部分信号实施控制。在上位监控系统中可以方便的修改运行参数,进行设备的故障报警并提供解决方法。

3 结 语

新能源汽车车身外覆盖件冲压自动化生产线建成以后,每年最大产量可以达到101万件零件的生产,可以满足每年最大产量8万辆整车的生产。该自动化生产线自动化程度高,产品一致性好,过程稳定,可有效降低过程人为故障风险,提高工人安全指数。自动化生产线是现代智能制造工厂的重要组成部分,在经济允许的条件下可以多多推广应用。

参考文献:

[1] 王春生.冲压工艺设备的技术进步与发展[J]. 机械工人(热加工).2006,(12):10.

[2] 朱伟成,徐成林.冲压技术发展趋势[J].汽车工业与材料.2007,(1):16-20.

[3] 髙崇悍,赵焉,李玉强.汽车覆盖件自动冲压生产线虚拟仿真技术研巧机[J].锻压技术2010,(35)1:10-13.

[4] 居跃峰.冲压装备自动化技术现状与发展[J].锻压装备与制造技术.2013,(3):25-27.


 
(文/小编)
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