機(jī)械壓力機(jī)模具自動更換

陳航宇

自動換模是壓力機(jī)的重要功能之一，除在生產(chǎn)中能夠提高生產(chǎn)效率，簡化人工操作步驟以外，也是實(shí)現(xiàn)全線自動化的一個必備功能。

自動換模分單機(jī)自動換模與全線自動換模兩種方式。

1 自動換模流程控制

1.1 單機(jī)自動換模

換模之前需在主操作盤上將功能轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到“換?！蔽恢?。單機(jī)自動換模過程包括：選擇新模具號、換模條件確認(rèn)、卸模流程、裝模流程四個步驟。

（1） 選擇新模具號

切換人機(jī)界面（HMI）到“模具列表”頁面（見圖1），在列表中選擇所要更換的新模具號，打開保存在配方中的模具參數(shù)表，查看頁面左上角“離線模具編號”，確認(rèn)打開的新模具編號無誤。新模具的所有參數(shù)從配方中調(diào)出后會在模具離線參數(shù)頁面的各個“輸入/輸出域”中詳細(xì)列出，查看相應(yīng)頁面并確認(rèn)無誤后即可進(jìn)行下一操作。

（2） 換模條件確認(rèn)

圖1 模具列表

切換HMI到“更換模具條件”頁面（見圖2），查看換模條件是否正常。即在安全系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、濕式離合器系統(tǒng)、平衡缸氣壓、保護(hù)油壓、主驅(qū)動系統(tǒng)、活動工作臺、模具夾緊器系統(tǒng)均正常，并且滑塊靜止在上死點(diǎn)的情況下滿足自動換模條件。因封閉高度為機(jī)械壓力機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)，所以必須在HMI上確認(rèn)封閉高度是否合理，在頁面的右上方有“當(dāng)前封閉高度”的數(shù)值顯示。此外，在換模前還需要核對模具編號，即在HMI的右側(cè)同時顯示出“在線模具編號”、“離線模具編號”以及“更換模具編號”，當(dāng)確認(rèn)無誤后可進(jìn)行下一操作。此處的“離線模具編號”為上一步驟中打開的模具號，“更換的模具編號”應(yīng)與“離線模具編號”相同，否則控制程序會在判別后中斷換模流程并在HMI上報出故障。

圖2 更換模具條件

（3） 卸模流程

切換HMI到“卸模流程”頁面（見圖3），當(dāng)按下操作盤上的“換模起停”帶燈按鈕后，按鈕的綠燈亮起，自動換模的卸模流程隨之開始。卸模流程如圖3左側(cè)所示，當(dāng)一個步驟完成時其紅色指示標(biāo)記會變?yōu)榫G色，最后，當(dāng)“外工作臺移入”步驟完成后卸模流程結(jié)束；此時，如果不需要進(jìn)行裝模操作，按下“換模結(jié)束”按鈕，便可結(jié)束換模過程；如果需要繼續(xù)裝模則可以切換到“裝模流程”畫面繼續(xù)監(jiān)控裝模過程。

應(yīng)注意在“調(diào)整滑塊至換模封閉高度”步驟完成時，應(yīng)確認(rèn)“當(dāng)前封閉高度”值與“當(dāng)前模具換模封閉高度”值保持一致。

（4） 裝模流程

切換HMI到“裝模流程”頁面（見圖4），各裝模步驟完成后相應(yīng)指示標(biāo)記會變?yōu)榫G色。在執(zhí)行“更換新的工藝參數(shù)”步驟時，程序會將“離線參數(shù)”傳送到“在線參數(shù)”的數(shù)據(jù)存儲塊中，替換掉原有的數(shù)據(jù)，使壓力機(jī)所有的操作按照新的模具參數(shù)執(zhí)行。當(dāng)“調(diào)整滑塊到用于零件沖壓的封閉高度”步驟結(jié)束后本次換模結(jié)束。

圖3 卸模流程

圖4 裝模流程

此處同樣應(yīng)注意：在“調(diào)整滑塊至新?lián)Q模封閉高度”步驟完成時，應(yīng)確認(rèn)“當(dāng)前封閉高度”值與“當(dāng)前模具換模封閉高度”值是一致的。

1.2 全線自動換模

該換模過程不需要操作人員參與，每臺壓力機(jī)在收到總控臺發(fā)出的新模具號與開始換模指令后便開始執(zhí)行自動換模的整個過程。其中新模具參數(shù)的打開是通過PLC程序觸發(fā)操作位來實(shí)現(xiàn)的。全線自動換模的具體步驟與單機(jī)自動換模完全相同，當(dāng)所有的動作都完成后，壓力機(jī)將會向主控臺發(fā)送“換模結(jié)束”的信號。

2 模具更換的正常流程

無論是單機(jī)換模還是全線自動換模，壓力機(jī)都會進(jìn)行下面流程：

（1）在整個換模操作期間，安裝在工作臺出口處的橙色指示燈在換模期間保持閃爍，該信號負(fù)責(zé)提示人們不要進(jìn)入工作臺光柵區(qū)域。

（2）主電機(jī)的速度降至5次/min，滑塊調(diào)整執(zhí)行到換模裝模高度位置，壓機(jī)行程到下死點(diǎn)，松開上模具，壓機(jī)返回到上死點(diǎn)。

（3）此時，新模具替換舊模具，一旦該過程結(jié)束，平衡缸氣壓和封閉高度將進(jìn)行調(diào)整，同時，壓力機(jī)下準(zhǔn)備移動的工作臺夾緊器松開并上升，安裝在工作臺附近的蜂鳴器發(fā)出聲響，左、右安全門打開，當(dāng)壓力機(jī)下的工作臺開始移出時，外側(cè)的工作臺開始移入。

（4）一旦兩個工作臺全部就位，安全門開始關(guān)閉，報警器停止鳴響，當(dāng)工作臺下降到位后夾緊器鎖緊工作臺，此時，平衡缸氣壓應(yīng)已經(jīng)調(diào)整完畢（否則壓機(jī)就要在上死點(diǎn)等待），壓力機(jī)開始下降到下死點(diǎn)并夾緊上模具，然后返回到上死點(diǎn)。壓力機(jī)的主電機(jī)開始加速到模具參數(shù)設(shè)定的沖壓速度，滑塊調(diào)整裝置將自動調(diào)整到設(shè)定值。

（5）當(dāng)以上所有動作結(jié)束后，壓力機(jī)將發(fā)送一個“換模結(jié)束”信號給主控臺，換模流程結(jié)束。

注意：廢料蓋板的關(guān)閉和打開不屬于換模流程內(nèi)容，而是由全線主控臺進(jìn)行控制。

3 特殊參數(shù)及安全功能

3.1 “沖壓封閉高度”與“換模封閉高度”

“沖壓封閉高度”就是壓力機(jī)工作時的封閉高度，即上下模具和模時壓力機(jī)的開口度，在我國過去自動化生產(chǎn)尚未普及或者對沖壓工藝要求不高的時期，在大多數(shù)手動生產(chǎn)線上的機(jī)械壓力機(jī)上只有這一種封閉高度。

“換模封閉高度”是帶有氮?dú)飧椎淖詣踊＞咚仨毜膮?shù)，這種模具在未使用時上模與下模之間由模具自帶的氮?dú)飧字味３忠欢ǖ拇怪本嚯x，在工作沖壓時壓力機(jī)會將氮?dú)飧字纬鰜淼目臻g完全壓縮掉，而在換模的過程中壓力機(jī)以微動速度運(yùn)行，此時壓力機(jī)無法克服氮?dú)飧椎闹瘟?。所以在換模過程中進(jìn)行封閉高度調(diào)節(jié)時必須考慮氮?dú)飧字纹饋淼木嚯x，這樣就引入了“換模封閉高度”的概念。

3.2 空工位

在生產(chǎn)某些零件時不需要沖壓線上的所有工位都投入工作，這就產(chǎn)生了空工位這一配方參數(shù)，在執(zhí)行卸模流程時空工位壓力機(jī)只需要將載有新模具的工作臺移入即可，而在執(zhí)行裝模流程時，空工位壓力機(jī)在更換新的工藝參數(shù)并識別出空工位信號后便結(jié)束換模。在一些自動化生產(chǎn)線中空工位壓力機(jī)會配備一套支撐工件的裝置，以供機(jī)器人在此過料。

3.3 工作臺光柵區(qū)域

為了使自動化沖壓生產(chǎn)線具備全封閉式安全防護(hù)措施，在工作臺左右移動的區(qū)域使用光柵封鎖進(jìn)行保護(hù)，在安全柵門打開的時候，工作臺光柵被激活，將因安全門打開而露出的安全缺口封鎖住，并且對移動中的工作臺進(jìn)行有效的安全防護(hù)，一旦有人或其他物體進(jìn)入光柵保護(hù)區(qū)域工作臺將立即停止移動，當(dāng)確認(rèn)工作臺移動范圍內(nèi)沒有人或物體阻礙后需要手動復(fù)位光柵。

4 配方數(shù)據(jù)記錄的傳送

4.1 數(shù)據(jù)庫建立及數(shù)據(jù)傳送

目前的機(jī)械壓力機(jī)均要求建立模具參數(shù)數(shù)據(jù)庫。模具參數(shù)數(shù)據(jù)庫可以通過兩種方式建立，一種是在PLC中建立足夠多的數(shù)據(jù)塊來保存模具參數(shù)，但是受存儲空間、數(shù)據(jù)格式等多方面的限制，存儲操作復(fù)雜，且存儲數(shù)據(jù)量有限，在HMI得到廣泛應(yīng)用后這種方式已經(jīng)不常使用。第二種就是在HMI中使用配方功能建立模具數(shù)據(jù)庫，這種方式功能強(qiáng)大、操作簡便且安全可靠，是當(dāng)前建立模具參數(shù)數(shù)據(jù)庫的首選方法。在單機(jī)自動換模中配方數(shù)據(jù)的傳送觸發(fā)通過HMI上的按鈕實(shí)現(xiàn)，而在全線自動換模的過程中，為了啟動配方數(shù)據(jù)的傳送需要建立一個采集模式為循環(huán)連續(xù)的BOOL變量，當(dāng)此變量狀態(tài)發(fā)生改變時，配方傳送指令將被激活（見圖5）。

4.2 配方組件間的相互作用

壓力機(jī)工作時所需要使用的各種配方以配方數(shù)據(jù)記錄的形式保存在HMI設(shè)備的配方存儲器中。在運(yùn)行時，下列組件間會發(fā)生相互作用：配方視圖/配方畫面、HMI設(shè)備配方存儲器及配方變量。

在HMI設(shè)備上，可以在配方視圖或配方畫面中顯示和編輯配方。在配方視圖中，可以顯示和編輯HMI設(shè)備內(nèi)部存儲器中的配方數(shù)據(jù)記錄。而在配方畫面中，將顯示和編輯配方變量的值。根據(jù)組態(tài)的不同，配方視圖中所顯示的數(shù)值將與配方變量的值保持同步。

圖5 配方數(shù)據(jù)記錄傳送

由于配方變量中包含有配方數(shù)據(jù)，在配方畫面中編輯配方時，配方值將保存在配方變量中。但是，根據(jù)組態(tài)的不同，配方變量的值與PLC內(nèi)的數(shù)值進(jìn)行交換的點(diǎn)會有所不同[1]。

對此，可以將配方變量與配方數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行同步，以便使兩者保存的值相同。

4.3 加載并保存配方數(shù)據(jù)

在配方視圖中，將從HMI設(shè)備上的配方存儲器中加載完整的配方數(shù)據(jù)記錄，或?qū)⑵浔４嬖贖MI設(shè)備上的配方存儲器中（見圖6）。

可以看出，加載時是從配方存儲器中將配方數(shù)據(jù)記錄的值加載至配方變量，而當(dāng)保存配方數(shù)據(jù)記錄的值時，是將配方變量的值保存到配方存儲器內(nèi)的一個配方數(shù)據(jù)記錄中。

4.4 在HMI和PLC之間傳送配方值

在配方視圖和PLC之間傳送完整的配方數(shù)據(jù)時，根據(jù)組態(tài)的不同，在配方畫面和PLC間有兩種傳送通道，一種是在PLC和配方變量之間傳送配方數(shù)據(jù)記錄；另一種是在PLC和配方變量間即刻傳送單個修改過的值。為了實(shí)現(xiàn)這兩種傳送功能，需要在配方中激活“同步變量”已啟用及“變量離線”已取消。

配方數(shù)據(jù)記錄可以直接在HMI和PLC間傳送。在這種情況下，無需在HMI上進(jìn)行顯示。

4.5 導(dǎo)出和導(dǎo)入配方數(shù)據(jù)記錄

可以從HMI設(shè)備配方存儲器中導(dǎo)出配方數(shù)據(jù)記錄，并將其保存在外部存儲介質(zhì)的CSV文件中。反之，也可以將這些記錄從外部存儲介質(zhì)中重新導(dǎo)入到配方存儲器中。

根據(jù)HMI設(shè)備的不同，可供使用的外部存儲介質(zhì)有存儲卡、USB記憶棒、硬盤等等。

5 換模流程的優(yōu)化

在模具更換的過程中某些步驟可以同步進(jìn)行，如耗時最長的裝模高度調(diào)整便可與氣壓調(diào)整、安全門升降、工作臺移動等操作同步進(jìn)行，通過優(yōu)化自動換模各步驟之間的控制時序后，可以縮短換模時間，提高生產(chǎn)效率。

圖6 加載并保存配方數(shù)據(jù)過程

6 換模故障出現(xiàn)時的處理

在換模的過程中出現(xiàn)故障時整個流程會自動停止，HMI上會顯示出當(dāng)前的停機(jī)故障，壓力機(jī)的狀態(tài)指示燈會顯示紅色報警，便于工作人員確定出現(xiàn)故障的壓力機(jī)。

如果出現(xiàn)的故障在不取消此次自動換模流程的情況下可以排除，在排除故障后按下故障復(fù)位與換模起停鈕，換模流程則會繼續(xù)執(zhí)行剩下的流程直至換模結(jié)束。

如果出現(xiàn)的故障在排除的過程中因需要進(jìn)行較多的操作而打亂了自動換模流程，則需要在HMI上按下“結(jié)束換?！扁o取消整個換模流程，當(dāng)壓力機(jī)的狀態(tài)恢復(fù)正常后，需要復(fù)位壓力機(jī)至未換模前的狀態(tài)，重新進(jìn)行自動換模。

全線自動換模時如果某臺壓力機(jī)出現(xiàn)故障，則此臺壓力機(jī)會即時的向總控臺發(fā)出故障信號，在總控臺的上位機(jī)監(jiān)控屏中可以直觀地顯示出故障壓力機(jī)的節(jié)點(diǎn)位置。任一單臺壓力機(jī)出現(xiàn)故障并不會影響生產(chǎn)線中其他壓力機(jī)的換模流程，但當(dāng)壓力機(jī)出現(xiàn)的問題需要維修人員進(jìn)入到生產(chǎn)線內(nèi)部維修時，則與此臺壓力機(jī)配合工作的機(jī)械手端拾器更換過程會停止并且復(fù)位到初始位置，與之相鄰壓力機(jī)的滑塊也會停止運(yùn)動，以保證檢修人員的安全。

7 結(jié)語

因機(jī)械壓力機(jī)的自動換模功能需要嚴(yán)密的邏輯控制，壓力機(jī)與機(jī)器人、主控臺之間的數(shù)據(jù)交換也要保持穩(wěn)定，且自動換模過程對壓力機(jī)自身穩(wěn)定性和可靠性的要求也非常高，所以自動換模功能是衡量機(jī)械壓力機(jī)制造水平的重要的指標(biāo)之一。

[1]觸摸屏配方功能在GJ50-10十輥矯直機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.作者：馮中華;陳志強(qiáng)；來自：中國金屬通報.發(fā)表時間：2011-07-11.