模具加工自動化生產(chǎn)線升級與改造

張守健 張勇

摘要：本文根據(jù)模具工件特點和工藝生產(chǎn)流程，進行了自動化生產(chǎn)線的規(guī)劃，主要采用了堆垛機和AGV叉車將現(xiàn)有機床進行聯(lián)線，并增加了模具周轉(zhuǎn)庫，AGV對接平臺等設(shè)備，組成自動化生產(chǎn)系統(tǒng)。

Abstract： In this paper， according to the characteristics of the mold workpiece and the process of production process， automatic production line planning， mainly using the stacker and AGV forklift to connect the existing machine tools， and increase the mold turnover warehouse， AGV docking platform and other equipment， composed of automatic production system.

關(guān)鍵詞：堆垛機;AGV;叉車

Key words： stacker;AGV;forklift truck

中圖分類號：TN081? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）16-0036-02

1? 概述

1.1 項目內(nèi)容描述

此次研制的模具加工自動生產(chǎn)線是針對模具工件的搬運而設(shè)計的整套物料搬運系統(tǒng)，配合現(xiàn)有HTM1000數(shù)控機床三臺，HTM630數(shù)控機床六臺，協(xié)鴻1300數(shù)控機床兩臺床構(gòu)成高產(chǎn)能、高精度且具有完整性的半自動化生產(chǎn)單元，以滿足實際的生產(chǎn)的需求。

因模具種類規(guī)格較多，加工節(jié)拍時間從1小時-2天不等，經(jīng)計算，自動化產(chǎn)線所使用的堆垛機，AGV叉車運行節(jié)拍均小于實際加工時間，節(jié)拍滿足要求。

1.2 加工產(chǎn)品

規(guī)格：模具種類較多，大小不一，選出生產(chǎn)量大的列為自動化產(chǎn)線加工產(chǎn)品;

尺寸：零件最大外形尺寸600×600×200mm;

材質(zhì)：合金鋼;

重量：<500kg。

1.3 模具自動化生產(chǎn)線總體要求

①以堆垛機為搬運模具載體，按照產(chǎn)品的制造工藝流程，將立式加工中心、 對接平臺連接成自動化加工生產(chǎn)線;

②采用原有海天數(shù)控機床，臺灣協(xié)鴻機床組建智能化加工車間;

③利用AGV系統(tǒng)、物流倉儲系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)等技術(shù)，對現(xiàn)有加工車間進行總體規(guī)劃、重新布局;

④以移動機器人AGV為自動化生產(chǎn)線配送、周轉(zhuǎn)加工模具。

2? 模具加工自動化生產(chǎn)線方案

2.1 項目總體布局圖（圖1）

2.2 項目工藝流程

模具加工生產(chǎn)線主要工序流程：

①人工在操作平臺將待加工模具裝配在上模，發(fā)送請求至AGV叉車;

②AGV叉車將人工操作平臺裝配的工裝搬運至指定的模具周轉(zhuǎn)庫中;

③機床加工完畢后，發(fā)送下料請求;

④堆垛機根據(jù)請求信號將相對應(yīng)機床的模具搬運至待加工機床;

⑤機床加工完畢后，發(fā)出下料請求信號，堆垛機將工件搬運至下料工位上;

⑥下料工位檢測工裝后，發(fā)送請求至AGV，AGV將加工好的工裝搬運至對接平臺上;

⑦由KBK將工裝吊裝至人工操作平臺;

⑧以上工作流程依次反復(fù)。

3? 主要生產(chǎn)設(shè)備

3.1 堆垛機

堆垛機主要由下橫梁、立柱、上橫梁，載貨臺等組成。下橫梁上裝有水平運行機構(gòu)、運行認址裝置、超速保護裝置的限速器等。立柱兩側(cè)的起升導(dǎo)軌，供載貨臺上下運行導(dǎo)向之用。在立柱上裝有起升機構(gòu)、高度條碼認止、終端限位裝置、電控柜及安全梯等。上橫梁上裝有定滑輪、上部運行導(dǎo)向輪裝置、過載松繩保護裝置等。下橫梁有鋼板焊接的箱式矩形斷面或采用槽鋼拼接而成的開口斷面兩種形式。

3.2 AGV叉車

AGV叉車由機械部分和電氣部分構(gòu)成。機械部分主要包括電池倉、電機倉、保險杠。貨叉、舉升門架、控制倉。電氣部分包括控制器、電池、伺服驅(qū)動器、充電連接器、傳感器等。

AGV的車體框架采用鋼板及鋼筋焊接，主要承重部位采取了加固設(shè)計保證AGV的載荷。主要倉體有驅(qū)動倉、電池倉和兩個電氣倉，車輪包括驅(qū)動輪、穩(wěn)定輪和負載倫，舉升機構(gòu)包括舉升門架、貨叉、鏈條及兩個起重缸。

①主要倉體：驅(qū)動倉內(nèi)部安裝有AGV的主要動力設(shè)備及其控制單元，包括驅(qū)動輪電機、舵電機及油泵電機以及伺服驅(qū)動器、接觸器等電氣設(shè)備。電池倉在2號電氣倉下方，將2號電氣倉上蓋拆下，并將2號電氣倉板向上抬起即可看到電池倉。1號電氣倉內(nèi)部安裝有控制器CVC600、顯示屏、電量表等設(shè)備。2號電器倉安裝版上主要安裝有開關(guān)電源及運動控制單元VMC20。

②車輪：AGV的車輪均采用聚氨酯材料，具有較強的耐磨性能。驅(qū)動輪由2.3kW電機帶動。穩(wěn)定輪用于平衡車體，可以360度靈活轉(zhuǎn)動。每側(cè)負載輪采用雙輪結(jié)構(gòu)，承載車體舉升負載時的主要重量。

③舉升機構(gòu)：采用液壓動力，舉升門架由兩側(cè)的起重缸帶動，起重缸為液壓缸由動力倉內(nèi)液壓泵提供動力。鏈條連接貨叉機構(gòu)，在起重缸的帶動下舉升或落下貨叉。

4? 機床改造

設(shè)備實施過程中，某些設(shè)備不具備自動化功能，對設(shè)備進行了如下改造：

4.1 機床硬件改造

與堆垛機對接的機床夾具改造為自動夾緊、松開形式（增加液壓控制系統(tǒng)）;機床增加自動門功能，以便堆垛機貨叉進出機床;增加機床鐵屑清理功能，使夾具定位面無殘留鐵屑。

4.2 機床控制改造

機床數(shù)控系統(tǒng)具有通過遠程I/O方式與堆垛機控制器通訊，完成堆垛機控制系統(tǒng)之間的動作及安全信號交互：機床控制PLC程序改造，增加與堆垛機控制器通訊的程序，實現(xiàn)下列信號的通訊。

5? 控制系統(tǒng)

總控系統(tǒng)是物流系統(tǒng)中設(shè)備執(zhí)行的控制核心并且負責(zé)堆垛機與加工設(shè)備間的動作協(xié)調(diào)，完成工件輸送，并具備極高的可靠性、易維護性及先進性。此外還提供內(nèi)容豐富，具備多種安全保護措施和操作模式，輔助工作人員進行設(shè)備操作和維護，是自動上下料物流系統(tǒng)中核心組成部分。

5.1 整體設(shè)計

本次項目電氣控制系統(tǒng)由5個系統(tǒng)組成，具有MES功能的工控機作為總控系統(tǒng)，堆垛機;工裝緩存庫;AGV叉車的控制器為子控制系統(tǒng);人工操作臺遠程操作平臺。各子系統(tǒng)根據(jù)MES總控系統(tǒng)提供的生產(chǎn)任務(wù)調(diào)度產(chǎn)生相應(yīng)的自動化作業(yè)。其中堆垛機采用西門子PLC作為控制器;工裝緩存庫采用工控機及PLC作為控制器;AGV叉車為整體采購，具有獨立的控制器。這3個子控制器相互之間采用PROFINET總線方式進行通訊，子系統(tǒng)與MES總控系統(tǒng)采用TCP/IP網(wǎng)線協(xié)議進行通訊。

整個自動化的電氣設(shè)計標(biāo)準采用IEC 204-1最新版。對PLC的輸入和輸出端預(yù)留15%的裕量。PLC等智能裝置在操作面板上具有編程接口。PLC程序采用模塊化的編程結(jié)構(gòu)，條理清晰，邏輯嚴謹，互鎖性強;對于各地址（包括中間單元）具有準確簡明的中文或英文注釋。對外圍的輸入和輸出元器件均有鋁標(biāo)牌。（標(biāo)牌上的標(biāo)號和圖紙一致，利于維護查找）。電氣系統(tǒng)性能可靠，能滿足機械上一切互鎖要求，電控系統(tǒng)具有嚴密的軟、硬件互鎖，可以保證在錯誤操作時，不能出現(xiàn)誤動作，以保證在部分易損件失效或誤觸發(fā)時自動線不會出現(xiàn)誤動作。

設(shè)備配置獨立的主操作面板，主操作面板為彩色圖形人機界面，中文或中英文切換界面，顯示設(shè)備狀態(tài)、故障信息等。并配備三色柱燈，可以遠距離觀察自動線的工作情況。

在布線時分開低壓電纜、動力電纜、電磁屏蔽，并留出足夠備用線。接近開關(guān)、光電開關(guān)、對射開關(guān)等現(xiàn)場用電氣元件的防護等級不低于IP67。

5.2 整體控制原理

在整條自動線上具有嚴密的安全互鎖方案，可以保障設(shè)備和人員的安全。

本次項目為模具加工自動生產(chǎn)線，模具的品種繁多，且加工時線內(nèi)機床設(shè)備無上下序的關(guān)系，每臺機床均可以完成完整模具工件的加工，而且加工時間長。根據(jù)自動生產(chǎn)線的上述特點，該自動線的操作將采取半自動半人工的方式。具體如下：

操作者根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)選擇工件毛坯，然后在人工裝夾工件工位的操作面板發(fā)出請求信號，請求AGV叉車取工裝上模到人工裝夾工位;裝夾完成后的工裝上模通過人工選擇裝入到工裝緩存庫的某個工位，由AGV完成搬運;

操作者人工選擇所需加工的模具工件，然后選擇自動線內(nèi)的某個機床進行加工;選擇機床前需通過MES總控系統(tǒng)把相應(yīng)的模具工件的加工程序傳輸?shù)皆摍C床內(nèi)，傳輸完成后才可以啟動堆垛機夾具搬運工件到對應(yīng)的機床中進行加工，堆垛機完成一次機床換料后將處于空閑狀態(tài)。機床內(nèi)安裝有高清攝像頭，操作者可以通過監(jiān)視器觀察機床的加工情況，如果加工出現(xiàn)問題，操作者可以在人工裝夾工位側(cè)機床遠程操作面板停止機床加工。

加工完成的工件由堆垛機放入到下料工位，再由AGV叉車運送到人工裝夾工位，由操作者拆卸成品模具工件，無工件的工裝上模再由AGV送回到工裝緩存庫的空位中。

6? 結(jié)束語

通過本項目的實施，實現(xiàn)了模具生產(chǎn)的自動化，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

參考文獻：

[1]孟繁華.機器人應(yīng)用技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1989.

[2]馬香峰.工業(yè)機器人的操作機設(shè)計[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1996.

[3]戚長政.自動機與生產(chǎn)線[M].北京：科學(xué)出版社，2004.

[4]遠洋，馮斌.大型雙動式拉延模具改造技術(shù)的應(yīng)用與推廣[Z].一汽解放汽車有限公司卡車廠，2020.

[5]生產(chǎn)系統(tǒng)低成本自動化改造[Z].浙江大學(xué).