自動(dòng)模具清洗方案

文/于順義·長(zhǎng)城汽車股份有限公司

新工廠策劃智能化工廠，其中智能化沖壓車間第一步需先實(shí)施全自動(dòng)無(wú)人化生產(chǎn)，為實(shí)現(xiàn)無(wú)人、少人生產(chǎn)，需各設(shè)備間能獨(dú)立協(xié)調(diào)，自行溝通調(diào)配需求，當(dāng)前設(shè)備獨(dú)立，需要由單獨(dú)人員來(lái)進(jìn)行操作調(diào)配，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)聯(lián)需求，以及數(shù)據(jù)全部上傳。現(xiàn)在模具清洗間是人工清洗，需要白班夜班至少2 人，尋找行業(yè)內(nèi)先進(jìn)方案，采用自動(dòng)配方控制機(jī)器人清洗，取消兩名模具清洗人員。模具清洗間主要運(yùn)用于沖壓車間汽車模具的清洗保養(yǎng)，采用電加熱清洗液的方式進(jìn)行模具清洗，清洗方式包含機(jī)器人自動(dòng)清洗和手動(dòng)清洗。尋找模具自動(dòng)清洗全套可實(shí)施的方案已迫在眉睫，本文從自動(dòng)供液系統(tǒng)的組成、機(jī)器人參數(shù)需求、集成方案三個(gè)方面來(lái)介紹自動(dòng)模具清洗方案。

基礎(chǔ)硬件

集成系統(tǒng)基本介紹

清洗對(duì)象：沖壓線所有模具，標(biāo)準(zhǔn)模具和小件可以運(yùn)用機(jī)器人自動(dòng)清洗，并配備手動(dòng)清洗工具支持完成自動(dòng)清洗不能完成的工作。

模具表面狀況：液壓油，拉延油，黃油以及各種灰塵和各種殘留鋅粉鐵屑等雜質(zhì)。

模具非金屬零部件：含塑料件、聚氨酯、氮?dú)飧准皦嚎s空氣缸密封件、電器元件及電纜等。

清洗液：清洗介質(zhì)為水基清洗液，可直接進(jìn)入廠區(qū)污水處理管網(wǎng)。

清洗質(zhì)量：模具清洗后，零件成形面通過目視和擦拭無(wú)顆粒雜質(zhì)和油污印記，各溝槽、構(gòu)件和臺(tái)面無(wú)雜質(zhì)、油污和顆粒沉積；不會(huì)對(duì)模具本體造成損傷。

清洗間

清洗間(圖1)結(jié)構(gòu)：清洗間不設(shè)置屋頂，一側(cè)開有通向車間模修區(qū)的物流門，采用電動(dòng)門用于模具的吊入吊出，以降低模具進(jìn)入清洗間時(shí)的吊裝高度。清洗間做隔離設(shè)備間將控制柜、機(jī)器人柜等放置在設(shè)備間內(nèi)。設(shè)備間設(shè)有對(duì)清洗間、模具維修區(qū)的手開門，方便人員進(jìn)出。

圖1 清洗間示意圖

清洗間內(nèi)側(cè)與外側(cè)有防水處理，防止水通過地面和墻體縫隙和搭接處滲透到房間外側(cè)造成腐蝕，修砌一定高度的防水墻。

清洗間設(shè)有多組照明LED 光源，照明亮度不小于500LuX，燈組防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP65。在清洗間與設(shè)備間，清洗間與外部夾墻設(shè)有觀察窗，使操作者能夠在操作位和外部觀察位直接觀察到清洗間內(nèi)設(shè)備運(yùn)行全景，清洗間觀察窗采用鋁型材框架加耐沖擊玻璃結(jié)構(gòu)，厚度不小于6mm。

清洗間地面過水格柵鋼采用熱鍍鋅，扁鋼+麻花鋼的方式，格柵間距不大于30mm，布滿清洗區(qū)域。整個(gè)流程的清洗，吹干，涂油工作都在清洗間進(jìn)行；清洗設(shè)備的各液槽，泵站，控制系統(tǒng)等都置于設(shè)備間內(nèi)。

模具采用行車吊裝，承載臺(tái)固定在清洗間內(nèi)，承重30t，承載臺(tái)規(guī)格：5000mm×2500mm，表面防銹。模具定位采用與模具夾緊槽對(duì)應(yīng)的定位鍵進(jìn)行定位；以滿足機(jī)器人清洗的定位精度，臺(tái)面需要有模具定位。承載臺(tái)固定于清洗房，臺(tái)面與模具底部接觸部分需要能夠?qū)Я鳎苊馇逑春竽＞叩撞糠e水。

高壓清洗泵站

泵站(圖2)有兩套恒壓泵組，壓力達(dá)到后停止，欠壓后自動(dòng)啟動(dòng)。泵站具有切換選擇手動(dòng)開關(guān)，使兩套泵站一備一用。前端壓力過大后有過壓排除功能，將多余壓力通過卸壓管路回到水箱。

圖2 泵站

指針壓力表方便現(xiàn)場(chǎng)人員查看壓力，模擬量壓力傳感器，能實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)壓力，反饋給控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程控制。7.5kW 電機(jī)使水壓能達(dá)到3 ～15MPa 無(wú)極可調(diào)。

在氣源管道后配置空氣過濾器，將壓縮空氣中的水分及顆粒狀物進(jìn)行過濾，然后通過空氣電加熱裝置(50 ～80℃可調(diào))接入吹干槍的管路中，并配置溫度顯示及控制系統(tǒng)，具有過熱保護(hù)功能。模具清洗后采用手持式吹氣槍人工吹干(配有長(zhǎng)、短吹氣槍各一把，兩條15m 長(zhǎng)螺旋軟管，SMC 快換接頭二套)。

動(dòng)作部分硬件

機(jī)器人

機(jī)器人選型，可選發(fā)那科R-2000iC/210WE，參數(shù)見表1。

表1 發(fā)那科R-2000iC/210WE 參數(shù)

210WE 機(jī) 器 人( 圖3)IP 等 級(jí)：IP67；相 比 于R-2000iB/210WE，最大化的提高了防塵、防滴、防銹性能；適用于機(jī)加工后的部件清洗作業(yè)；在清洗房高壓沖洗的惡劣環(huán)境下也可以使用。

圖3 210WE 機(jī)器人詳解

機(jī)器人及噴槍

噴槍15MPa 水管(圖4)，噴槍在6 軸位置可以200mm 余量伸縮調(diào)節(jié)，4 種方式的噴嘴：直噴、斜噴、扇形噴嘴，扇形氣嘴，4 種噴嘴布置可人工調(diào)節(jié)，簡(jiǎn)單方便。不銹鋼噴嘴耐腐蝕不生銹，免維護(hù)。上海知名水處理制作專家：水威品牌產(chǎn)品。采用剛度強(qiáng)、輕重量鋁合金材料，減輕6 軸負(fù)載，減少能耗，提高清洗節(jié)拍。

圖4 機(jī)器人及噴槍

移動(dòng)軌道

機(jī)器人選型一臺(tái)，通過滑動(dòng)軌道，使機(jī)器人能夠帶動(dòng)噴槍覆蓋整個(gè)工作區(qū)域。軌道采用自動(dòng)潤(rùn)滑，直通導(dǎo)軌。機(jī)器人參數(shù)見表2。

表2 機(jī)器人參數(shù)

軌道潤(rùn)滑采用電磁卸荷潤(rùn)滑泵貝奇爾品牌DSP 系列。DSP 系列電磁卸荷油脂泵用直流或交流電源驅(qū)動(dòng)，通過交(直)流電機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)使柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將潤(rùn)滑脂不斷輸出。該泵的最大特點(diǎn)是帶有電磁卸荷閥。通過程控器將潤(rùn)滑脂定時(shí)、定量地輸送至各潤(rùn)滑點(diǎn)。該泵內(nèi)置溢流閥，有效保護(hù)潤(rùn)滑系統(tǒng)。

電動(dòng)機(jī)(直流或交流)帶動(dòng)齒輪減速，通過偏心輪及連桿機(jī)構(gòu)，使柱塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。潤(rùn)滑脂通過吸、排油過程，經(jīng)過單向閥，一路潤(rùn)滑脂通過內(nèi)部單向閥經(jīng)出油口進(jìn)入PDI 潤(rùn)滑系統(tǒng)，另一路進(jìn)入卸荷閥(通電時(shí)卸荷閥關(guān)閉，斷電時(shí)卸荷閥打開卸荷)。

當(dāng)定量注油器充滿潤(rùn)滑脂后，經(jīng)過一定時(shí)間的延時(shí)，定量注油器上的發(fā)訊開關(guān)動(dòng)作，信號(hào)由程控器傳至電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。此時(shí)，電磁卸荷閥斷電卸荷，潤(rùn)滑系統(tǒng)管道中的油脂壓力卸荷，定量注油器潤(rùn)滑系統(tǒng)完成一次注油過程。

軌道選用R20 系列軌道(圖5)，選型SRUMA-15F iB-R20-6mL-H-J，行程6 米，左側(cè)拖鏈，高速型，自潤(rùn)滑，具體參數(shù)見表3。軌道使用FANUC 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過精密行星減速機(jī)、高精度齒輪齒條進(jìn)行傳動(dòng)，噪聲小，運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定，重復(fù)定位精度高；行走軸的運(yùn)動(dòng)直接由機(jī)器人控制器進(jìn)行控制，不需要再添加額外的運(yùn)動(dòng)控制器。

表3 SRUMA-15F iB-R20-6mL-H-J 具體參數(shù)

圖5 R20 系列軌道

該方案在示教軌跡時(shí)要注意不能在較大慣量姿勢(shì)下(圖6)急速擺動(dòng)，這樣對(duì)軌道齒輪齒條及減速機(jī)均有較大影響。

圖6 軌跡

控制系統(tǒng)

流程圖

流程作業(yè)如圖7 所示。

圖7 控制系統(tǒng)流程圖

控制系統(tǒng)硬件

采用西門子1511PLC，配備12 寸觸摸屏，ProfiNet 網(wǎng)絡(luò)通訊，進(jìn)行配方控制及操作。

清洗液水箱設(shè)有液位檢測(cè)、壓力檢測(cè)、聲光顯示，水槽液位為自動(dòng)控制。設(shè)有控制臺(tái)，整機(jī)開關(guān)、水溫調(diào)節(jié)旋鈕、清洗機(jī)開關(guān)布置在操作臺(tái)上。所有操作均在操作臺(tái)上顯示，并可設(shè)置；具有故障檢測(cè)功能，并可在操作臺(tái)上顯示；各種參數(shù)，如壓力、水溫等能自動(dòng)顯示。

安全采用西門子安全繼電器20I/4O(圖8)，可接10 個(gè)急停，串到現(xiàn)有PLC 內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)通訊控制。也可以直接將安全點(diǎn)串入機(jī)器人安全辦卡的安全點(diǎn)。

圖8 西門子安全繼電器

自動(dòng)控制理論

天車工將模具吊裝到位后，在觸摸屏上選擇相應(yīng)的模具號(hào)，并區(qū)分上下模，按下啟動(dòng)按鈕即可啟動(dòng)自動(dòng)清洗系統(tǒng)。機(jī)器人按照配方軌跡自動(dòng)運(yùn)行，噴槍開關(guān)切換按配方程序自動(dòng)控制。對(duì)于自動(dòng)清洗不達(dá)標(biāo)部分可人工干預(yù)，并完善進(jìn)配方里。

總結(jié)

自動(dòng)控制清洗模具系統(tǒng)，可以節(jié)約專業(yè)崗位人員，將模具清洗的數(shù)據(jù)記錄上傳至車間模具維保管理系統(tǒng)，便于模具管理工作開展。清洗完成后的模具自動(dòng)吊運(yùn)至指定位置，也可與模具存放庫(kù)存管理及自動(dòng)沖壓線上模系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)使用，一次性實(shí)現(xiàn)模具的自動(dòng)管理。