1、全自动汽车四门两盖柔性成型制造系统的设计与应用柔性制造先进制造技术133全自动汽车四门两盖柔性成型制造系统的设计与应用_柔性制造_先进制造技术_133全自动汽车四门两盖柔性成型制造系统的设计与应用_柔性制造_先进制造技术 0引言 汽车工业是拉动机床工业发展的火车头，在国际上，汽车强国一般同时又是机床强国。不仅是美、日、德、意诸国，就连新兴机床制造国，如韩国、西班牙的机床工业也是靠汽车工业拉动的。同时，在世界范围内，凡是能满足汽车工业需求的机床企业，必定是世界上一流的机床企业。一方面，汽车的水平和质量取决于装备水平;另一方面，一个国家汽车工业和一个汽车企业的国际竞争力又取决于装备的先进性和制造成
2、本。正是近年大量先进数控设备的采用，使我国汽车装备整体上进入柔性化时代，支撑着我国汽车工业的不断发展。 原来制造业的IJOT设备或生产线专用性强，功能单一，主要目的是以尽可能低的装备投资、尽可能快的生产速度、尽可能大的生产批量获得最大效益。随着技术水平的飞速进步和人们消费方式的发展，激烈的市场竞争使得目前的制造业正在抛弃刚性大批量生产方式，而向柔性生产系统发展，以适应产品的多品种、中小批量、个性化等特点。当前，汽车车身覆盖件冲压技术的快速发展令人瞩目，主要表现在液压机的加盟、多工位压力机的使用和柔性化技术趋于成熟这3方面。 目前公知的汽车门体和盖的生产工艺在进行加工时，各道工序均由人工操 作，
3、工序步骤较多，不能连续进行，这样不仅增加了加工成本、降低了生产效率，而且也不利于大批量工业化生产和现代化管理;由于人工操作，其产品质量会受到人为因素的影响，随着目前汽车制造行业发展的突飞猛进，现有的生产加工越来越不适应各种不同类型和档次的汽车门体和盖制品的需求。本文介绍的是一种全自动汽车四门两盖柔性成型制造系统的结构设计及应用，能实现汽车四门及两盖生产加工的连续自动化，提高工件的生产效率和产品质量。 1柔性制造系统的内涵及特点 柔性制造是以先进的信息技术、制造技术和管理方式为基础，通过制造系统的柔性、可预测性和优化控制，达到最大限度的减少制造产品生产时间、优化物流、提高对市场响应能力、保证产品
4、质量，实现对多品种、小批量、不同形式产品进行个性化制造。柔性制造的目的在于对制造加工及市场的快速响应，通过建立柔性再制造生产系统，可以显著地提高再制造产品的类型、缩短再制造周期、降低费用、提高再制造产品质量。 现代科技的飞速发展，知识经济时代的到来，人们的需求日新月异。使产品更新换代的周期越来越短，多样化、个性化的市场已经形成。众所周知，在当今全球激烈的市场竞争环境中，综合竞争优势(市场、研发、制造、组织优势等)才是企业制胜的根本。企业的综合竞争优势则表现为快速满足用户多样化、个性化的需求的能力。 需求转换成产品的过程要求快速且需满足客户多样化、个性化的需求，必然使公司生产的产品向多品种、小批
5、量、多批次、短周期方向发展，导致了产品实现过程的复杂度和多变性，也必然带来企业整个生产模式(需求设计制造销售与服务)的变革，使之具有高效率和高柔性的功能。 柔性化技术趋于成熟，是汽车车身覆盖件生产最重要的技术进步。首先，组成压制生产线的设备的数控化，奠定了生产线自动化的基础。而柔性传送技术、机外仿真技术、脱机编程技术的日臻完善，特别是包括模具自动仓库、模具自动识别与提取、模具工作参数自动调整等功能的模具系统实用化，标志着车身覆盖件柔性化技术已趋成熟，使大型覆盖件的“个性化”生产、按定单生产和“准时生产”成为可能。 2汽车四门两盖柔性成型制造系统的构成 汽车四门两盖柔性成型制造系统由旋转工作台、
6、上料机械手、液压机、下料机械手、固定焊接台、送料小车以及电气控制部分构成，用于将工件自动转动送入上料机械手工作区域的旋转工作台与上料机械手配合安装，上料机械手能够将工件从旋转工作台上输送到液压机工作台的模具中，在液压机另一侧依次安装有从液压机取出工件并将传送至固定焊接台的下料机械手、固定焊接台和将完成工件送出制造系统的送料小车，下料机械手将工件从液压机取出传送至固定焊接台，工件在焊接工作台进行点焊后，由送料小车运出制造系统。在液压机后侧通过中间平台连接有自动换模装置，实现工件的传送、包边加工、取出、焊接和传输自动化完成。 2(1柔性成型制造系统结构 柔性成型制造系统结构示意，见图1。 图1柔性
7、成型制造系统结构示意图 1(旋转工作台、2(上料机械手、3(液压机、4(自动换模装置、5(下料机械手、6(固定焊接架、7送料小车、8(电气控制部分 2(2液压机主体结构 液压机为柔性成型制造系统的主体加工部分，机身由上、下横梁、滑块和支柱通过4条拉杆构成，通过主缸实现压制工艺动作，由动力系统提供能源，机架平台作为安全和防护装置，电气系统实现自动控制。上横梁上设有2套滑块液压锁紧装置，下横梁上安装有液压升降导轨，滑块和下横梁中分别设置有上、下模具自动夹紧装置与自动换模装置配合实现快速自动换模功能。压机后侧安装有气动安全防护门，可以在换模时自动开启，工作时自动关闭，保证压机安全操作。压机下横梁中装
8、有自动换模检测装置，可对更换的新模具自动进行正误的鉴别，以防错误加工。压机的滑块由2个主油缸驱动，使压机受力更加合理。压机左右两侧支柱上装有气动安全栓，保证维修人员在进行压机维护时的安全操作。液压系统采用比例泵和比例阀控制，使其具有精确的位置、速度及压力值;采用PLC和触摸屏进行开放式数字控制;采用CAD,CAE,CAM集成技术开发和制造;采用远程控制系统对产品进行快速诊断和服务，满足了汽车工业大批量高效率工业化生产的需求。 2(3工作机理 压机滑块回程到位上料机械手从旋转工作台取料送至压机工作台模具中上料机械手退回压机滑块快速下行滑块慢速下行并加压持续加压至工件成型滑块慢速回程滑块快速回程到
9、位下料机械手取出工件送至固定焊接台工件焊接下料机械手送工件至送料小车送料小车运输工件出系统，至此一个工艺动作结束。 3液压机的防护安全装置 随着我国经济的发展和人民生活电气化水平的提高，人民群众的生命和财产安全也日益受到重视和保障，在国家建设法规中制定了相应的安全保障条款，本系统内设置有符合国家安全标准的机构，在全自动工作状态下保证操作人员和设备的安全。 本机设有预警装置，每次半自动循环开始和移动工作台移动时，都有报警蜂鸣器发出铃声提示预警。压机设有紧急停止按钮，在发生意外时，工作人员可在最短时间内停止机器工作。滑块在行程的上极限设计有液压锁紧装置，保证压机使用的安全性。滑块在任意位置停止时系
10、统自动封闭回油腔，保证滑块任意位静止不下溜。液压系统设有安全阀，当油压超过安全压力时自动溢流排油，压力传感器也将发讯，使系统执行泄压动作，并在操纵箱处发出报警信号。 3(1气动安全防护门 压机后侧安装气动安全防护门，可以在换模时自动开启，工作时自动关闭，保证压机安全操作。其结构示意图，见图2。 图2气动安全防护门结构示意图 1(气缸连接架、2(主机的上横梁、3(气缸、4(固定安全门、5(槽钢架、6(凹凸型导向结构、7(主机的支柱、8(活动安全门 在压机靠近模具库位置的2支柱上对称安装槽钢架，槽钢内置有角钢，与由轴承、导套、销轴组成的凸型导向轮构成安全门的凹凸型导向结构。固定安全门安装在主机的支
11、柱上，在靠近工作台上平面处，设计1个活动的安全门，装有气缸，气缸的缸体固装于主机的上横梁:由气缸驱动、凹凸型导向结构导向，活动安全门进行上升、下降动作，其工作行程，根据工件模具的高度设计，其上升后所留出的空间，能使自动换模装置可以自由地进出液压机，进行安全的模具更换。3(2气动安全栓 本结构由气缸驱动，使安全栓转出或转入滑块与下横梁之间，由主机的PLC控制，与主机联锁，实现全自动工作的控制。在不需要液压机动作时，启动气缸把装在套筒中的顶杆推进滑块与下横梁之间，以防止人员在滑块下进行维护或维修等工作时液压机误动作而造成人身伤害事故;另一方面在液压机作业时，须启动气缸把顶杆移出。 结构示意图，见图
12、3。 图3气动安全栓结构示意图 1(主机的滑块、2(顶杆、3(弹簧、4(气缸、5(气缸铰座、6退回限位、7(主机的支柱、8(顶杆铰座、9(套筒、10(主机的下横梁在液压机支柱的侧壁上用螺栓固定有铰座，铰座上用销轴铰接有转臂套筒，套筒上端装有弹簧，顶杆串于弹簧和套筒中。在液压机支柱的外侧安装气缸铰座，其上安装气缸的缸体，气缸的活塞杆与顶杆的转臂铰接。气缸通过软管与液压机的气源和控制系统相连接。 4自动换模装置 本系统的自动换模装置结构为:在模具承载台后侧安装有模具牵引机构，该模具牵引机构由螺钉固装在地基上，模具承载台放置在2条相互平行的导轨上，并与导轨呈滑动配合，导轨通过螺钉固定在地基上，在模具
13、承载台上设置有导向槽，模具牵引机构的链条沿其上的导向槽与包边液压机模具吊钩连接，该链条由模具牵引机构的变频减速机齿轮驱动沿导向槽进行纵向往复运动，从而将模具移入或移出包边液压机。 4(1结构 结构示意，见图4。 图4自动换模装置结构示意图 1移动承载台导轨、2(滚轮组、3牵引链条、4(变频驱动装置、5(模具移动承载台、6(连接固定承载台 4(2工作机理 模具牵引机构在变频电机的驱动下，沿模具承载台的导向槽前进或后退，将模具取出或移人到模具承载台上，然后模具承载台沿其导轨横向移动，实现新旧模具位置的自动更换，然后再由模具牵引机构将新模具移到包边液压机的工作台中心。 具体与主机的配合动作如下:压机
14、模具夹紧装置放松滑块回程到位工作台升降导轨升起压机后侧安全防护门升起自动换模装置的吊钩纵向进入压柳将模具平移至模具承载台上模具承载台横向平移使新模具对准包边液压机工作台自动换模装置的吊钩与新模具连接推动新模具使其进入包边液压机工作台中心模具自动检测装置检测正确升降导轨落下自动换模装置退回气动安全防护门落下压机滑块下行模具夹紧装置将模具夹紧滑块回程到位，至此换模动作完成。 5模具识别装置 汽车四门两盖柔性成型制造系统因制件工艺复杂、换模频繁，一般配有一个 模具库。需要识别模具更换是否准确无误后压机才可以进行工作。 本系统中的液压机下横梁中安装有模具自动检测装置，如图5。该模具自动检测装置包括:驱
15、动该检测装置上下移动的气缸、检测头以及连接气缸与检测头的固定板。检测头安装在固定板上，固定板通过螺钉与气缸连接，由气缸驱动检测头上下运动完成模具检测。该气缸活塞缸口处连接有3个活塞杆，3个活塞杆上端通过安装板连接成一体，在安装板上面通过螺栓固装有带长槽的连接板，带有长槽和一端开有中心孑L的弯板通过螺栓安装在连接板上，所述弯板中心孔内装有识别器并由锁母紧固。这是一种识别安全可靠、报警准确，用于汽车四门两盖柔性成型制造系统的模具识别装置。 图5模具自动检测装置示意图 1(模具、2(模具标识器、3(模具识别器、4(弯板、5(固定板、6(气缸6柔性液压机制造系统主要特点 第一，以油为介质进行传动即可完
16、成柔性金属板材的压制成型，具有定程和定压两种成型控制方式。 第二，主机采用组合式框架两缸结构，两缸均为活塞缸，导轨采用四角八面导轨结构，具有较高的导向精度。 第三，压机为便于更换模具，在下横梁上装有液压升降导轨。 第四。该机上横梁上设有两套滑块液压锁紧装置，在机器上行到上极限位置时实行液压锁紧;压机后侧安装气动安全防护门，可以在换模时自动开启，工作时自动关闭，保证压机安全操作:左右两侧对角支柱上装有气动安全栓，保证维修人员在进行压机维护时的安全操作。 第五，以触摸屏和PLC及工控机构成的数控系统，可设定存储数百套模具的工艺参数，并对压力、速度和行程进行设定、跟踪和快速响应以及异地远程检测。第六
17、，滑块和下横梁中分别设置有上、下模具自动夹紧装置以及下横梁中装有自动换模检测装置，在更换模具时，无需人工参与即可完成上下模的夹紧和检测。 7结论 本柔性制造系统具有的优点和积极效果是:液压机的左右和后侧设计了相应配套的上料、传输、取料、焊接、运送以及自动换模等设备，使在对汽车门和盖进行制造加工过程中，从上料、压制成型、取出工件、工件点焊、工件传输以及换模等工序均为连续自动化完成，实现了机械自动化连续性规模生产，并以PLC和工控机作为该制造系统的控制核心，可以设定存储数百套模具的工艺参数，并对压力、速度、行程以及模具准确定位均能进行设定，使工件的加工精度、产品质量以及生产效率大大提高，同时还可减
18、轻操作人员的劳动强度。系统运行稳定、可靠，适用于汽车制造行业的大批量自动化生产。 0引言 汽车工业是拉动机床工业发展的火车头，在国际上，汽车强国一般同时又是机床强国。不仅是美、日、德、意诸国，就连新兴机床制造国，如韩国、西班牙的机床工业也是靠汽车工业拉动的。同时，在世界范围内，凡是能满足汽车工业需求的机床企业，必定是世界上一流的机床企业。一方面，汽车的水平和质量取决于装备水平;另一方面，一个国家汽车工业和一个汽车企业的国际竞争力又取决于装备的先进性和制造成本。正是近年大量先进数控设备的采用，使我国汽车装备整体上进入柔性化时代，支撑着我国汽车工业的不断发展。 原来制造业的IJOT设备或生产线专用
19、性强，功能单一，主要目的是以尽可能低的装备投资、尽可能快的生产速度、尽可能大的生产批量获得最大效益。随着技术水平的飞速进步和人们消费方式的发展，激烈的市场竞争使得目前的制造业正在抛弃刚性大批量生产方式，而向柔性生产系统发展，以适应产品的多品种、中小批量、个性化等特点。当前，汽车车身覆盖件冲压技术的快速发展令人瞩目，主要表现在液压机的加盟、多工位压力机的使用和柔性化技术趋于成熟这3方面。 目前公知的汽车门体和盖的生产工艺在进行加工时，各道工序均由人工操作，工序步骤较多，不能连续进行，这样不仅增加了加工成本、降低了生产效率，而且也不利于大批量工业化生产和现代化管理;由于人工操作，其产品质量会受到人
20、为因素的影响，随着目前汽车制造行业发展的突飞猛进，现有的生产加工越来越不适应各种不同类型和档次的汽车门体和盖制品的需求。本文介绍的是一种全自动汽车四门两盖柔性成型制造系统的结构设计及应用，能实现汽车四门及两盖生产加工的连续自动化，提高工件的生产效率和产品质量。 1柔性制造系统的内涵及特点 柔性制造是以先进的信息技术、制造技术和管理方式为基础，通过制造系统的柔性、可预测性和优化控制，达到最大限度的减少制造产品生产时间、优化物流、提高对市场响应能力、保证产品质量，实现对多品种、小批量、不同形式产品进行个性化制造。柔性制造的目的在于对制造加工及市场的快速响应，通过建立柔性再制造生产系统，可以显著地提
21、高再制造产品的类型、缩短再制造周期、降低费用、提高再制造产品质量。 现代科技的飞速发展，知识经济时代的到来，人们的需求日新月异。使产品更新换代的周期越来越短，多样化、个性化的市场已经形成。众所周知，在当今全球激烈的市场竞争环境中，综合竞争优势(市场、研发、制造、组织优势等)才是企业制胜的根本。企业的综合竞争优势则表现为快速满足用户多样化、个性化的需求的能力。 需求转换成产品的过程要求快速且需满足客户多样化、个性化的需求，必然使公司生产的产品向多品种、小批量、多批次、短周期方向发展，导致了产品实现过程的复杂度和多变性，也必然带来企业整个生产模式(需求设计制造销售与服务)的变革，使之具有高效率和高
22、柔性的功能。 柔性化技术趋于成熟，是汽车车身覆盖件生产最重要的技术进步。首先，组成压制生产线的设备的数控化，奠定了生产线自动化的基础。而柔性传送技术、机外仿真技术、脱机编程技术的日臻完善，特别是包括模具自动仓库、模具自动识别与提取、模具工作参数自动调整等功能的模具系统实用化，标志着车身覆盖件柔性化技术已趋成熟，使大型覆盖件的“个性化”生产、按定单生产和“准时生产”成为可能。 2汽车四门两盖柔性成型制造系统的构成 汽车四门两盖柔性成型制造系统由旋转工作台、上料机械手、液压机、下料机械手、固定焊接台、送料小车以及电气控制部分构成，用于将工件自动转动送入上料机械手工作区域的旋转工作台与上料机械手配合
23、安装，上料机械手能够将工件从旋转工作台上输送到液压机工作台的模具中，在液压机另一侧依次安装有从液压机取出工件并将传送至固定焊接台的下料机械手、固定焊接台和将完成工件送出制造系统的送料小车，下料机械手将工件从液压机取出传送至固定焊接台，工件在焊接工作台进行点焊后，由送料小车运出制造系统。在液压机后侧通过中间平台连接有自动换模装置，实现工件的传送、包边加工、取出、焊接和传输自动化完成。 2(1柔性成型制造系统结构 柔性成型制造系统结构示意，见图1。 图1柔性成型制造系统结构示意图 1(旋转工作台、2(上料机械手、3(液压机、4(自动换模装置、5(下料机械手、6(固定焊接架、7送料小车、8(电气控制
24、部分 2(2液压机主体结构 液压机为柔性成型制造系统的主体加工部分，机身由上、下横梁、滑块和支柱通过4条拉杆构成，通过主缸实现压制工艺动作，由动力系统提供能源，机架平台作为安全和防护装置，电气系统实现自动控制。上横梁上设有2套滑块液压锁紧装置，下横梁上安装有液压升降导轨，滑块和下横梁中分别设置有上、下模具自动夹紧装置与自动换模装置配合实现快速自动换模功能。压机后侧安装有气动安全防护门，可以在换模时自动开启，工作时自动关闭，保证压机安全操作。压机下横梁中装有自动换模检测装置，可对更换的新模具自动进行正误的鉴别，以防错误加工。压机的滑块由2个主油缸驱动，使压机受力更加合理。压机左右两侧支柱上装有气动安全栓，保证维修人员在进行压机维护时的安全操作。液压系统采用比例泵和比例阀控制，使其具有精确的位置、速度及压力值;采用PLC和触摸屏进行开放式数字控制;采用CAD,CAE,CAM集成技术开发和制造;采用远程控制系统对产品进行快速诊断和服务，满足了汽车工业大批量高效率工业化生产的需求。
