冲压模具库快速换模系统的研究与运用

2023-04-03蒋鑫强徐炜黄宣凯莫凡格力电器南京有限公司

锻造与冲压 2023年6期

文／蒋鑫强，徐炜，黄宣凯，莫凡·格力电器（南京）有限公司

随着市场竞争的日益加剧，需求的多样化衍生出冲压制品的多样化，共存品种越来越多，多品种、中小批量生产的情况逐渐成为主流，因此，模具的更换时间间隔长，切换频次低将严重影响生产效率与制约产出量。目前，我公司钣金车间换模工序使用螺栓与压板锁模，用机动叉车来转运与放置模具，不但效率低，还存在巨大的安全隐患。在生产线体换模期间，需要投入3 个以上的换模工，换模时长也在1 小时以上，劳动强度高且十分危险。在此背景下，随着换模频率的增加，传统的换模和模具管理还面临着因模具数量多而导致的人工管理混乱等的问题。为了解决这一系列生产痛点，本项目组选择先进的钣金模具库与搭配快速换模系统的方案来系统地解决问题，本文以6×400t 和5×250t 机器人自动冲压生产线的快速换模系统为例展开论述。

模具库快速换模系统介绍

主要用途

生产线体快速换模系统用于冲压生产线区域与模具库之间的自动化调度、模具自动对接、转运、缓存模具等，可以显著提高模具切换效率。模具库用于模具存储、辅助快速换模等，实现模具从立体库到线体的全自动对接及切换。

主要功能逻辑

主要围绕模具运输车、自动化模具立体库和生产线三者，以控制系统来实现各项生产信息的互通传递，实现区域内模具、自动化模具立体库、双工位换模台车、生产线模具存储总库之间的自动化调度、模具自动对接、转运、缓存模具等功能。按照调度系统提出的请求，换模运输车移动到指定位置完成自动取模及放模，实现模具在自动化模具立体库、双工位换模台车、生产线、模具存储总库之间的自动切换。

模具库快速换模系统组成

6×400t 机器人生产线快速换模系统组成

图1 为6×400t 机器人生产线快速换模系统CAD示意图，主要由智能模具立体仓库的48 个库位、双向推拉式堆垛机1 台、动力滚筒式模具周转平台、无接触供电智能重载运模台车1 台、有轨换模台车6 台、WMS(管理程序)、WCS(控制程序)系统等组成。

图1 6×400t 机器人生产线快速换模系统示意图

5×250t 机器人生产线快速换模系统组成

图2 为5×250t 机器人生产线快速换模系统CAD示意图，快速换模系统主要由智能模具立体仓库的36 个库位、双向推拉式堆垛机1 台、动力滚筒式模具周转平台、无接触供电智能重载运模台车2 台(含推拉装置)、WMS(管理程序)、WCS(控制程序)系统等组成。

图2 5×250t 机器人生产线快速换模系统示意图

模具库快速换模系统作业流程

整体作业流程

输入立体仓库的管理程序和控制程序指令→堆垛机将生产所需要的模具运送到动力滚筒式模具周转平台→出库时，无接触供电智能重载运模台车对接好模具周转平台，通过其上设有的模具推拉装置把模具拉到自身平台上(入库时，运模车平台上的模具通过推拉装置被推至动力滚筒周转平台上)→运模台车通过程序自动导航、自控定位运模到程序指令中指定冲床位置。

6×400t 机器人生产线：到达指定冲床位置后→运模台车上的推拉机构把模具推至有轨换模台车，再由换模台车传递至冲床平台内正确位置。

5×250t 机器人生产线：到达指定冲床位置后→运模台车上的推拉机构把模具推至倍速链上接收区域→模具通过倍速链流动到每一个设定好的冲床位置→由倍速链将模具传递进冲床平台内。

图3 为整体的快速换模系统示意图，快速换模系统实现6×400t 机器人生产线整线备模时间不超过60 分钟，6 台压力机同时换模时间不超过5 分钟。5×250t 机器人生产线30 分钟之内完成5 台压机的装模、卸模过程，单次进模、装模、卸模过程的总时间不超过10 分钟。模具库现场见图4。

图3 整体快速换模系统示意图

图4 模具库现场

模具立体库作业流程

模具库库体放模平面采用平板滚筒结构，通过堆垛机上的推拉机构直接将模具推拉到堆垛机上。堆垛机接到指令后通过上下、水平方向行走，把模具运到立体仓库底部的模具转换周转平台上，运模台车上的推拉装置把模具拉到台车上，再由台车直接对接冲床完成换模工作流程。

智能模具立体仓库系统，由模具堆垛机、模具库库体及滚筒式模具周转平台构成，通过调度软件管理，为冲压生产所用模具提供存储空间。出入库流程如图5 所示。

图5 出入库流程图

堆垛机作业流程

堆垛机如图6 所示，由行走电机通过驱动轴带动车轮在下导轨上做水平运动；由提升电机通过钢丝绳带动载货台做垂直升降运动；由载货台上的推拉机构做伸缩运动。通过三维运动组合可将指定货位的货物取出或将货物送入指定货位，其中行走认址器用于控制堆垛机水平行走位置，提升认址器用于控制载货台升降位置。整体是通过激光或者条码认址和光电识别，以及光通讯信号的转化来实现计算机控制，亦可实现机上控制盘的手动和半自动、全自动控制。

图6 堆垛机示意图

模具周转平台作业流程

图7 为模具周转平台，存模时运模台车到达指定位置，运模台车底部四角液压缸顶升整个台车至与周转平台对平。然后台车与周转平台滚筒同时同向运动来传递模具(取模时动作反向)。模具传递完成后，库内堆垛机往返运行在周转平台与模具库位之间进行存取模。

图7 模具周转平台

无接触式供电运模台车作业流程

运模台车是无接触供电，程序控制自动导航，中间驱动轮能够90°旋转、转弯、前进、后退、横移运动，底部四角设计油缸用于顶升整个台车、周转平台和冲床对接时先顶升台车(防止传递模具时位移)、动力滚筒推拉装置推拉模具、自动导向轮负责导向。整车前后采用激光安全扫描仪式刹车，车体四面采用电子感应防撞刹车条，前后设置报警LED 红色闪烁灯。运模台车结构见图8。

图8 运模台车结构图

运模台车采用的“非接触供电系统”由地下高频电缆通电后，车底部安装的取电电路板直接持续对驱动伺服电机供电，伺服电机则驱动车上变速箱带动驱动轮让车子行走，非接触供电技术提供电能时没有任何的机构连接。

图9 为地面供电系统(平板型取电器)，其感应原理类似于变压器的主副线圈之间的电能转移。在变压器内部，初级线圈和次级线圈绕组在一个共同的封闭铁磁核心上，而非接触供电技术则使初级线圈“延伸”为一个长的闭环，次级线圈绕在一个开放的铁磁核心上，这样使得两个绕阻能进行相对运动，当高传输频率的时候，将使传输性能最优化。

图9 地面供电系统(平板型取电器)

有轨台车作业流程

共计有6 套有轨台车(图10)应用于6×400t 生产线，每套有轨台车含有双工位，通过液压缸定位到压力机前指定位置。

图10 有轨台车图

作业流程：如图11 所示，运模台车把新模具对接到有轨台车前，通过推拉装置将模具转移至有轨台车，有轨台车横移1.5 米将另外一个工位对准压力机，通过升降推拉把旧模从压力机内拉出，再经过动力滚筒线将旧模传递至运模台车，从而实现快速传递模具。待所有新模具备好和旧模具拉出后，6 台有轨台车同步反向横移1.5 米，油缸定位后经过两级推拉传递新模具至压力机。

图11 有轨台车与运模台车对接图

全线采用电脑程序集中控制，主操作台具有数字显示、工作指令、故障报警等功能，以及包括调速系统和程序控制器。其他电器控制元件采用进口产品或相同档次的合资产品，例如标准电柜、按钮盒、检测元件等。利用触摸屏或系统程序控制，可方便地设定、修改生产工艺参数，速度参数等；方便地进行手动、模具单动、联动、全自动方式的切换，以及监视各部的运行状态，确保生产线的安全、高效运行。