文/陳劍鴻，丘志維·一汽-大眾汽車有限公司佛山分公司

基于V5 PLS模擬軟件的沖壓生產(chǎn)節(jié)拍提升方法

文/陳劍鴻，丘志維·一汽-大眾汽車有限公司佛山分公司

陳劍鴻，生產(chǎn)維修工程師，主要負(fù)責(zé)Schuler壓機(jī)線整線及壓力容器特種設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)及日常故障處理工作，同時(shí)負(fù)責(zé)車間所有車型的生產(chǎn)節(jié)拍提升工作。

隨著汽車需求的不斷增長(zhǎng)，對(duì)汽車生產(chǎn)的效率也提出了更高的要求，沖壓生產(chǎn)線已由過(guò)去的人工送料的流水生產(chǎn)線發(fā)展為目前的自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線。柔性化、自動(dòng)化的沖壓生產(chǎn)線不僅能提高沖壓件的生產(chǎn)效率，還能保障其生產(chǎn)的可靠性、安全性，在降低產(chǎn)品的不良率下極大地改善勞動(dòng)條件。

整線連續(xù)生產(chǎn)模式是自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線的一種生產(chǎn)模式，由于壓機(jī)在此運(yùn)行過(guò)程中不用等待機(jī)械手上下料，因此是目前自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線最高效的一種生產(chǎn)模式，同時(shí)在此生產(chǎn)模式下會(huì)帶來(lái)機(jī)械手上下料與模具碰撞風(fēng)險(xiǎn)。因此，壓機(jī)生產(chǎn)廠商均會(huì)提供一套模擬軟件，便于設(shè)備使用方在規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，獲得最高的生產(chǎn)節(jié)拍。本文所論述的即為基于Crossbar Feeder（簡(jiǎn)稱CBF）機(jī)械手的大型Schuler機(jī)械壓機(jī)自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線在生產(chǎn)提速過(guò)程所涉及的V5 PLS模擬軟件。

Schuler機(jī)械壓機(jī)線

Schuler機(jī)械壓機(jī)線在整線連續(xù)運(yùn)行模式下，其最高節(jié)拍可達(dá)15次/min，采用Schuler自行研發(fā)的CBF機(jī)械手自動(dòng)上下料，如圖1所示。此機(jī)械手最高沖次可達(dá)18次/min，然而在實(shí)際整線連續(xù)運(yùn)行節(jié)拍提升過(guò)程中，程序設(shè)定其最高節(jié)拍為17次/min，同時(shí)為了CBF機(jī)械手的安全，在整線連續(xù)運(yùn)行模式下，CBF機(jī)械手的沖次要高于壓機(jī)沖次1次及以上，方可進(jìn)行整線連續(xù)運(yùn)行的節(jié)拍優(yōu)化提升。

圖1 CBF機(jī)械手

V5 PLS軟件及整線連續(xù)模擬方式

V5 PLS模擬軟件

V5 PLS模擬軟件通過(guò)建立Schuler壓機(jī)線的三維簡(jiǎn)易模型，并在插入所需模擬的模具、零件及端拾器數(shù)模的基礎(chǔ)上，針對(duì)拉延工序（OP20）輸入模具的拉伸深度及取件高度后即可通過(guò)優(yōu)化曲線的節(jié)拍、壓機(jī)提前啟動(dòng)CBF的角度（簡(jiǎn)稱提前角）及CBF之間的相位差，并在確保CBF與模具之間可通過(guò)性的前提下，完成整線連續(xù)運(yùn)行的模擬工作。

圖2 V5 PLS模擬軟件

模具等相關(guān)數(shù)模的組裝匹配

V5 PLS模擬軟件可直接通過(guò)圖3中PLDM功能項(xiàng)的新建項(xiàng)目建立一條Schuler壓機(jī)線的三維簡(jiǎn)易模型。然而需要針對(duì)某車型零件的整線連續(xù)生產(chǎn)節(jié)拍進(jìn)行模擬，需通過(guò)圖3中PLDM功能項(xiàng)的資源模板建立一個(gè)含拆垛區(qū)域、壓機(jī)1至壓機(jī)X（若為5序壓機(jī)則建立至壓機(jī)5）的資源模板，并依序?qū)⒏餍虬辶?、模具、零件及端拾器的三維模型依據(jù)圖4所示的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的坐標(biāo)系進(jìn)行三維組裝。

圖3 V5 PLS模擬軟件各功能項(xiàng)

在圖4所示的坐標(biāo)系中，其中的坐標(biāo)系原點(diǎn)，對(duì)于拆垛區(qū)域的資源模板而言為板料的中心，而對(duì)于壓機(jī)的資源模板而言為移動(dòng)工作臺(tái)表面的中心；其中X的正方向（DLR）即為零件在壓機(jī)間傳輸?shù)奈锪鞣较?，而A、B和C軸的旋轉(zhuǎn)則反映出CBF在取件及放件時(shí)沿各軸的旋轉(zhuǎn)調(diào)整量，具體可調(diào)整范圍分別為：±7.5°、±25°和±7.5°。如圖5所示，在各序資源模板中完成了板料、模具、零件及端拾器的三維模型的組裝后，通過(guò)圖3左數(shù)第二功能項(xiàng)將組裝好的各序資源模板插入所建立項(xiàng)目后，通過(guò)圖3左數(shù)第三功能項(xiàng)將各資源模板與項(xiàng)目進(jìn)行匹配，則整個(gè)模擬項(xiàng)目已建立完畢。此時(shí)模具上模與壓機(jī)滑塊貼合，隨壓機(jī)運(yùn)行，模具下模固定在工作臺(tái)上，端拾器則固定在CBF上，板料及零件隨CBF曲線運(yùn)行。同時(shí)通過(guò)進(jìn)一步完成壓機(jī)1參數(shù)中的制件拉延深度及取件高度設(shè)置后即可進(jìn)行下一步優(yōu)化工作。

圖4 設(shè)備坐標(biāo)系

圖5 完成組裝的資源模板

CBF曲線的優(yōu)化

由于新建立的項(xiàng)目其所生成的CBF曲線均為Schuler提供的基礎(chǔ)曲線，并不適用于所有的模具，不可避免的會(huì)發(fā)生抓件起來(lái)時(shí)刮模具型面或運(yùn)行過(guò)程中板料刮模具定位的問(wèn)題。因此需要通過(guò)圖6所示的界面來(lái)對(duì)CBF的運(yùn)行曲線在各運(yùn)行方向及對(duì)應(yīng)方向的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行調(diào)整。而在不同坐標(biāo)方向及相應(yīng)轉(zhuǎn)角，CBF曲線提供了不同數(shù)量的點(diǎn)可由用戶用于調(diào)整優(yōu)化。然而不同方向及角度的曲線優(yōu)化中，S、P及D點(diǎn)的含義均相同，S點(diǎn)為CBF運(yùn)行過(guò)程中的起始點(diǎn)，P點(diǎn)和D點(diǎn)分別為取件點(diǎn)和放件點(diǎn)。通過(guò)曲線各點(diǎn)的調(diào)整，在不存在任何干涉的前提下盡量將曲線運(yùn)行沖次優(yōu)化至17次以上。然而由于模具結(jié)構(gòu)不同，部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模具如側(cè)圍等的CBF曲線僅能優(yōu)化至16次左右。優(yōu)化完畢的曲線可直接導(dǎo)入現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備直接進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試。

圖6 CBF曲線優(yōu)化界面

圖7 各角度優(yōu)化界面

圖8 提前角優(yōu)化

壓機(jī)提前啟動(dòng)CBF角度的優(yōu)化

在完成CBF曲線優(yōu)化后，可如圖7右側(cè)處的line及Feeder設(shè)定整線沖次及CBF沖次以對(duì)壓機(jī)提前啟動(dòng)CBF角度（簡(jiǎn)稱提前角）及CBF間的相位差進(jìn)行優(yōu)化。一般而言，針對(duì)前地板、小頂蓋等可通過(guò)性較好的淺拉延件，則可在CBF沖次為16次/min的情況下獲得整線15次/min的節(jié)拍。而像后蓋內(nèi)板、門內(nèi)板等的沖壓件則一般需CBF沖次為17次/min的情況下方可獲得整線15次/min的節(jié)拍。而像側(cè)圍等的大型復(fù)雜沖壓件，則一般僅能在CBF沖次為16次/ min的情況下，整線節(jié)拍最高到13次/min左右。通過(guò)圖7所示的S1～S6處優(yōu)化各序壓機(jī)的提前角，為提升整線節(jié)拍，在CBF不與模具上模干涉的情況下，提前角越大越好。在模擬中最極端情況下亦會(huì)如圖8 (a)在CBF與上模最近點(diǎn)處預(yù)留50mm以上的安全距離。而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際提速過(guò)程中會(huì)如圖8 (b)在CBF對(duì)應(yīng)的地方貼上50mm的泡沫以加強(qiáng)目視效果，保證采用模擬的提前角進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際優(yōu)化時(shí)，不刮泡沫即可。

CBF間相位差的優(yōu)化

CBF間的相位差主要用于控制上下料兩臺(tái)CBF間的距離，主要通過(guò)圖7所示的F1～F6處進(jìn)行數(shù)值優(yōu)化。由圖可見，模擬中調(diào)整的為CBF之間的距離，而最終生成的模擬報(bào)告為CBF之間的角度差，而現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備輸入的優(yōu)化參數(shù)亦為角度差，其中模擬優(yōu)化的距離越小，生成報(bào)告中的角度差越大。而為了獲得高的整線節(jié)拍，CBF之間的相位差越大越好。為了獲得大的相位差，在保證前后工序制件之間及制件與CBF之間沒(méi)有干涉的前提下，可如圖9所示通過(guò)前后工序制件之間的疊料優(yōu)化來(lái)獲得大的相位差。

圖9 前后工序制件間的疊料優(yōu)化

優(yōu)化完畢后，可檢查在此CBF及整線沖次下，各序CBF放件后離開其后序壓機(jī)時(shí)（如CBF0放件后離開壓機(jī)1）與上模是否存在干涉。在模擬中最極端情況下亦會(huì)如圖10(a)在CBF與上模最近點(diǎn)處預(yù)留100mm以上的安全距離。而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際提速過(guò)程中會(huì)如圖10(b)在CBF對(duì)應(yīng)的地方貼上100mm的泡沫以加強(qiáng)目視效果，保證采用模擬的相位差進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際優(yōu)化時(shí)，不刮泡沫即可。如若某序CBF與上模最近點(diǎn)的空間不足100mm時(shí)，則需查看可否進(jìn)一步優(yōu)化相位差來(lái)獲得大的通過(guò)空間。若不行則需通過(guò)提高CBF沖次或降低壓機(jī)沖次再進(jìn)行新的一輪優(yōu)化模擬，直至在獲得高的模擬節(jié)拍的同時(shí)保證CBF的安全可通過(guò)空間。

圖10 相位差優(yōu)化

模擬軟件在現(xiàn)場(chǎng)提速中的應(yīng)用

在使用V5 PLS模擬軟件之前，各模具上線時(shí)所采用的曲線均為Schuler提供的基礎(chǔ)曲線在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化，然而現(xiàn)場(chǎng)對(duì)曲線的優(yōu)化十分耗時(shí)耗精力。在優(yōu)化提前角時(shí)由于沒(méi)有任何的指導(dǎo)與參考，僅能將壓機(jī)沖次均設(shè)定為最高的15次/min沖次來(lái)優(yōu)化。在優(yōu)化相位差的時(shí)候，若想優(yōu)化出大的相位差，則需采取疊料的形式，然而要在現(xiàn)場(chǎng)做疊料，就要不斷去嘗試優(yōu)化前后兩序CBF的曲線及相位差，不僅耗時(shí)耗精力，同時(shí)此優(yōu)化過(guò)程由于零件之間的碰撞難免會(huì)造成板料報(bào)廢而帶來(lái)成本浪費(fèi)。V5 PLS模擬軟件的使用不僅能避免上述問(wèn)題，同時(shí)此軟件的使用使每套模具上線優(yōu)化由之前4人耗時(shí)、4～5個(gè)班次降低至目前的2人耗時(shí)、2～3個(gè)班次，節(jié)省了大量的人力與工時(shí)。同時(shí)在模擬軟件的應(yīng)用下，目前生產(chǎn)的4大車型的68組模具中，有46組模具生產(chǎn)節(jié)拍為最高的整線連續(xù)生產(chǎn)節(jié)拍15次/ min。此軟件的應(yīng)用，在大力提升生產(chǎn)效率的同時(shí)節(jié)省了大量的人力與工時(shí)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)整線連續(xù)生產(chǎn)的節(jié)拍提升具有重大意義。