李铁成、陈令、杨贺
上汽通用五菱汽车股份有限公司青岛分公司 山东 青岛 266555
摘要
文章分析了当前汽车行业中升降装置的现状，简单介绍了本公司传统的输送升降设备在焊装车间的应用，重点总结与分享青岛车身A线顶盖通过伺服电缸进行升降的设计与应用。
关键词：伺服、电缸、升降
1 引言
目前公司车身输送升降方式主要为气缸升降、电动葫芦链条升降、电机带皮带升降。随着工业自动化生产线要求的不断提高，电缸系统已慢慢进入了输送传动领域，其相比于传统气缸在水平、垂直运行上具有明显的优势。其中通过气缸进行升降，气缸升降速度有局限性，且定位准确度较低，存在漏气等消耗能源的弊端；通过电动葫芦链条进行升降，链条在升降过程中摆动较大，且定位准确度较低，放置位置不准确；通过电机带皮带进行升降，在升降过程中摆动较大，且定位准确度较低，放置位置不准确。
2 顶盖输送升降设备的机械设计与开发
2.1 输送工艺评估分析
A线顶盖总成物料通过自行小车往复运动由上一个工位输送至本工位并传送至下一个工位，如此往复将顶盖传至下线。顶盖物料的抓取由升降装置带吸盘设备进行操作。原顶盖输送升降是使用1000mm行程的气缸，通过法兰连接带真空发生器及吸盘装置，改为由伺服电机驱动电缸并连接吸盘进行抓取。
2.2 输送升降机械设计
此处工位，机械方面升降可以设计成欧姆龙伺服电机驱动电缸通过法兰连接吸盘装置，满足垂直方向的稳定移动。
本技术的机械设计整体图解：
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2.3 升降伺服电机及电缸的选型
伺服驱动器：选取欧姆龙R88D-1SN20H-ECT（AC，EtherCAT通信内置型 ）,200V/200W Servo Drive。
伺服电机：选取欧姆龙R88M-1M2K020T-BO（AC，带油封，2000r/min,直轴)，采用绝对值式编码器,电机转一周的指令脉冲数8388608脉冲/rev,电机转一周的工作行程25毫米/rev；脉冲数=电机每转的命令脉冲计数（UDINT）/电机每转的工作行程距离（LREAL）*移动距离（mm）。
电缸：选取THOMSON电缸总成（带传感器、法兰联轴器、耳轴、耳轴支架）
2.4 升降伺服电机及电缸的选型
将升降气缸更改为电缸；驱动改为伺服电机驱动；制作电缸安装座；制作电缸与抓手之间连接法兰。
3 顶盖输送升降设备的电气设计与开发
3.1 电缸升降电气架构
A线顶盖升降装置采用欧姆龙NJ-1300系列PLC，可以同时控制16伺服轴运行，此次将2、3号小车进行设计应用。系统设计要求简单、稳定、可靠，PLC输入输出点留有20%以上的扩展空间。架构包括PLC 、EtherCat网络、远程IO 与伺服通讯链路、小车行走伺服驱动器、小车升降伺服驱动器。
3.2 电缸升降的功能设计要求
采用欧姆龙NJ501-1300系统，通过伺服电机驱动电缸,解决传统气缸漏气消耗能源的弊端；采用PLC、伺服驱动器、伺服电机组成闭环系统，实时检测电缸的位置，确保位置准确性，可以实现在伺服电缸的有效量程中达到任意位置精确定位；解决传统气缸位置不可调，位置精度不高等弊端；升降速度可调，且调节精度高；解决传统气缸动作速度不可调的弊端。
3.3 电缸升降的功能设计描述
取消原有欧姆龙NX1P2（4轴）系列PLC更改为欧姆龙NJ501-1300（16轴）；增加远程扩展IO模块，增加电缸升降伺服驱动器；更改顶盖输送小车控制系统网络架构及程序架构；更改触摸屏工程文件；通过采用 欧姆龙NJ501-1300系统，将PLC、伺服驱动器、伺服电机组成闭环系统，实现电缸位置的实时检测，确保位置准确性；程序中增加②③号小车升降电缸动作逻辑及行走联锁逻辑。
3.4 电缸的创新及新技术应用
自主设计，知识产权自主化，掌握核心技术；结构合理，生产节拍达到50JPH，提升生产效率；设计时优先考虑现有通用型备件，且尽量以标准件替代非标件；使用维护简单，运行和维护成本低。由于电驱动技术的日趋成熟及成本下降，使得原来排斥电驱动产品的气动行业，开始研发并销售与气驱动相融合的成套电驱动技术，包括电驱动轴，步进电机控制器，伺服电机控制器，以及气驱动与电驱动之间互相模块化联结系统，最终得以实现提供整套自动化解决方案。
结束语
青岛焊装车间顶盖输送小车电缸升降的设计应用，在生产线中发挥了举足轻重的作用。已经在我公司CN120S、CN150M项目总拼生产线上使用，状态良好、运行稳定。该系统获得公司创新改善项目奖项，在后续输送升降项目中将会推广采用。
参考文献
1、《可编程控制器-原理、应用、网络 》 徐世许、朱妙其、王毓顺 中国科学技术大学出版社；
2、《机械制造工程学》 张树森 东北大学出版社；
3、《机械设计手册》 成大先 化学工业出版社。