轎車(chē)前縱梁沖壓生產(chǎn)中端拾器的設(shè)計(jì)與安裝調(diào)試

文/楊威，高志純，郎慶東·一汽-大眾汽車(chē)有限公司

轎車(chē)前縱梁沖壓生產(chǎn)中端拾器的設(shè)計(jì)與安裝調(diào)試

文/楊威，高志純，郎慶東·一汽-大眾汽車(chē)有限公司

楊威，高級(jí)工程師，從事沖壓模具和沖壓件的項(xiàng)目規(guī)劃、模具制造、模具調(diào)試、沖壓件生產(chǎn)等工作，主持和參與完成了新速騰、新速騰GP、新捷達(dá)、高爾夫A7等項(xiàng)目沖壓模具和沖壓件的規(guī)劃、制造、調(diào)試、生產(chǎn)工作。

左/右前縱梁沖壓件是轎車(chē)車(chē)身中重要的保安件，在整車(chē)安全性和結(jié)構(gòu)尺寸匹配準(zhǔn)確性上起著至關(guān)重要的作用。左/右前縱梁沖壓件在強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)匹配尺寸和形狀精度、焊接面表面質(zhì)量等方面有著很高的要求。

在國(guó)內(nèi)整車(chē)生產(chǎn)廠中，我們首次采用了在全自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線上，以左/右前縱梁一模雙件的生產(chǎn)方式，全自動(dòng)化批量生產(chǎn)，徹底克服了因制件重量大，尺寸狹長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜而不適用全自動(dòng)化生產(chǎn)的難題，達(dá)到了整線連續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行節(jié)拍7.5次/分鐘的創(chuàng)記錄國(guó)際水平。

本文就左/右前縱梁沖壓件為滿(mǎn)足產(chǎn)品特性和產(chǎn)能的要求，在機(jī)械化設(shè)計(jì)方面做出詳細(xì)的分析。

技術(shù)難點(diǎn)

⑴左/右件板料在托盤(pán)的位置與其在模具中的位置準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)的問(wèn)題。

⑵制件兩翼面最窄截面間距為19.5mm(左件)/36mm(右件)，制件長(zhǎng)度為1739mm，腹面與法蘭面截面高度為85mm，制件整體高度為731mm，制件整體左右偏移79mm。對(duì)于拉延工序，由于需要工藝補(bǔ)充部分，單側(cè)拉延工序制件長(zhǎng)度達(dá)1824mm，寬度達(dá)398mm。造成零件自重大（單件12.42kg），可布置端拾器真空吸盤(pán)的位置有限，存在機(jī)械化端拾器抓取制件及運(yùn)行穩(wěn)定性問(wèn)題。

⑶制件在工序之間沖壓方向變化大（超過(guò)20°），并且是一模雙件的對(duì)轉(zhuǎn)，自動(dòng)化生產(chǎn)線的機(jī)械化裝置自身不能實(shí)現(xiàn)該動(dòng)作功能。

⑷由于制件的狹長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，在沖壓方向變化大（超過(guò)20°）時(shí)，制件端頭起伏大，與自動(dòng)化生產(chǎn)線的機(jī)械化裝置主杠干涉。

機(jī)械化端拾器的設(shè)計(jì)與安裝調(diào)試

板料堆垛和拆垛及傳輸和定位

⑴為了保持板料堆垛面的水平狀態(tài)（允許傾斜的最大高度差25mm），以保證拆垛端拾器能正常工作，在激光拼焊板料的薄板料工藝補(bǔ)充區(qū)域（1.35mm料厚）設(shè)置凸包，以保證板料堆垛后的水平狀態(tài)。

⑵為了簡(jiǎn)化板料堆垛和托盤(pán)放置位置的操作，同時(shí)考慮到裝料機(jī)械手對(duì)板料位置檢測(cè)的允許區(qū)域值，將左/右件的料片分別堆放在2個(gè)托盤(pán)的中心，左/右件2個(gè)托盤(pán)在拆垛送料單元的上料臺(tái)上，沿板料的長(zhǎng)度方向，呈對(duì)齊方式在對(duì)中位置布置。

⑶為了保證左/右件板料在送料方向上的前后錯(cuò)開(kāi)位置和對(duì)中位置，及在拆垛單元受料臺(tái)上的位置和在拉延模具中的位置一致，拆垛單元的裝料機(jī)械手需要先拾取一片料，然后對(duì)另一側(cè)板料進(jìn)行位置校正后再拾取，并將拾取到的兩片料并放在受料臺(tái)上。

⑷OP20上料端拾器從受料臺(tái)上拾取左/右件板料，并進(jìn)行左右側(cè)移調(diào)整以達(dá)到拉延模具要求的位置后，再將料片放在拉延模具中。

工序制件機(jī)械化端拾器的設(shè)計(jì)

⑴OP20上料端拾器的設(shè)計(jì)。

原始設(shè)計(jì)：左/右件板料拾取吸盤(pán)各4個(gè)，呈平行四邊形分布在板料兩端。經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行，這樣的吸盤(pán)布置方式，造成中部板料下陷，導(dǎo)致送料過(guò)程中板料與模具擋料桿干涉，同時(shí)對(duì)板料的定位有影響。經(jīng)過(guò)改進(jìn)，將左/右件板料拾取各4個(gè)吸盤(pán)呈一字排列，且中間2個(gè)吸盤(pán)分別向中心靠近，這樣就消除了中部板料下陷的問(wèn)題，板料運(yùn)行、定位平穩(wěn)，如圖1所示。

圖1 OP20上料端拾器的設(shè)計(jì)

⑵OP20取件端拾器（OP30送件端拾器）的設(shè)計(jì)。

OP20取件端拾器原始設(shè)計(jì)：左/右件板料拾取吸盤(pán)各4個(gè)，呈一字分布。經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)吸盤(pán)的吸件力不足，在運(yùn)行速度提升時(shí)，制件運(yùn)行不穩(wěn)定，制件滑落掉件。

然后按照制件腹面和翼面的形狀，制作并安裝2個(gè)U形定位板，增加4個(gè)吸盤(pán)，保證吸件力足夠，使運(yùn)行速度提升時(shí)，制件不能做側(cè)向滑動(dòng)，保證制件運(yùn)行平穩(wěn)，如圖2所示

圖2 OP20取件端拾器的設(shè)計(jì)

⑶OP30取件端拾器（OP40送件端拾器）的設(shè)計(jì)。

由于OP40與OP30相比，左/右件要分別在YOZ面內(nèi)繞X軸旋轉(zhuǎn)±10°，在這樣大角度的情況下，為了保證放件的平穩(wěn)性，必須要使制件在OP40放件時(shí)，在YOZ面內(nèi)繞X軸旋轉(zhuǎn)±10°，而生產(chǎn)線本身沒(méi)有該功能（左/右件做相對(duì)旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作），故在OP30取件端拾器（OP40送件端拾器）上設(shè)計(jì)出氣缸驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。

OP30取件端拾器原始設(shè)計(jì)：左/右件板料拾取吸盤(pán)各4個(gè)，呈一字分布。經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)吸盤(pán)的吸件力不足，在運(yùn)行速度提升時(shí)，制件運(yùn)行不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)滑落掉件。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)改進(jìn)，按照制件腹面的形狀，布置吸盤(pán)，增加3個(gè)吸盤(pán)，保證吸件力足夠；再按照制件腹面和翼面的形狀，制作并安裝1個(gè)U形定位板，使運(yùn)行速度提升時(shí)，制件不能做側(cè)向滑動(dòng)，保證制件運(yùn)行平穩(wěn)。改進(jìn)后的端拾器設(shè)置如圖3所示。

圖3 OP30取件端拾器設(shè)計(jì)

⑷OP40取件端拾器（OP50送件端拾器）的設(shè)計(jì)。

由于OP50與OP40相比，左/右件要分別在YOZ面內(nèi)繞X軸旋轉(zhuǎn)±10°，在這樣大角度的情況下，為了保證放件的平穩(wěn)性，必須要使制件在OP50放件時(shí)，在YOZ面內(nèi)繞X軸旋轉(zhuǎn)±10°，而生產(chǎn)線本身沒(méi)有該功能（左/右件做相對(duì)旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作），故在OP40取件端拾器（OP40送件端拾器）上設(shè)計(jì)出氣缸驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。

OP40取件端拾器原始設(shè)計(jì)：左/右件板料拾取吸盤(pán)各4個(gè)，呈一字分布。經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)吸盤(pán)的吸件力不足，在運(yùn)行速度提升時(shí)，制件運(yùn)行不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)滑落掉件。

然后，按照制件腹面的形狀，增加3個(gè)吸盤(pán)，保證吸件力足夠；再按照制件腹面和翼面的形狀，制作并安裝2個(gè)U形定位板，使運(yùn)行速度提升時(shí)，制件不能做側(cè)向滑動(dòng)，保證制件運(yùn)行平穩(wěn)。改進(jìn)后的端拾器設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 OP40取件端拾器設(shè)計(jì)

⑸OP50取件端拾器（OP60送件端拾器）的設(shè)計(jì)。

OP50取件端拾器原始設(shè)計(jì)：左/右件板料拾取吸盤(pán)各4個(gè)，呈一字分布。經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)吸盤(pán)的吸件力不足，在運(yùn)行速度提升時(shí)，制件運(yùn)行不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)滑落掉件。

然后，按照制件腹面的形狀，增加3個(gè)吸盤(pán)，保證吸件力足夠；再按照制件腹面和翼面的形狀，制作并安裝2個(gè)U形定位板，使運(yùn)行速度提升時(shí)，制件不能做側(cè)向滑動(dòng)，保證制件運(yùn)行平穩(wěn)。改進(jìn)后的端拾器設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 OP50取件端拾器設(shè)計(jì)

⑹OP60取件端拾器（OP70送件端拾器）的設(shè)計(jì)。

由于OP70與OP60相比，左/右件要分別在YOZ面內(nèi)繞X軸旋轉(zhuǎn)±10°，在這樣大角度的情況下，為了保證放件的平穩(wěn)性，必須要使制件在OP70放件時(shí)，在YOZ面內(nèi)繞X軸旋轉(zhuǎn)±10°，而生產(chǎn)線本身沒(méi)有該功能（左/右件做相對(duì)旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作），故在OP60取件端拾器（OP70送件端拾器）上設(shè)計(jì)出氣缸驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。

OP60取件端拾器原始設(shè)計(jì)：左/右件板料拾取吸盤(pán)各4個(gè)，呈一字分布。經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)吸盤(pán)的吸件力不足，在運(yùn)行速度提升時(shí)，制件運(yùn)行不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)滑落掉件。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)改進(jìn)，按照制件腹面的形狀，增加2個(gè)吸盤(pán)，保證吸件力足夠；再按照制件腹面和翼面的形狀，制作并安裝2個(gè)U形定位板，使運(yùn)行速度提升時(shí)，制件不能做側(cè)向滑動(dòng)，保證制件運(yùn)行平穩(wěn)。改進(jìn)后的端拾器設(shè)計(jì)如圖6所示。

圖6 OP60取件端拾器設(shè)計(jì)

⑺OP70取件端拾器的設(shè)計(jì)。

OP70取件端拾器原始設(shè)計(jì)：左/右件板料拾取吸盤(pán)各4個(gè)，呈一字分布。經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)吸盤(pán)的吸件力不足，在運(yùn)行速度提升時(shí)，制件運(yùn)行不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)滑落掉件。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)改進(jìn)，按照制件腹面的形狀，增加2個(gè)吸盤(pán)，保證吸件力足夠，再按照制件腹面和翼面的形狀，制作并安裝2個(gè)U形定位板，使運(yùn)行速度提升時(shí)，制件不能做側(cè)向滑動(dòng)，保證制件運(yùn)行平穩(wěn)。改進(jìn)后的端拾器設(shè)計(jì)如圖7所示。

圖7 OP70取件端拾器設(shè)計(jì)

左/右件要在XOY面內(nèi)繞Z軸旋轉(zhuǎn)90°，使制件的長(zhǎng)度方向與出件皮帶機(jī)的運(yùn)行方向一致，便于取件和檢件。

機(jī)械化運(yùn)行曲線與模具躲避空開(kāi)

基本要求：⑴制件的拉深高度120mm；⑵考慮躲避開(kāi)OP20拉延模具擋料桿的高度；⑶考慮躲避開(kāi)OP50整形模具制件的整形邊的高度；⑷考慮機(jī)械化運(yùn)行曲線的取件高度和拾取點(diǎn)位置；⑸考慮機(jī)械化運(yùn)行曲線與模具上下模體的安全干涉距離；⑹考慮躲避開(kāi)OP60整形模具下模整形斜楔。

綜上，選擇430mm的機(jī)械化運(yùn)行曲線（圖8），可實(shí)現(xiàn)整線的機(jī)械化運(yùn)行。

圖8 430mm機(jī)械化運(yùn)行曲線（間歇運(yùn)行方式）

實(shí)際生產(chǎn)和質(zhì)量狀態(tài)與匹配效果

⑴在9100t全自動(dòng)化SPEEDBAR生產(chǎn)線上，采用1:1.38節(jié)拍運(yùn)行方式，單機(jī)的運(yùn)行節(jié)拍11次/分鐘，整線連續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行節(jié)拍7.5次/分鐘。在大眾康采恩范圍內(nèi)，開(kāi)創(chuàng)了料厚2/2.85/1.35mm、長(zhǎng)度1765mm、單件重量12.42kg一模雙件整線連續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行節(jié)拍7.5次/分鐘的先河，得到了大眾康采恩批量生產(chǎn)啟動(dòng)檢查團(tuán)的一致認(rèn)可。

⑵尺寸狀態(tài)和匹配效果：經(jīng)過(guò)尺寸優(yōu)化和匹配試裝，完全可以滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)的質(zhì)量要求。

⑶表面質(zhì)量：沖壓?jiǎn)渭嗀udit評(píng)價(jià)等級(jí)1.2；缺陷點(diǎn)數(shù)70點(diǎn)，其中C1類(lèi)波浪缺陷3個(gè)，C類(lèi)毛刺缺陷1個(gè)，優(yōu)于康采恩沖壓?jiǎn)渭嗀udit評(píng)價(jià)等級(jí)1.5的質(zhì)量狀態(tài)。