沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的設(shè)備選型及常見(jiàn)問(wèn)題

文/張灝?天津一汽豐田汽車(chē)有限公司

沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的設(shè)備選型及常見(jiàn)問(wèn)題

文/張灝?天津一汽豐田汽車(chē)有限公司

隨著中國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)迅猛的發(fā)展，中國(guó)汽車(chē)工業(yè)的產(chǎn)能也出現(xiàn)了井噴式增長(zhǎng)，各大汽車(chē)制造企業(yè)紛紛上馬新的工廠，以求在市場(chǎng)中占有更大的份額。而隨著顧客消費(fèi)理念的日趨成熟，人們對(duì)更高品質(zhì)、更低成本的需求，以及同行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的擴(kuò)大化讓汽車(chē)制造商感受到前所未有的壓力，所以汽車(chē)工業(yè)的傳統(tǒng)純手工生產(chǎn)方式正逐漸退出舞臺(tái)，自動(dòng)化生產(chǎn)有了充分的施展空間。

沖壓作為整車(chē)生產(chǎn)首道工序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化已經(jīng)被各整車(chē)工廠廣泛接受。而沖壓自動(dòng)化如何實(shí)現(xiàn)，需要在生產(chǎn)線規(guī)劃初期就做出縝密考慮。

人工方式與自動(dòng)化方式的各自特點(diǎn)

傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)線，使用皮帶機(jī)傳輸方式，優(yōu)點(diǎn)是在建設(shè)初期投入較小、后期維護(hù)成本較少、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求較低、壓力機(jī)模具故障停線時(shí)間短。如果用于少量生產(chǎn)，還是有著不可替代的優(yōu)勢(shì)。隨著產(chǎn)能提升，人工成本增加，其效率低下、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性較差、安全性較差等缺點(diǎn)越來(lái)越明顯，從而影響企業(yè)的發(fā)展。而自動(dòng)化生產(chǎn)線恰好可以讓這些問(wèn)題得到解決，較好的安全性、較高的生產(chǎn)效率、穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量以及批量生產(chǎn)條件下更低的單件生產(chǎn)成本是自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線的優(yōu)點(diǎn)，尤其對(duì)大型車(chē)身外板覆蓋件，這些優(yōu)點(diǎn)更為突出。因而，現(xiàn)今整車(chē)工廠一般在大型沖壓生產(chǎn)線規(guī)劃初期，就會(huì)直接考慮采用自動(dòng)化生產(chǎn)線。

自動(dòng)化設(shè)備組成

從機(jī)械組成上來(lái)講，沖壓自動(dòng)線一般可分為壓力機(jī)和自動(dòng)化傳輸系統(tǒng)，沖壓自動(dòng)化系統(tǒng)通常包含拆垛系統(tǒng)、自動(dòng)傳輸系統(tǒng)和線尾出料系統(tǒng)。

拆垛系統(tǒng)

自動(dòng)化拆垛系統(tǒng)主要包括2臺(tái)軌道移動(dòng)式上料小車(chē)（前后移動(dòng)式、左右移動(dòng)式，每個(gè)上料小車(chē)上配備4～8個(gè)活動(dòng)可調(diào)磁力分張器通常為永磁鐵，用于材料的分離）、拆垛手（機(jī)械手或機(jī)器人）、傳送裝置（多為磁性皮帶機(jī)）、板料清洗或涂油機(jī)（現(xiàn)多用離線式）、板料對(duì)中臺(tái)（機(jī)械拍打式、光感掃描式）、投料手及控制系統(tǒng)等。

當(dāng)上料小車(chē)裝載料垛（可包括托盤(pán)）由換垛位置回到拆垛位置后，板料由拆垛手從料垛拾取，通過(guò)傳送裝置送到對(duì)中臺(tái)。板料經(jīng)過(guò)對(duì)中定位后，便可開(kāi)始后序沖壓生產(chǎn)。

自動(dòng)傳輸系統(tǒng)

自動(dòng)傳輸系統(tǒng)用于各工序間工件搬運(yùn)傳輸。傳輸機(jī)構(gòu)主要有機(jī)械手和機(jī)器人兩種。隨著沖壓自動(dòng)化技術(shù)的不斷改進(jìn)，機(jī)械手自動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)的形式也不斷變化。形式的不同也是目前沖壓自動(dòng)線的主要區(qū)別所在。目前，高速、穩(wěn)定的單臂或雙臂橫桿式傳送機(jī)構(gòu)（圖1）是沖壓自動(dòng)化系統(tǒng)的主流。

圖1 單臂或雙臂橫桿式傳送機(jī)構(gòu)

線尾系統(tǒng)

線尾系統(tǒng)由輸送帶、照明、工件檢驗(yàn)臺(tái)、人工或自動(dòng)裝箱機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)等構(gòu)成。主要任務(wù)是將成品沖壓件輸送至合適的位置便于裝箱（或自動(dòng)裝箱），并為沖壓件檢測(cè)提供條件。

自動(dòng)化系統(tǒng)選用

選定理由：普通壓力機(jī)＋單臂機(jī)械手相對(duì)機(jī)器人方式來(lái)講有著較高的穩(wěn)定性，較高的生產(chǎn)速度，對(duì)模具的結(jié)構(gòu)要求基本相同，可用于舊有模具的生產(chǎn)，其相對(duì)橫桿式又有著較低的投入成本，生產(chǎn)批次柔性更好，模具結(jié)構(gòu)要求低的特點(diǎn)（可節(jié)省大量新車(chē)模具成本），所以其在現(xiàn)今國(guó)內(nèi)的沖壓工廠內(nèi)仍然有廣泛的應(yīng)用。

拆垛系統(tǒng)

（1）上料臺(tái)車(chē)。選用前后移動(dòng)方式，優(yōu)點(diǎn)為材料垛轉(zhuǎn)換時(shí)間幾乎不計(jì)，有效提升生產(chǎn)節(jié)拍；選用左右移動(dòng)方式，材料垛轉(zhuǎn)換時(shí)，生產(chǎn)線會(huì)出現(xiàn)短暫的等待，按照通常臺(tái)車(chē)移動(dòng)速度12m/min，每次約耗時(shí)0.5～1min，比前后移動(dòng)方式系統(tǒng)高度降低、投入相對(duì)較少。

（2）雙料檢測(cè)及回收。由于機(jī)械手投料可能出現(xiàn)將兩張材料投入模具的情況，所以在折垛時(shí)應(yīng)進(jìn)行雙料檢測(cè)，防止投入模具后造成模具損壞。考慮到設(shè)備可能出現(xiàn)故障，應(yīng)在對(duì)中時(shí)進(jìn)行二次檢測(cè)，如果出現(xiàn)雙料，生產(chǎn)線不應(yīng)停止，應(yīng)考慮自動(dòng)將雙料排出，那么回收再利用就很重要了。

（3）對(duì)中檢測(cè)和投件機(jī)械手。現(xiàn)在通用的對(duì)中方式有兩類(lèi)，光感式和機(jī)械拍打式。光感通過(guò)照像、掃描確定材料狀態(tài)，再通過(guò)機(jī)械手或?qū)χ羞M(jìn)行轉(zhuǎn)角達(dá)到正確姿態(tài)投入模具；機(jī)械拍打式通過(guò)機(jī)械拍打?qū)⒉牧献藨B(tài)調(diào)整到位再投入模具。綜合考慮，光感式投入成本較大，旋轉(zhuǎn)式對(duì)中臺(tái)或多軸機(jī)械手故障概率較高。光感器件對(duì)環(huán)境要求較高，但適應(yīng)材料形狀較好，抓取材料準(zhǔn)確性較高；機(jī)械拍打式，適應(yīng)范圍較小，材料定位精度較低。

（4）端拾器。盡量進(jìn)行通用化處理，如果進(jìn)行更換則比較浪費(fèi)時(shí)間。

（5）材料在臺(tái)車(chē)上的定位及磁力分張器。通常材料在臺(tái)車(chē)上采用機(jī)械式定位，一般要求精度不高，誤差小于1cm在對(duì)中臺(tái)進(jìn)行調(diào)整，磁力分張器可以選用固定自動(dòng)進(jìn)退式（多應(yīng)用于左右移動(dòng)式臺(tái)車(chē)）和手動(dòng)調(diào)整式（多應(yīng)用于前后移動(dòng)式臺(tái)車(chē)）。

圖2 線間輸送系統(tǒng)

線間輸送系統(tǒng)

如圖2所示，線間輸送系統(tǒng)國(guó)內(nèi)基本采用兩種傳輸方式：豎直位移方式與水平位移方式，機(jī)械手根據(jù)實(shí)際情況采用六軸（模具要求開(kāi)口高度較小，圖2a所示）或八軸（模具要求開(kāi)口高度較大，圖2b）。

六軸和八軸機(jī)械手可進(jìn)行雙工件變中心距調(diào)整（圖3），單邊調(diào)整量為最大值±200mm，各機(jī)械手通過(guò)制件端拾器上的氣缸實(shí)現(xiàn)。

六軸和八軸機(jī)械手具備整體平移（圖4）調(diào)整量為最大值±100mm（左右平移，中心線為參考點(diǎn)）的功能。

如圖5所示，六軸、八軸機(jī)械手具備繞Y軸旋轉(zhuǎn)最大值±20°（前后）的功能。

如圖6所示，兩條生產(chǎn)線壓機(jī)中心距為6500mm，六軸和八軸機(jī)械手在壓力機(jī)中心線上前后調(diào)整量為最大值±50mm。

圖3 雙工件變中心距調(diào)整

圖4 整體平移

圖5 繞Y軸旋轉(zhuǎn)最大值±20°

圖6 中心線上前后調(diào)整

考慮到在進(jìn)行換模作業(yè)尤其是ADC作業(yè)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)端拾器與模具干涉的情況（下模具較小，端拾器較長(zhǎng)，換入相較大時(shí)）應(yīng)規(guī)定一個(gè)除HOME點(diǎn)外的換模停止點(diǎn)，保證設(shè)備安全。

線尾裝箱檢查系統(tǒng)

（1）考慮到使用自動(dòng)化生產(chǎn)線后，提高生產(chǎn)節(jié)拍，大約可以實(shí)現(xiàn)8～12件/min，而自動(dòng)化線生產(chǎn)的主要是外板件，器具收容數(shù)小，平均2min左右就要更換器具，所以在后側(cè)應(yīng)設(shè)立滑動(dòng)軌道，保證生產(chǎn)線不會(huì)因等待器具停止。

（2）為保證節(jié)拍，減少機(jī)械手Z軸位移，模具等高線應(yīng)該與皮帶機(jī)高度盡量一致，但作業(yè)人員就無(wú)法進(jìn)行檢查作業(yè)，所以應(yīng)增加補(bǔ)高臺(tái)補(bǔ)齊高度差。

（3）按節(jié)拍換算皮帶機(jī)速度，并核定品質(zhì)檢查工位、速度，選擇適合的皮帶長(zhǎng)度。

（4）結(jié)合皮帶長(zhǎng)度增加照明及相應(yīng)的氣路裝置。整線封閉。通常封閉方式有半封閉式（金屬網(wǎng)等）、全封閉式（框架、板），考慮到生產(chǎn)線內(nèi)的潔凈度，一般采用亞克力板、有機(jī)玻璃等材料的封閉方式，這樣在保證可視的前提下，盡量降低粉塵對(duì)制品品質(zhì)的影響。

模具識(shí)別與檢測(cè)信號(hào)

設(shè)備換模（ADC方式）需要將模具參數(shù)存儲(chǔ)于自動(dòng)化設(shè)備內(nèi)，以便于調(diào)用，減少誤操作。這就需要有模具識(shí)別，每個(gè)模具編碼惟一，有手動(dòng)調(diào)用和自動(dòng)調(diào)用兩種形式。另外為保證模具、設(shè)備安全和品質(zhì)，對(duì)投入材料或制品也需要一定的檢測(cè)，這些電信號(hào)最終作為自動(dòng)化啟動(dòng)條件傳遞至總控制系統(tǒng)。

圖7 線尾裝箱檢查系統(tǒng)

⑴如圖8所示，拉伸工序通常采用的是材料到位檢測(cè)（接近開(kāi)關(guān)）。

⑵非拉伸工序的制件定位檢測(cè)（圖9a、b）采用在模具型面上合理部位對(duì)角布置檢測(cè)傳感器的檢測(cè)方式，一般采用在右前和左后角布置2個(gè)檢測(cè)傳感器。

圖8 材料到位檢測(cè)

圖9 線盒相連

如圖9a、b所示，總線集成后接入線盒，統(tǒng)一與臺(tái)車(chē)的線盒相連。

⑶考慮到模具中經(jīng)常使用氮?dú)飧祝瑸楸ＷC出現(xiàn)漏氣后模具安全，所以也應(yīng)加入壓力檢測(cè)裝置。

⑷空工位。空工位每個(gè)制件應(yīng)設(shè)置定位檢測(cè)（2個(gè)）和識(shí)別檢測(cè)裝置（空工位識(shí)別檢測(cè)與沖壓模具識(shí)別檢測(cè)相同）。

結(jié)束語(yǔ)

沖壓自動(dòng)生產(chǎn)線形式組合多種多樣而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，每個(gè)子系統(tǒng)又可細(xì)分為很多不同類(lèi)型。汽車(chē)生產(chǎn)工藝的不斷發(fā)展，必然導(dǎo)致沖壓自動(dòng)生產(chǎn)線的技術(shù)不斷提升，沖壓自動(dòng)線使用需要考慮的因素也會(huì)不斷變化。