拖拉機人工沖壓線自動化改造方案探討

市場競爭的日益激烈和企業用工成本的不斷增加，要求企業提升人工沖壓生產線的自動化水平，降低單位成本。特別是拖拉機類沖壓件外形復雜，工藝性差，零件重，造成工人勞動強度大，產品質量不穩定，安全性差，自動化改造更是勢在必行。

一拖（洛陽）福萊格車身有限公司擁有2400t以下大型機械壓力機100余臺.組成10條沖壓生產線.生產大型薄板拉深件、中厚板沖裁件及其他各類壓彎成形零件。以沖壓二車間為例.共有600t以上壓力機9臺.共組成2條生產線.每班配置人員40人。毛坯料的刷油、工序上料/下料、拾取廢料等動作全部由人工完成。現在沖壓工用工成本為7萬元／年.按兩個生產班組配置.改造完成后每年可節約人工成本560萬元。

改造中存在的難點

⑴沖二車間的壓力機為90年代的設備.和現在自動化的沖壓線相比設備間距大.改造需用更大的機器人或者兩臺機床之間不能共用一個機器人上下料。機器人數量多.不利于機器人場地的安裝、布置和人工生產并存。

⑵沖二車間生產零件OP10序拉延序都要刷拉延油.用機器人代替人工上/下料.需要考慮上料前的刷油和翻料工序才能保證生產的順利進行。

⑶沖二車間壓力機周圍全部是地坑.深度在6m左右.機床周圍地面僅有一層3mm厚的花紋鋼板.影響機器人安裝.機器人運動時也會影響工作精度。

⑷線首設備為雙動機械壓力機.而未來沖壓雙動拉延模具會越來越少.雙動壓力機和后序單動壓力機無法實現連線——因為雙動模具拉延生產完成后.需要翻料后才能進行后序的修邊、整形、沖孔工序。

⑸沖二車間模具狀態差.零件不好退料（菲亞特大地板φ180廢料不能切掉.必須人工掰幾次才能去掉；1304內輪罩必須人工用撬杠撬才能將零件從模具上取下）.特別是農機產品工藝性差（700擋泥板有4工位模具、機罩、擋泥板、前臉工序太長）.無法實現連線.農機產品模具大小、高低不一.不適合用機器人代替人工生產。

⑹沖二車間除了日產和海馬部分模具廢料能自動滑出工作臺外.其余不能滑出工作臺.在生產時需要人工去拾取廢料.不適合機器人自動化生產。

⑺毛坯料涂油后會造成毛坯料不好分張.毛坯料只能在分張后再進行噴油或者刷油。

改造前生產線零件的調整及模具整改

⑴將該車間不能連線生產的零件轉至其他車間生產線進行。

⑵對廢料不能滑出工作臺需要人工進行拾取廢料的模具進行改造.保證廢料能自動滑出工作臺并順利流到傳送帶上。

⑶對模具進行一次徹底檢修和保養.保證零件定位可靠.生產狀態穩定。

⑷在改造前確認零件能連線生產.中間無任何需要人工參與的工序。

⑸改造壓力機信號接口和機器人控制系統接口一致。

⑹加固機器人安裝地基.保證機器人工作穩定。

改造組成部分及功能

⑴上料輥道主要由軌道、循環輥道、龍門機械手、清潔輥道、上油輥道、定位架組成.如圖1所示。

圖1 上料輥道

上料輥道的主要功能：完成毛坯料粗定位、分張、清潔、刷油和精定位。工作流程：上料架開出上料輥道外.天車將毛坯料放在上料架上.上料架開進上料輥道內.分張器將毛坯料分張.龍門機械手抓取一張毛坯料并提起.循環輥道輥軸循環到龍門機械手下方.龍門機械手把毛坯料放到循環輥道上.毛坯料在上料輥道上傳輸.先后經過清潔輥道、上油輥道.最后到達定位架.毛坯料在定位架上精確定位。

1）上料架主要由定位塊、分張器、氣動推進機構、基架、軌道、輥道等組成.如圖2所示。

上料架的主要功能：天車將毛坯料盡量放在靠近定位塊處.氣動推進機構精確地將毛坯料靠近定位塊.基架可沿軌道移動.輥道的上下兩層滾軸成90°布置.放在上面的毛坯料可兩個角度平移。分張器安裝在獨立的滑軌上.由氣缸推動靠近毛坯料。毛坯料擺放時由于自重等原因之間會形成真空層.機器人取料時經常將兩張或者多張板料同時提取.影響生產。磁力分張器利用同極相互排斥原理能夠有效分離板料.每臺板料對中臺配備4～9個活動可調的磁力分張器（通常為永磁鐵）.用于板料的分離。

2）龍門機械手和毛坯料真空吸盤抓手如圖3所示。

圖2 上料架

圖3 龍門機械手和毛坯料真空吸盤抓手

龍門機械手和毛坯料真空吸盤抓手的主要功能：龍門機械手采用交流伺服電機驅動.行星減速機增力.齒輪齒條副傳動.在機械手末端安裝真空吸盤抓手.真空吸盤每次吸取一張毛坯料.在機械手的控制下可上下/左右移動。

3）循環輥道主要由輥輪、鏈條和伺服電機組成.如圖4所示。

循環輥道主要功能：伺服電機帶動鏈條循環轉動.在鏈條一定長度上安裝輥輪.當輥輪循環到上面時.真空吸盤抓手松開毛坯料放在輥輪上方.輥輪轉動將毛坯料送入清潔輥道和上油輥道。

圖4 循環輥道圖

圖5 單板定位裝置

圖6 方案效果圖

4）單板定位裝置主要由動力輥軸、X向推進輥軸.X向無動力限位輥軸.Y向無動力限位輥軸組成.如圖5所示。

單板定位裝置的主要功能：毛坯料經過清潔輥道和上油輥道后.由動力輥軸帶動毛坯料靠緊Y向無動力限位輥軸.再由X向推進輥軸將毛坯料靠緊X向無動力限位輥軸.完成毛坯料的上料前的精確定位。

⑵自動傳輸系統主要由上/下料機器人組成.本公司采用德國庫卡機器人。生產線首機器人實現毛坯料的上料.生產線尾機器人實現下料.機床之間機器人實現工序件的下料和上料工作。

⑶控制系統。控制系統負責整條生產線的自動化運行.保證壓力機、真空發生器、安全光柵、輥道輸送線的集中控制.保證安全、高效的生產.便于設備的集中管理。控制柜采用熟悉的個人電腦WINDOWS操作界面.中英文多種語言菜單；標準的工業計算機.硬盤、光驅、軟驅、打印接口、I/O信號、多種總線接口.遠程診斷.編程控制界面友好易懂。⑷安全防護網裝置。根據相關要求.機器人系統必須符合歐洲EN相應的安全法規。為了滿足這樣的要求.一般系統周圍應設置隔離柵欄或通過各種形式的墻體實現區域隔離.以實現安全高效的生產。為防止工作時人員進入機器人工作區域.除了機器人控制系統可以通過軟件設置安全區域外.另外還配備單組光柵系統.用于保證操作人員的人身安全和系統的安全運行。⑸抓舉工裝。抓舉工裝由真空發生器和真空吸盤組成.適合各種曲面金屬薄板.特別是汽車薄壁車身和對受壓敏感的工件.具有極高的水平和垂直保持力以及最大壓縮行程。⑹方案效果圖如圖6所示。

結束語

經過上述方案改造.可以實現機器人上/下料、毛坯料刷油.每班可減少車間用工35人；將人工生產時SPM為4～5次/min.提升到6～7次/min；降低了生產成本.為以后其他人工生產線的改造積累了經驗。

拖拉機人工沖壓線自動化改造方案探討

文／仝敬澤·一拖（洛陽）福萊格車身有限公司