沖壓自動化生產(chǎn)線的設(shè)備選型及常見問題

文/張灝?天津一汽豐田汽車有限公司

沖壓自動化生產(chǎn)線的設(shè)備選型及常見問題

文/張灝?天津一汽豐田汽車有限公司

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

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

人工方式與自動化方式的各自特點

傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)線，使用皮帶機傳輸方式，優(yōu)點是在建設(shè)初期投入較小、后期維護成本較少、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計要求較低、壓力機模具故障停線時間短。如果用于少量生產(chǎn)，還是有著不可替代的優(yōu)勢。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、安全性較差等缺點越來越明顯，從而影響企業(yè)的發(fā)展。而自動化生產(chǎn)線恰好可以讓這些問題得到解決，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)成本是自動化沖壓生產(chǎn)線的優(yōu)點，尤其對大型車身外板覆蓋件，這些優(yōu)點更為突出。因而，現(xiàn)今整車工廠一般在大型沖壓生產(chǎn)線規(guī)劃初期，就會直接考慮采用自動化生產(chǎn)線。

自動化設(shè)備組成

從機械組成上來講，沖壓自動線一般可分為壓力機和自動化傳輸系統(tǒng)，沖壓自動化系統(tǒng)通常包含拆垛系統(tǒng)、自動傳輸系統(tǒng)和線尾出料系統(tǒng)。

拆垛系統(tǒng)

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

當上料小車裝載料垛（可包括托盤）由換垛位置回到拆垛位置后，板料由拆垛手從料垛拾取，通過傳送裝置送到對中臺。板料經(jīng)過對中定位后，便可開始后序沖壓生產(chǎn)。

自動傳輸系統(tǒng)

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

圖1 單臂或雙臂橫桿式傳送機構(gòu)

線尾系統(tǒng)

線尾系統(tǒng)由輸送帶、照明、工件檢驗臺、人工或自動裝箱機構(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（或自動裝箱），并為沖壓件檢測提供條件。

自動化系統(tǒng)選用

選定理由：普通壓力機＋單臂機械手相對機器人方式來講有著較高的穩(wěn)定性，較高的生產(chǎn)速度，對模具的結(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（可節(jié)省大量新車模具成本），所以其在現(xiàn)今國內(nèi)的沖壓工廠內(nèi)仍然有廣泛的應(yīng)用。

拆垛系統(tǒng)

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

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

（3）對中檢測和投件機械手?，F(xiàn)在通用的對中方式有兩類，光感式和機械拍打式。光感通過照像、掃描確定材料狀態(tài)，再通過機械手或?qū)χ羞M行轉(zhuǎn)角達到正確姿態(tài)投入模具；機械拍打式通過機械拍打?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)式對中臺或多軸機械手故障概率較高。光感器件對環(huán)境要求較高，但適應(yīng)材料形狀較好，抓取材料準確性較高；機械拍打式，適應(yīng)范圍較小，材料定位精度較低。

（4）端拾器。盡量進行通用化處理，如果進行更換則比較浪費時間。

（5）材料在臺車上的定位及磁力分張器。通常材料在臺車上采用機械式定位，一般要求精度不高，誤差小于1cm在對中臺進行調(diào)整，磁力分張器可以選用固定自動進退式（多應(yīng)用于左右移動式臺車）和手動調(diào)整式（多應(yīng)用于前后移動式臺車）。

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，機械手根據(jù)實際情況采用六軸（模具要求開口高度較小，圖2a所示）或八軸（模具要求開口高度較大，圖2b）。

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

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

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

如圖6所示，兩條生產(chǎn)線壓機中心距為6500mm，六軸和八軸機械手在壓力機中心線上前后調(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

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

線尾裝箱檢查系統(tǒng)

（1）考慮到使用自動化生產(chǎn)線后，提高生產(chǎn)節(jié)拍，大約可以實現(xiàn)8～12件/min，而自動化線生產(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)立滑動軌道，保證生產(chǎn)線不會因等待器具停止。

（2）為保證節(jié)拍，減少機械手Z軸位移，模具等高線應(yīng)該與皮帶機高度盡量一致，但作業(yè)人員就無法進行檢查作業(yè)，所以應(yīng)增加補高臺補齊高度差。

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

（4）結(jié)合皮帶長度增加照明及相應(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，盡量降低粉塵對制品品質(zhì)的影響。

模具識別與檢測信號

設(shè)備換模（ADC方式）需要將模具參數(shù)存儲于自動化設(shè)備內(nèi)，以便于調(diào)用，減少誤操作。這就需要有模具識別，每個模具編碼惟一，有手動調(diào)用和自動調(diào)用兩種形式。另外為保證模具、設(shè)備安全和品質(zhì)，對投入材料或制品也需要一定的檢測，這些電信號最終作為自動化啟動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（接近開關(guān)）。

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

圖8 材料到位檢測

圖9 線盒相連

如圖9a、b所示，總線集成后接入線盒，統(tǒng)一與臺車的線盒相連。

⑶考慮到模具中經(jīng)常使用氮氣缸，為保證出現(xiàn)漏氣后模具安全，所以也應(yīng)加入壓力檢測裝置。

⑷空工位?？展の幻總€制件應(yīng)設(shè)置定位檢測（2個）和識別檢測裝置（空工位識別檢測與沖壓模具識別檢測相同）。

結(jié)束語

沖壓自動生產(chǎn)線形式組合多種多樣而且結(jié)構(gòu)復雜，每個子系統(tǒng)又可細分為很多不同類型。汽車生產(chǎn)工藝的不斷發(fā)展，必然導致沖壓自動生產(chǎn)線的技術(shù)不斷提升，沖壓自動線使用需要考慮的因素也會不斷變化。