車輪輪輻自動化生產(chǎn)線探討

徐紹國

（上海寶鋼車輪有限公司 技術(shù)部，上海 200438）

輪輻自動化生產(chǎn)線可提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，改善勞動及安全作業(yè)條件，幫助企業(yè)品牌提升。但在產(chǎn)能與效率上，其實際效果卻值得商榷，尤其需要人、機(jī)、物等方方面面的協(xié)同到位。因而，在自動化生產(chǎn)線規(guī)劃之初，應(yīng)清楚地認(rèn)識到產(chǎn)能、效率與自動化不一定成正比。

自動化生產(chǎn)線的產(chǎn)能與壓機(jī)生產(chǎn)節(jié)拍、自動上下料時間等有關(guān)，即與整個自動化系統(tǒng)（壓力機(jī)、機(jī)器人、傳輸系統(tǒng)、機(jī)械手、端拾器、控制系統(tǒng)、模具等）的協(xié)同運行精度有關(guān)；手動生產(chǎn)線的產(chǎn)能與壓機(jī)的生產(chǎn)節(jié)拍、手動上下料時間有關(guān)。壓力機(jī)的生產(chǎn)節(jié)拍是一定的，而上下料在實際操作上手動不比自動慢（僅對輪輻生產(chǎn)線而言），自動化系統(tǒng)中只要有一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，整個生產(chǎn)線就會停止，對產(chǎn)能的影響很大。所以說自動化生產(chǎn)線并不能一定對產(chǎn)能提升有貢獻(xiàn)，若要增加產(chǎn)能，就要增加班次或增加生產(chǎn)線。自動化生產(chǎn)線的效率由所投入的自動化裝備的類型和運行的可靠性及產(chǎn)品的批量、品種等決定。一條自動化輪輻線可節(jié)省8～10個人力資源，但維護(hù)成本會上升。所以自動化生產(chǎn)線的效率有賴于前期合理設(shè)計及后期精心組織管理。

在規(guī)劃輪輻自動化生產(chǎn)線時，首先應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品、產(chǎn)量來確定自動化類型，然后確定輪輻生產(chǎn)線工藝布局、機(jī)床排列方式、壓機(jī)類型、噸位、壓機(jī)配備功能等，還有輪輻工藝、輪輻工裝模具，自動換模系統(tǒng)、自動廢料收集系統(tǒng)等?？紤]不周或后期的方案更改，均會造成很大的浪費。

1 自動化生產(chǎn)線類型

實現(xiàn)自動化的方案有多種，目前沖壓自動化生產(chǎn)線主要類型有以下幾種：

1.1 機(jī)械手加穿梭小車式自動化輸送系統(tǒng)[1]

該自動化輸送系統(tǒng)是自動沖壓生產(chǎn)線中最常用的系統(tǒng)，主要是由數(shù)控上料和取料機(jī)械手以及穿梭小車組成。取料機(jī)械手帶有中置真空吸盤或夾爪式端拾器，負(fù)責(zé)將工件從上一壓機(jī)工位取出安放在穿梭小車上，在固定軌道上移動的穿梭小車負(fù)責(zé)將工件由取料機(jī)械手的放料位置移送到上料機(jī)械手的取料位置，通過它的穿梭運動縮短取料和上料之間的輸送行程，從而提高整線的生產(chǎn)節(jié)拍。上料機(jī)械手帶有和取料機(jī)械手相同的端拾器，負(fù)責(zé)將工件由穿梭小車拾起并送入下一臺壓機(jī)工位。本系統(tǒng)運行穩(wěn)定性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜繁瑣，維修工作量大。

1.2 快速橫桿式輸送系統(tǒng)（移動機(jī)械手輸送系統(tǒng)）[2]

該系統(tǒng)是由米勒萬家頓公司開發(fā)的，適用于串列式?jīng)_壓線的快速自動化輸送系統(tǒng)。兩臺壓力機(jī)之間由一套單體的直線式輸送機(jī)構(gòu)連接，橫桿在直線式輸送機(jī)構(gòu)上兩臺壓力機(jī)之間穿梭運動，橫桿上安裝的端拾器可以移動也可以固定、旋轉(zhuǎn)，其有效作用區(qū)域可以覆蓋前后兩臺壓力機(jī)的整個工作臺面。該系統(tǒng)還可以在橫桿的兩端各安裝一個端拾器，在壓機(jī)的中間位置設(shè)一個過渡工位，則橫桿的工作位移距離可縮小一半，生產(chǎn)節(jié)拍會提高一倍。本系統(tǒng)運行平穩(wěn)可靠，輸送速度快，生產(chǎn)效率高，結(jié)構(gòu)簡單且維修方便，壓機(jī)間距離縮短降低了生產(chǎn)線整線長度，減少了設(shè)備的占地面積及土建工作量。

1.3 機(jī)器人傳輸系統(tǒng)[3]

機(jī)器人傳輸系統(tǒng)整線結(jié)構(gòu)簡單，用一臺機(jī)器人取代了上、下料機(jī)械手以及穿梭小車，只用一套端拾器，完成板料拆垛、各壓機(jī)間的自動上下料、產(chǎn)品傳送翻轉(zhuǎn)等工作。機(jī)器人通過控制系統(tǒng)保持與壓機(jī)的隨動和連鎖而且可以實現(xiàn)自動端拾器更換，大大提高了作業(yè)的安全性。另外，機(jī)器人運動軌跡靈活，適應(yīng)多種不同工況。機(jī)器人傳輸形式柔性高，使用方便，但穩(wěn)定性較差，速度相對較慢，不適合大批量高速生產(chǎn)，使用成本不高但投入成本偏高。表1為各類系統(tǒng)的性能比較。

表1 各類傳輸系統(tǒng)性能比較

輪輻生產(chǎn)線是一條剛性生產(chǎn)線，產(chǎn)品生產(chǎn)過程物流在一條直線上。穿梭小車和快速橫桿系統(tǒng)是直線輸送系統(tǒng)，而機(jī)器人系統(tǒng)是柔性傳輸系統(tǒng)。機(jī)器人的長處在于它的柔性，能夠適應(yīng)多變工位的輸送，在輪輻生產(chǎn)線上其長處沒有得到發(fā)揮，相反卻在產(chǎn)能、成本、穩(wěn)定性、壓機(jī)間距等方面帶來不利。穿梭小車與快速橫桿系統(tǒng)相比，后者優(yōu)勢明顯。筆者認(rèn)為，由機(jī)器人和快速橫桿系統(tǒng)組合的自動化方案最適合于輪輻自動化生產(chǎn)線。用機(jī)器人來完成片料上線和產(chǎn)品下線，快速橫桿系統(tǒng)完成中間工位的物流輸送，如果產(chǎn)量足夠，可考慮配備小型橫剪設(shè)備，卷料上線。

2 壓機(jī)的排列方式

壓機(jī)的排列方式取決于選用何種自動化方式。如果采用穿梭小車和快速橫桿系統(tǒng)，壓機(jī)可以橫向排列，物流輸送從壓機(jī)的側(cè)窗通行，換模系統(tǒng)可以從壓機(jī)的前后進(jìn)出；壓機(jī)也可以縱向排列，物流輸送從壓機(jī)的前后通行，換模系統(tǒng)可從壓機(jī)的側(cè)窗進(jìn)出，壓機(jī)的側(cè)窗需開大；如果采用機(jī)器人系統(tǒng)，壓機(jī)只能縱向排列，物流輸送從壓機(jī)的前后通行，換模系統(tǒng)可以從壓機(jī)的側(cè)窗進(jìn)出，壓機(jī)的側(cè)窗需開大。

壓機(jī)橫向排列，生產(chǎn)線長，占地面積、土建工作量大，壓機(jī)縱向排列，生產(chǎn)線短，但壓機(jī)的側(cè)窗需開大。對于穿梭小車和快速橫桿系統(tǒng)，壓機(jī)不論橫向排列或縱向排列其機(jī)床間距可以相差不大，對于機(jī)器人系統(tǒng)，機(jī)床間距將增大。

3 壓機(jī)選型、工藝布局

自動化生產(chǎn)對壓力機(jī)的選型是非常明確的。機(jī)械壓力機(jī)的協(xié)同性肯定優(yōu)于液壓壓力機(jī)，所以輪輻自動化生產(chǎn)線的壓力機(jī)應(yīng)該首選機(jī)械壓力機(jī)。選用機(jī)械壓力機(jī)的優(yōu)勢在于自動化方式可采用總線控制技術(shù)（同步技術(shù)）[4]，即整條線的所有壓力機(jī)采用“連續(xù)”運行模式，在保證整個過程不出現(xiàn)干涉的情況下，讓上下料手和壓機(jī)滑塊“同步”啟動完成取送件動作，該種運行模式大大提升整線生產(chǎn)節(jié)拍。而傳統(tǒng)的沖壓自動化生產(chǎn)，壓力機(jī)始終采用“單次”運行模式，即上、下料手和壓機(jī)滑塊分別要等待對方的動作完成到位后才能啟動自身的動作，每個循環(huán)周期較長，直接影響到生產(chǎn)線效率。

選用機(jī)械壓力機(jī)，輪輻工藝必須在現(xiàn)有常規(guī)工藝上增加反拉伸工序，成形和翻邊工藝最好能一分為二并采用直切邊工藝，輪輻生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

4 壓機(jī)配備及模具要求

自動化生產(chǎn)線對壓機(jī)和模具提出了更多功能要求。在設(shè)備上需要增加的功能有：①滑塊行程需提高（按不同的自動化方式有所不同）；②所有的壓機(jī)（全工序）需設(shè)有液壓墊或上頂料（有精度要求）、上打料結(jié)構(gòu)，液壓墊或上頂料行程需提高；③自動廢料收集；④壓機(jī)整線聯(lián)動設(shè)置及接口預(yù)留、各工序節(jié)拍一致、相關(guān)動作行程精度提高；⑤故障自動跟蹤、顯示；⑥電控自動換模、定位、夾緊系統(tǒng)。

模具設(shè)計時需考慮以下內(nèi)容：①生產(chǎn)線各產(chǎn)品模具的頂出高度相差不宜過大；②同件產(chǎn)品的頂出高度最好一致；③模架外圍應(yīng)設(shè)有定位基準(zhǔn)并與模具中心有精度要求；④下模需安裝有工件到位傳感器；⑤廢料自動收集、排出設(shè)置；⑥模具上、下頂出結(jié)構(gòu)及行程高度與壓機(jī)功能匹配；⑦成形模結(jié)構(gòu)需改變，工件的成形方向應(yīng)與其他各工序保持一致，否則需在成形工序的前后各增加一翻料機(jī)構(gòu)（動作），給傳輸系統(tǒng)帶來不便。

5 其他因素[5]

（1）合理的工藝布局及模具、端拾器結(jié)構(gòu)，能夠有效彌補自動化方面存在的不足，從而提高沖壓自動化生產(chǎn)的穩(wěn)定性、可靠性。

（2）必須保證上下料機(jī)械手抓取工件水平運動過程中端拾器與上模最低點及下模最高點保持足夠的安全空間。

（3）相鄰兩臺壓機(jī)滑塊運動過程中始終保持合理的相位差，從而讓上下料機(jī)械手可工作周期相對加長。

（4）氣路控制系統(tǒng)需帶有真空度檢測傳感器，通過檢測吸盤或氣動夾爪內(nèi)真空度來判斷工件是否吸附到位、搬運過程中工件是否掉落等。

自動化生產(chǎn)線在規(guī)劃前期，調(diào)研、設(shè)計工作越細(xì)致、周全，其后的實施過程就會越順利，自動化生產(chǎn)線的穩(wěn)定性也就越高。

[1]陳立新.工業(yè)機(jī)器人在沖壓自動化生產(chǎn)線的應(yīng)用.機(jī)械設(shè)計與制造，2010，（10）.

[2]季小明.自動沖壓生產(chǎn)線上的一次技術(shù)革命.米勒萬家頓（上海）鍛壓機(jī)械有限公司，2006.

[3]莊宇昀,徐 輝.沖壓線的發(fā)展[J].一重技術(shù)，2005，（4）:20-22.

[4]李振石，黃堯坤，阮衛(wèi)平.數(shù)控多工位壓力機(jī)開發(fā)探討.鍛壓裝備與制造技術(shù)，2008，42（5）.

[5]徐 剛，魯 潔，黃才元.金屬板材沖壓成形技術(shù)與裝備的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2004，39（4）.

[6]陳銳輝.提高沖壓線生產(chǎn)能力.廣州本田汽車有限公司，2009.