沖壓自動(dòng)線按鈕站的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

文/趙勝杰，和志勇，王丁·鄭州日產(chǎn)汽車有限公司制造技術(shù)部

沖壓自動(dòng)線按鈕站的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

文/趙勝杰，和志勇，王丁·鄭州日產(chǎn)汽車有限公司制造技術(shù)部

趙勝杰，工程師，主要從事沖壓車間規(guī)劃、沖壓能力提升等工作，主持完成分公司新沖壓車間規(guī)劃、網(wǎng)野5050t（伺服壓機(jī)）沖壓大型生產(chǎn)線的自動(dòng)化改造等工作，獲得河南省科技成果2項(xiàng)，東風(fēng)股份科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，實(shí)用新型專利10項(xiàng)。

隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，汽車制造行業(yè)的自動(dòng)化程度越來越高，其中沖壓車間的大型生產(chǎn)線的自動(dòng)化改造也越來越多，但在自動(dòng)化改造過程中存在很多課題，其中生產(chǎn)線兩側(cè)按鈕站的布置和功能設(shè)計(jì)，會(huì)對生產(chǎn)線自動(dòng)化改造后的生產(chǎn)節(jié)拍、作業(yè)方便程度和生產(chǎn)的安全性產(chǎn)生重大的影響。本文通過對手工生產(chǎn)線改造為機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線的按鈕站的功能設(shè)計(jì)和位置設(shè)計(jì)，提出了一種沖壓自動(dòng)線的按鈕站設(shè)計(jì)方案。

沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線布局及工藝流程

圖1 為某沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的布局，該線體采用國內(nèi)常見的4臺(tái)壓機(jī)串聯(lián)為1條生產(chǎn)線的模式，其中第一臺(tái)設(shè)備配有伺服液壓墊，用來滿足汽車外覆蓋件的沖壓拉延成形。整條線體是由拆垛車、拆垛機(jī)器人、輸送皮帶機(jī)、視覺對中系統(tǒng)、壓力機(jī)、搬運(yùn)機(jī)器人、裝箱皮帶機(jī)和整線降噪防塵系統(tǒng)等單元構(gòu)成，并具有全自動(dòng)換模系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)整線模具和端拾器的自動(dòng)更換。

圖1 某沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線布局

圖2 生產(chǎn)線流程圖

自動(dòng)化生產(chǎn)線流程圖如圖2所示，該線體采用國內(nèi)常見的機(jī)器人自動(dòng)化搬運(yùn)，生產(chǎn)過程中除了線首的拆垛車上的料垛更換、線尾質(zhì)檢和裝箱、模具和端拾器線外的更換需要人工配合作業(yè)外，其他作業(yè)內(nèi)容均由PLC控制實(shí)現(xiàn)。該線自動(dòng)化改造后，滿足汽車車身大部分覆蓋件的自動(dòng)化生產(chǎn)。

按鈕站位置和功能的設(shè)計(jì)

按鈕站位置的設(shè)計(jì)

按鈕站位置的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮生產(chǎn)線體操作人員的安全、作業(yè)便利度和后期維修、調(diào)試時(shí)的便利，這就要求按鈕站安裝位置應(yīng)分布在各作業(yè)區(qū)域，且在整線降噪防塵防護(hù)的外側(cè)。

根據(jù)上述生產(chǎn)線體的設(shè)計(jì)，該自動(dòng)化線生產(chǎn)過程中，線首備料、線尾質(zhì)檢、裝箱和更換下一個(gè)生產(chǎn)零件模具和端拾器均需要人工協(xié)助作業(yè)，需要設(shè)計(jì)操作人員與自動(dòng)線進(jìn)行信息交流的按鈕站。根據(jù)上述位置的要求，該自動(dòng)化生產(chǎn)線兩側(cè)設(shè)置14個(gè)按鈕站位置，以滿足自動(dòng)線的生產(chǎn)需要。

按鈕站功能的設(shè)計(jì)

各按鈕站的功能應(yīng)根據(jù)各單元工藝設(shè)計(jì)的作業(yè)內(nèi)容來設(shè)計(jì)，按鈕站的大小、按鈕的多少應(yīng)以滿足自動(dòng)化線體生產(chǎn)時(shí)的各種功能為前提。圖3為線首拆垛區(qū)按鈕站功能設(shè)計(jì)（對應(yīng)圖1中的1和14位置），該按鈕站安裝位置是在線首拆垛車兩側(cè)，為了滿足拆垛車更換材料而設(shè)計(jì)的。

圖3 線首拆垛區(qū)按鈕站

線首作業(yè)內(nèi)容包括：提升門升起，拆垛車從整線降噪防塵防護(hù)內(nèi)開出，提升門落下，然后打開激光發(fā)射器，調(diào)整激光定位的X、Y向位置以滿足下一個(gè)板料的定位，叉車將下一個(gè)板料根據(jù)定位位置放入，如果是雙料垛生產(chǎn)，定位裝置能分別對兩個(gè)料垛定位，材料放好后，將磁力分張器貼附到板料上，提升門升起，然后將拆垛車開入到整線降噪防塵防護(hù)內(nèi)，提升門下落到位，啟動(dòng)拆垛車有效功能，等待拆垛機(jī)器人取料，整個(gè)換料過程完成。

根據(jù)線首拆垛區(qū)作業(yè)內(nèi)容，線首拆垛區(qū)按鈕站應(yīng)具備以下功能：

⑴提升門的上升和落下。

⑵拆垛車的開進(jìn)和開出。

⑶激光發(fā)射器的打開與關(guān)閉，激光定位的X、Y向和不同料垛尺寸下的X、Y向調(diào)整，拆垛車上雙料垛時(shí)的定位變換（從料垛1切換到料垛2）。

⑷各料垛定位數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能。

⑸定位方式的手動(dòng)和自動(dòng)功能。

⑹所控制的拆垛車是否滿足拆垛要求（有效或無效）。

⑺線體急停按鈕。

圖4 為清洗機(jī)處按鈕站功能設(shè)計(jì)圖（圖1中的2位置），該按鈕站安裝在清洗機(jī)出口旁。該線體內(nèi)安裝的清洗機(jī)用于線體生產(chǎn)汽車外覆蓋零件時(shí)清洗鋼板和潤滑鋼板用，而生產(chǎn)內(nèi)板零件時(shí)，需要將清洗機(jī)開出至清洗機(jī)離線位置，清洗機(jī)位置由過渡皮帶機(jī)取代。清洗機(jī)在線狀態(tài)時(shí)，整線降噪防塵防護(hù)外側(cè)的提升門落下，內(nèi)側(cè)提升門升起；清洗機(jī)離線狀態(tài)時(shí)，整線降噪防塵防護(hù)外側(cè)的提升門升起，內(nèi)側(cè)提升門落下。因此清洗機(jī)處按鈕站應(yīng)具備以下功能：

⑴內(nèi)外提升門的提升和落下。

⑵內(nèi)外提升門遠(yuǎn)程控制和本地控制功能，以滿足生產(chǎn)線的快速換模。

⑶線體急停按鈕。

⑷此按鈕站上帶燈按鈕的燈測試（確認(rèn)按鈕內(nèi)燈是否正常工作，便于維修確認(rèn)）。

圖5 為線體左側(cè)按鈕站功能設(shè)計(jì)（圖1中的3、4、5、6和7的位置），該按鈕站安裝在各壓力機(jī)左側(cè)的整線降噪防塵防護(hù)上，滿足線體左側(cè)工作臺(tái)模具更換和機(jī)器人更換端拾器，根據(jù)作業(yè)內(nèi)容，按鈕站應(yīng)具備以下功能：

圖4 清洗機(jī)處按鈕站

圖5 線體左側(cè)按鈕站

⑴ATC小車的前進(jìn)后退、遠(yuǎn)程與本地控制。

⑵機(jī)器人進(jìn)出的卷簾門的上升與下降、遠(yuǎn)程與本地控制。

⑶工作臺(tái)進(jìn)出的左吊門的上升與下降、遠(yuǎn)程與本地控制（僅3、4、5、6有此功能）。

⑷左工作臺(tái)的開進(jìn)與開出、遠(yuǎn)程與本地控制（僅3、4、5、6有此功能）。

⑸工作臺(tái)內(nèi)托桿的頂出與落下（僅3有此功能）。

⑹下模夾緊器的夾緊與松開（僅3、4、5、6有此功能）。

⑺線體急停按鈕。

⑻燈測試。

圖6 為線體右側(cè)按鈕站功能設(shè)計(jì)（圖1中的10、11、12和13的位置），由于此按鈕站在線體主控臺(tái)一側(cè)，且與各壓機(jī)的操作站在同一側(cè)，所以各壓機(jī)操作站上已帶有的功能，右側(cè)新設(shè)的按鈕站不再重復(fù)設(shè)計(jì)。

圖6 線體右側(cè)按鈕站

該按鈕站安裝在各壓力機(jī)右側(cè)的整線降噪防塵防護(hù)上，在各壓機(jī)的主控臺(tái)側(cè)邊安裝，滿足線體右側(cè)工作臺(tái)模具更換和上下料機(jī)器人的控制，根據(jù)作業(yè)內(nèi)容，按鈕站應(yīng)具備以下功能：

⑴上料機(jī)器人的上料。

⑵下模夾緊器的夾緊與松開。

⑶下料機(jī)器人的下料。

⑷壓力機(jī)沖壓。

⑸質(zhì)檢停機(jī)。

⑹雙料復(fù)位。

⑺啟動(dòng)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)生產(chǎn)。

⑻線體急停按鈕。

⑼燈測試。

⑽程序編輯、運(yùn)行狀態(tài)顯示的觸摸屏。

圖7 為線體末端裝箱區(qū)按鈕站功能設(shè)計(jì)（圖1中的8和9的位置），由于線尾設(shè)有線體輔助控制臺(tái)，此線尾的2個(gè)按鈕站主要為線尾質(zhì)檢人員操作，主要包含計(jì)數(shù)器的+1和-1、請求質(zhì)檢和線體急停按鈕等功能。

以上為機(jī)器人自動(dòng)化線體按鈕站總體設(shè)計(jì)，各區(qū)域的按鈕站滿足各區(qū)域作業(yè)的需要，但由于線體實(shí)際生產(chǎn)的不同，以及后期線體功能的變更和增加，各處按鈕站的功能也會(huì)不斷變化，因此，前期設(shè)計(jì)時(shí)一般會(huì)預(yù)留幾個(gè)按鈕位為后期的變更做好準(zhǔn)備。

圖7 裝箱區(qū)按鈕站

結(jié)束語

自動(dòng)化生產(chǎn)的應(yīng)用已成為汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢，沖壓生產(chǎn)線體的自動(dòng)化，不僅提高了沖壓的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)品質(zhì)，同時(shí)也大大降低了人員作業(yè)過程中的勞動(dòng)傷害。因此，國內(nèi)汽車行業(yè)老式手動(dòng)生產(chǎn)線體改造為自動(dòng)化生產(chǎn)線體的項(xiàng)目越來越多，生產(chǎn)線體各處的按鈕站功能設(shè)計(jì)也成為自動(dòng)化改造的一個(gè)重點(diǎn)工作。

通過對該沖壓生產(chǎn)線體按鈕站的功能和分布設(shè)計(jì)，使自動(dòng)化改造完成后，線體的生產(chǎn)運(yùn)行和維護(hù)更加方便、實(shí)用，提高了生產(chǎn)線體和人員的生產(chǎn)效率。但該線的按鈕站功能設(shè)計(jì)和線體的主控臺(tái)、輔助控制臺(tái)上設(shè)計(jì)的功能密不可分。因此，線體各處按鈕站的功能設(shè)計(jì)，應(yīng)結(jié)合主控臺(tái)、輔助控制臺(tái)的設(shè)計(jì)，保證功能不遺漏且使用起來方便。