自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線壓機(jī)、模具及自動(dòng)化設(shè)備之間關(guān)系研究

一汽解放青島汽車有限公司 陳軍緒 祝成林 趙赦

自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線壓機(jī)、模具及自動(dòng)化設(shè)備之間關(guān)系研究

一汽解放青島汽車有限公司 陳軍緒 祝成林 趙赦

未來(lái)沖壓車間的生產(chǎn)，自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線會(huì)越來(lái)越普遍，研究自動(dòng)化沖壓線壓機(jī)、模具及自動(dòng)化設(shè)備之間的關(guān)系使我們更清晰地了解沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)所需要的核心條件以及困難所在，有助于我們提升沖壓自動(dòng)化水平。

隨著汽車行業(yè)產(chǎn)銷量的不斷擴(kuò)大，各大汽車生產(chǎn)商在生產(chǎn)線上也不斷要求提高生產(chǎn)效率。自動(dòng)化生產(chǎn)作為提高生產(chǎn)效率最為有效的手段已經(jīng)大規(guī)模的發(fā)展起來(lái)。沖壓是汽車生產(chǎn)的第一工序，沖壓自動(dòng)化的發(fā)展速度也十分迅猛。近幾年來(lái)自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線在國(guó)內(nèi)主流汽車廠的普及程度已經(jīng)很高，而且節(jié)拍也是越來(lái)越快。本文就針對(duì)沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線進(jìn)行剖析，將最為核心的壓機(jī)、模具及自動(dòng)化設(shè)備這三大部分彼此之間的相互要求關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)研究。

一、典型的沖壓自動(dòng)化形式

目前典型的沖壓自動(dòng)化形式主要分為機(jī)器人形式和機(jī)械手形式兩種。其原理都是一致的，即通過(guò)機(jī)器人或者機(jī)械手代替人工搬運(yùn)沖壓板料。本文以機(jī)械手形式為例（機(jī)器人的形式與此基本一致），整條沖壓自動(dòng)線主要自動(dòng)化設(shè)備分為：上料小車、拆垛機(jī)械手、皮帶機(jī)、清洗機(jī)、涂油機(jī)、對(duì)中系統(tǒng)、上料機(jī)械手、輸送機(jī)械手（若干）、下料機(jī)械手、下料皮帶機(jī)等。

圖 1

二、壓機(jī)、模具及自動(dòng)化設(shè)備之間的關(guān)系

自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線的主要工作流程為：車間工人將坯料用行車或叉車放置到上料小車上、將模具用行車放置到壓機(jī)移動(dòng)工作臺(tái)上。上料小車進(jìn)入生產(chǎn)線，帶有模具的移動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)入壓機(jī)內(nèi)部，生產(chǎn)線啟動(dòng)。每臺(tái)壓機(jī)邊廢料斗打開(kāi)，廢料線自動(dòng)運(yùn)行（沖壓生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的廢料自動(dòng)滑落至地坑內(nèi)的廢料輸送線輸送至廢料收集間內(nèi)），拆垛機(jī)械手將一個(gè)料片從上料小車上抓取送至皮帶機(jī)，之后料片進(jìn)入清洗機(jī)、涂油機(jī)進(jìn)行清洗、涂油，隨后進(jìn)入對(duì)中裝置中對(duì)中，再由上料機(jī)械手抓取送入首臺(tái)壓機(jī)內(nèi)進(jìn)行沖壓成型，之后通過(guò)輸送機(jī)械手將料片送至每一工序的壓機(jī)內(nèi)完成指定的沖壓工作，最后由下料機(jī)械手將成品沖壓零件放置到下料皮帶機(jī)上，人工檢驗(yàn)，最后下線裝筐。當(dāng)然也有更先進(jìn)的生產(chǎn)線下料時(shí)自動(dòng)檢驗(yàn)、機(jī)器人裝筐。

從沖壓線自動(dòng)化生產(chǎn)的工作流程可以看出：從坯料上料到成品沖壓零件下線整個(gè)過(guò)程十分復(fù)雜，涉及多個(gè)設(shè)備之間的相互關(guān)聯(lián)，而整個(gè)沖壓自動(dòng)線內(nèi)需要廢料線、壓機(jī)、模具、自動(dòng)化設(shè)備之間相互配合、傳輸過(guò)程。若要使整個(gè)沖壓生產(chǎn)順利進(jìn)行，這些內(nèi)容之間需要怎樣的配合關(guān)系或者特殊的設(shè)置才能滿足生產(chǎn)需求呢？下面我們就這針對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行分析。

1．通過(guò)空間

在沖壓生產(chǎn)過(guò)程中，壓力機(jī)是負(fù)責(zé)零件的沖壓生產(chǎn)，自動(dòng)化設(shè)備是負(fù)責(zé)從壓機(jī)間將零件輸送的，模具則是負(fù)責(zé)將板料生產(chǎn)成所需要形狀的工裝期間，安裝在壓機(jī)的工作臺(tái)與滑塊中間，要使沖壓件順利的一臺(tái)壓機(jī)輸送到下一臺(tái)壓機(jī)，則必須充分考慮其通過(guò)性，與通過(guò)性有關(guān)的內(nèi)容涉及到壓機(jī)滑塊的行程、模具的基準(zhǔn)面高度以及自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行空間。

壓機(jī)滑塊行程是指壓力機(jī)在沖壓生產(chǎn)過(guò)程中滑塊從下死點(diǎn)移動(dòng)到上死點(diǎn)這段距離。由于自動(dòng)化形式的不同，自動(dòng)化設(shè)備通過(guò)壓機(jī)內(nèi)所需要的空間也有所不同，因此在定義滑塊行程時(shí)除考慮生產(chǎn)需求外，還需要結(jié)合自動(dòng)化進(jìn)入壓機(jī)內(nèi)的設(shè)備所需要的空間定義滑塊行程。在滿足使用條件的情況下滑塊行程越低越好。

在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)時(shí)，機(jī)械手要順利將沖壓零件從一臺(tái)壓機(jī)上運(yùn)送到下一臺(tái)壓機(jī)過(guò)程中，機(jī)械手所需要占用到壓機(jī)內(nèi)的空間。通常對(duì)于不同的沖壓零件，由于其外形的不同，其所暫用的空間也不一樣，我們所指的空間是指機(jī)械手可以應(yīng)對(duì)各個(gè)零件時(shí)，其運(yùn)動(dòng)曲線所需要的最上限與最下限之間的空間。

圖2 兩個(gè)工序之間帶模具帶運(yùn)動(dòng)曲線

2．信息交換

（1）生產(chǎn)信息交換

在自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)中，信息數(shù)據(jù)交換就顯得尤為重要。在自動(dòng)生產(chǎn)中，整個(gè)沖壓生產(chǎn)線的主導(dǎo)控制設(shè)置在自動(dòng)化設(shè)備的總控臺(tái)上，當(dāng)生產(chǎn)一個(gè)零件時(shí)，操作人員只需在總控臺(tái)上將此零件調(diào)出，并設(shè)定需要的生產(chǎn)節(jié)拍，其他相關(guān)的一切生產(chǎn)信息則會(huì)由系統(tǒng)自動(dòng)從事先設(shè)定好的程序中調(diào)用即可，如皮帶機(jī)的輸送速度、清洗機(jī)、涂油機(jī)棍子轉(zhuǎn)速、自動(dòng)化機(jī)械手的輸送軌跡、壓機(jī)的成型力、模具夾緊器組合方式、模具調(diào)整位置等。

模具與壓機(jī)之間的信息交換。雖然生產(chǎn)時(shí)總控臺(tái)會(huì)調(diào)出所要生產(chǎn)的零件的相關(guān)參數(shù)，包含模具的信息，但是模具畢竟是人在生產(chǎn)線外更換的，不排除有放錯(cuò)的可能，因此模具與壓機(jī)之間會(huì)有一個(gè)數(shù)據(jù)識(shí)別線，可以叫壓機(jī)識(shí)別所生產(chǎn)的模具，當(dāng)生產(chǎn)時(shí)若模具給壓機(jī)模具識(shí)別信號(hào)與自動(dòng)化總控臺(tái)傳遞過(guò)來(lái)的零件信息不一致時(shí)，則無(wú)法生產(chǎn)，若傳遞的信息一致，說(shuō)明是同一零件，人工換模正確，可以繼續(xù)生產(chǎn)。

自動(dòng)化生產(chǎn)中模具與自動(dòng)化之間的信息交換也必須有，當(dāng)一塊板料放置到模具上時(shí)，機(jī)器是無(wú)法識(shí)別其位置是否是合適的，因此在模具設(shè)計(jì)時(shí)，在適當(dāng)?shù)奈恢梦覀儠?huì)增加零件到位感知信號(hào)，當(dāng)自動(dòng)化接收到到位感知信號(hào)時(shí)，說(shuō)明板料已經(jīng)到位，壓機(jī)可以沖壓生產(chǎn)，反之，說(shuō)明板料位置存在問(wèn)題，整線停產(chǎn)。

圖 3

（2）安全信息交換

壓力機(jī)、自動(dòng)化設(shè)備都帶有必備的安全保障裝置，但是對(duì)于整個(gè)沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線需要有統(tǒng)一的安全保障措施，因此在自動(dòng)生產(chǎn)時(shí)，壓機(jī)需將自身的安全信息交給自動(dòng)化總控臺(tái)，由自動(dòng)化統(tǒng)一控制。當(dāng)任何安全措施發(fā)生問(wèn)題，無(wú)論是自動(dòng)化設(shè)備帶有的安全實(shí)施，還是壓機(jī)帶有的安全實(shí)施被觸發(fā)時(shí)，都會(huì)引起整線的安全程序啟動(dòng)。如生產(chǎn)時(shí)，安全門不小心被人為打開(kāi)，為確保安全，整線需要停線。當(dāng)生產(chǎn)結(jié)束，換模過(guò)程中，移動(dòng)工作臺(tái)外出時(shí)，人員違規(guī)操作進(jìn)入沖壓線內(nèi)，觸發(fā)安全光柵，整線也會(huì)停線。

3. 設(shè)備的特殊要求

（1）自動(dòng)模具夾緊器

自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)與手動(dòng)生產(chǎn)除了生產(chǎn)時(shí)無(wú)需人員勞作外，換模過(guò)程也是可以自動(dòng)化完成的。這就需要壓機(jī)的滑塊上安裝自動(dòng)模具夾緊器，換模時(shí)，移動(dòng)工作臺(tái)至壓機(jī)內(nèi)部，滑塊按該套零件設(shè)定好的參數(shù)下降至所需的高度，自動(dòng)模具夾緊器打開(kāi)，通過(guò)U型槽深入至模具內(nèi)并夾緊，即完成了模具的安裝。由于自動(dòng)模具夾緊器的價(jià)格也較為昂貴，因此其數(shù)量、位置、夾緊力都是需要和模具、壓機(jī)滑塊共同協(xié)調(diào)、仔細(xì)計(jì)算完成。要保證不同大小模具全部可以?shī)A緊到位，需在滑塊兩側(cè)預(yù)先設(shè)定相當(dāng)?shù)臄?shù)量夾模器，分成各種組對(duì)，每種組隊(duì)與相應(yīng)的模具配對(duì)完成模具安裝。

（2）型面高度

自動(dòng)化生產(chǎn)若要高節(jié)拍進(jìn)行，模具型面高度也是有要求的。要求所有的模具型面的高度要盡可能保持一致。當(dāng)然同一零件拉延工序與后續(xù)的沖孔整型等對(duì)模具的成型力要求不一樣，因此模具的型面不可能完全一致，同時(shí)不同零件形狀不同，也不可能做到完全一致，因此在模具設(shè)計(jì)時(shí)則會(huì)定義一個(gè)基準(zhǔn)面，所有在此生產(chǎn)線生產(chǎn)的模具其型面的高度在此基準(zhǔn)面上下浮動(dòng)。這樣設(shè)計(jì)的原因是使機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)曲線較為平緩，保證了高速的生產(chǎn)節(jié)拍，減少自動(dòng)化設(shè)備的故障。

（3）下模模腔

自動(dòng)生產(chǎn)所用的模具較手動(dòng)線生產(chǎn)所用模具要有很大的不同，其主要的要求基本都在下模上得以實(shí)現(xiàn)。首先，模面上要留有板料到位檢測(cè)開(kāi)關(guān)，除在模具上預(yù)留出其檢測(cè)開(kāi)關(guān)的位置（根據(jù)零件不同位置不同，數(shù)量也不同），在下模的型腔內(nèi)同樣要考慮開(kāi)關(guān)的走線，因此模腔內(nèi)要事先開(kāi)出走線口。在下模腔的邊側(cè)還需要留出安裝接線盒的位置，主要為安裝模具識(shí)別插座、板料到位檢測(cè)插座用。對(duì)于一些節(jié)拍很高的高速?zèng)_壓生產(chǎn)線，其廢料的輸送要求也很嚴(yán)格，除每臺(tái)壓機(jī)前后帶后廢料出口外，壓機(jī)中間也帶有廢料出口，這樣設(shè)計(jì)可以將廢料沖切的更加小巧，使得廢料更有利于滑落輸送，與此同時(shí)除模具下腔考慮廢料排口外，相應(yīng)的移動(dòng)工作臺(tái)也要考慮廢料排口。

（4）空工位

一條沖壓自動(dòng)化線通常由多臺(tái)壓力機(jī)組成，以一條線5臺(tái)壓力機(jī)為例，并非每個(gè)沖壓零件生產(chǎn)時(shí)所需的工序都是5序，有的甚至才3序而已。若是人工生產(chǎn)這種情況很容易解決，直接在零件最后一序生產(chǎn)的壓機(jī)后進(jìn)行收料裝筐，但是自動(dòng)線不一樣，由于安全緣故操作人員在生產(chǎn)過(guò)程中是無(wú)法進(jìn)入生產(chǎn)線內(nèi)部的，因此零件的工序少于壓機(jī)臺(tái)數(shù)的時(shí)候，零件同樣需要輸送到?jīng)_壓線線尾皮帶機(jī)。由于沒(méi)有沖壓任務(wù)的后工序的壓機(jī)上沒(méi)有模具，因此在其工作臺(tái)上可以設(shè)置一個(gè)零件支架，支架上可以放置零件支撐器具，滿足不同零件的空工位過(guò)渡。

圖 4

三、結(jié)束語(yǔ)

隨著生產(chǎn)節(jié)拍提升的要求以及人工成本的提升，在未來(lái)的汽車制造行業(yè)里，沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)會(huì)越來(lái)越普及。本文通過(guò)對(duì)當(dāng)下典型的沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線壓機(jī)、模具以及自動(dòng)化設(shè)備之間關(guān)系的研究，分析出了自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線各個(gè)系統(tǒng)之間所必須的條件，為新接觸沖壓自動(dòng)化項(xiàng)目或者進(jìn)行人工線升級(jí)改造自動(dòng)線的項(xiàng)目同行提供一點(diǎn)技術(shù)分享。當(dāng)然沖壓自動(dòng)化所涉及到的內(nèi)容及條件比本文所討論的內(nèi)容復(fù)雜得多，本文僅對(duì)最基本最核心的內(nèi)容進(jìn)行了分析。□