柔性化制造技術(shù)在智能沖壓流水線中的應(yīng)用

■ 太原機(jī)車車輛配件廠產(chǎn)品開發(fā)部高級(jí)工程師 田建忠

柔性化制造技術(shù)是針對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)的弊端而提出的新型生產(chǎn)模式，通過對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、人員組成、運(yùn)作方式和市場(chǎng)營(yíng)銷等方面的優(yōu)化組合，使生產(chǎn)制造系統(tǒng)能夠?qū)κ袌?chǎng)需求而引起的變化做出快速響應(yīng)，消除冗余無謂的損耗，滿足精益化生產(chǎn)的要求。

計(jì)算機(jī)及自動(dòng)化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)的技術(shù)基礎(chǔ)，通過集中控制系統(tǒng)和自動(dòng)物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)有機(jī)聯(lián)系在一起的一組加工設(shè)備，在不停機(jī)的情況下實(shí)現(xiàn)多品種、大批量工件的生產(chǎn)，是實(shí)現(xiàn)企業(yè)智能化管理的重要途徑和必要手段。

1. 典型沖壓件結(jié)構(gòu)分析

HGM-B型高摩合成閘瓦是鐵道車輛制動(dòng)單元的重要配件，主要用于車輛的制動(dòng)，對(duì)確保行車安全具有十分重要的作用。閘瓦由鋼質(zhì)瓦背及高分子復(fù)合材料熱壓為一個(gè)整體，其中瓦背材質(zhì)為Q235-A，鋼板厚度4mm，采用多工序冷沖壓成型，外形結(jié)構(gòu)如圖1所示。

HGM-B型高摩合成閘瓦瓦背結(jié)構(gòu)型式及各部名稱如圖2所示。

HGM-B型高摩合成閘瓦屬于易損易耗件，根據(jù)市場(chǎng)需求，我單位每月的生產(chǎn)量在10萬元左右，屬于大批量生產(chǎn)，瓦背作為典型的單工序冷沖壓成型件，需要操作工在沖床上周而復(fù)始地完成單調(diào)的操作任務(wù)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，極易由疲勞生產(chǎn)造成安全隱患，因此采用先進(jìn)的制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)模式就成為企業(yè)的必然選擇。

圖1 HGM-B型高摩合成閘瓦瓦背外形結(jié)構(gòu)

圖2 HGM-B型高摩合成閘瓦瓦背結(jié)構(gòu)型式及各部名稱1.二維碼方孔 2.瓦鼻 3.梅花孔 4.定位檔5.長(zhǎng)抓料孔 6.標(biāo)識(shí)

2. 智能化沖壓流水線總體設(shè)計(jì)

為了節(jié)約人力、降低產(chǎn)品的制造成本，滿足安全文明生產(chǎn)的要求，將瓦背沖壓生產(chǎn)線中各自獨(dú)立的設(shè)備組合在一起，在計(jì)算機(jī)及其軟件的支撐下，利用機(jī)械手完成物料的自動(dòng)傳輸，通過技術(shù)升級(jí)來實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化和智能化。瓦背智能沖壓流水線工藝流程如圖3所示。

按照以上設(shè)計(jì)的瓦背智能沖壓生產(chǎn)流水線具有較高的自動(dòng)化水平，可實(shí)現(xiàn)多機(jī)連線生產(chǎn)，全程無需人工操作，質(zhì)量安全可靠，運(yùn)行速度快，啟動(dòng)停止平穩(wěn)，生產(chǎn)效率高，企業(yè)投入后不但省去人工成本，而且能避免安全風(fēng)險(xiǎn)，更能提高產(chǎn)能，有效利用沖壓設(shè)備及相關(guān)資源，使企業(yè)利益最大化。根據(jù)以上要求，設(shè)計(jì)出瓦背智能沖壓流水線工藝布局如圖4所示。

3. 柔性制造技術(shù)在智能沖壓流水線中的應(yīng)用

圖3 瓦背智能沖壓流水線工藝流程

柔性制造技術(shù)將微電子技術(shù)、智能化技術(shù)與傳統(tǒng)加工技術(shù)融合在一起，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造過程動(dòng)態(tài)管理最優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)效益最大化進(jìn)而快速占領(lǐng)市場(chǎng)，作為當(dāng)今世界最具發(fā)展?jié)撃艿那把丶夹g(shù)，為工業(yè)制造領(lǐng)域開辟了廣闊的市場(chǎng)前景。

柔性制造技術(shù)在鐵道車輛閘瓦瓦背智能沖壓流水線具體應(yīng)用時(shí)，需要在流水線的線首配備一臺(tái)四工位上料機(jī)，上料機(jī)設(shè)有四個(gè)料垛，可實(shí)現(xiàn)不停機(jī)加料，以滿足源源不斷的供料需要。

工作時(shí)，機(jī)械手每取走一片材料，升降機(jī)就會(huì)自動(dòng)上升一片材料的距離，通過磁力分張器分張后，機(jī)械手將料片抓取送往第1臺(tái)沖床，當(dāng)料垛1中的料片使用完畢后，升降裝置降到最低點(diǎn)，料垛切換裝置將料垛1切換至人工加料位，同時(shí)將料垛2切換至升降位供機(jī)械手抓取。機(jī)械手抓取料片后，升降裝置自動(dòng)升起，將料片頂?shù)綑C(jī)械手抓料位置，直至料片加工完后返回最低點(diǎn)，如此循環(huán)實(shí)現(xiàn)不間斷生產(chǎn)，從而使生產(chǎn)效率最大化。

每個(gè)垛料均配有磁力分張器，用于將料片分開，以免機(jī)械手抓取到雙張料片，每個(gè)垛料臺(tái)可堆積不高于500mm的料片，以確保生產(chǎn)節(jié)拍的連續(xù)性。瓦背智能沖壓流水線線首上料示意如圖5所示。

圖4 瓦背智能沖壓流水線工藝布局圖

圖5 瓦背智能沖壓流水線線首上料

沖壓流水線所配沖床之間均采用機(jī)械手傳遞料片，最后由一臺(tái)下料機(jī)械手將料片送到收料輸送線，最終傳遞到料框進(jìn)行裝箱。當(dāng)?shù)?臺(tái)沖床完成沖壓后，第1臺(tái)機(jī)械手拾料器將模具內(nèi)已沖完第一工序的工件抓取出送到系統(tǒng)的對(duì)中臺(tái)，通過第2臺(tái)機(jī)械手對(duì)中后將工件抓取送往第2臺(tái)沖床。無論多少臺(tái)沖床連機(jī)，中間機(jī)械手均做相同動(dòng)作，把上一臺(tái)沖床工件抓取送到對(duì)中臺(tái)，然后送到下一臺(tái)沖床，系統(tǒng)拾料器應(yīng)做到調(diào)節(jié)方便，易于更換，以便快速實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格型號(hào)的產(chǎn)品轉(zhuǎn)換。

機(jī)械手設(shè)有掉料檢測(cè)、沖床模具入口位置檢測(cè)、料垛缺料警示、機(jī)械手漏取料警示、機(jī)械手異常停機(jī)警示等安全保護(hù)功能。尾部收料采用輸送線方式。當(dāng)需要單機(jī)多工位生產(chǎn)時(shí)，各個(gè)相應(yīng)機(jī)械手回到原位，讓出模具工作臺(tái)面以實(shí)現(xiàn)模具的更換及人工操作。瓦背智能沖壓流水線線尾收料示意如圖6所示。

圖6 瓦背智能沖壓流水線線尾收料

控制系統(tǒng)采用PLC進(jìn)行集中控制，依托具有友好可視界面的觸摸屏進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，可以采用調(diào)用原儲(chǔ)存方案，或采用實(shí)時(shí)手工輸入的方式，可對(duì)各種工件的程序進(jìn)行實(shí)時(shí)儲(chǔ)存，以便在后序生產(chǎn)時(shí)直接調(diào)用。實(shí)時(shí)輸入的設(shè)定參數(shù)可以進(jìn)行文件儲(chǔ)存，或覆蓋原有設(shè)置文件，滿足生產(chǎn)過程中自動(dòng)化系統(tǒng)的精確控制，實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過程中系統(tǒng)的故障診斷及安全保護(hù)。

對(duì)于設(shè)備中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)應(yīng)具有自動(dòng)記憶的保護(hù)功能，以防突然斷電時(shí)系統(tǒng)失效。登錄訪問及更改數(shù)據(jù)時(shí)，設(shè)有身份確認(rèn)功能，并能自動(dòng)形成更改記錄，以備查訪。系統(tǒng)能直觀、實(shí)時(shí)、正確地顯示整個(gè)生產(chǎn)線被監(jiān)控對(duì)象的工作狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)控操作，保證自動(dòng)化設(shè)備和沖床交互同步協(xié)調(diào)運(yùn)行。

4. 結(jié)語

柔性化制造技術(shù)組合了當(dāng)今機(jī)床技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、傳輸技術(shù)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，較好地解決了高效率與柔性的矛盾，特別是相對(duì)于大批量沖壓生產(chǎn)流水線而言，優(yōu)勢(shì)更為明顯，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、適應(yīng)性強(qiáng)。通過調(diào)整模具及系統(tǒng)程序，可快速實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格、型號(hào)產(chǎn)品的智能化快速生產(chǎn)，以適應(yīng)瞬息萬變的市場(chǎng)需求。

（2）安全可靠、生產(chǎn)效率高。由于省去了人工傳輸產(chǎn)品的流程，生產(chǎn)節(jié)拍得以提升，同時(shí)節(jié)省了人工成本，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，安全文明生產(chǎn)得到保證。

（3）生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)干凈、整潔，便于實(shí)現(xiàn)精益化生產(chǎn)管理。

物料傳輸及工件周轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)銜接和故障診斷，為創(chuàng)建智慧化制造工廠創(chuàng)造了極為有利的條件。

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[1] 譚天.發(fā)展21世紀(jì)的柔性加工系統(tǒng)[J] .世界制造技術(shù)與裝備市場(chǎng)，2002（2）:58-61.

[2] 楊江河，魏永良.現(xiàn)代模具制造技術(shù) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.