汽車自動(dòng)化沖壓車間規(guī)劃

史鵬飛，崔禮春，夏咪咪

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司 技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

對于整車工廠來說，沖壓車間是整個(gè)制造流程中比較核心的環(huán)節(jié)，如果能夠在這個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行合理規(guī)劃分析，整車工廠的效率會(huì)得到較大提高。人工生產(chǎn)線，雖然在建設(shè)初期投入較小，但隨著市場需求的擴(kuò)大，其固有的效率低下、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性較差等缺點(diǎn)越來越影響企業(yè)的發(fā)展。自動(dòng)化生產(chǎn)線恰好可以讓這些問題得到解決。較高的生產(chǎn)效率、穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量以及規(guī)模生產(chǎn)條件下更低的單件生產(chǎn)成本，正是自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線的優(yōu)點(diǎn)，尤其對大型車身覆蓋件生產(chǎn)而言，這些優(yōu)點(diǎn)更為突出。因而，現(xiàn)今一般在大型沖壓車間規(guī)劃初期，就會(huì)直接考慮采用自動(dòng)化。

1 沖壓車間設(shè)計(jì)原則

（1）圍繞整車工廠的工作核心和目標(biāo)，以及生產(chǎn)汽車的需要和目的為首要和根本的原則。

（2）以縮短移動(dòng)距離為原則，車間平面布置以物流順暢為原則，劃區(qū)域布置，各區(qū)域之間位置按物流順序進(jìn)行布置。

（3）充分利用沖壓車間中的空間和場地，整個(gè)車間按精益生產(chǎn)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，生產(chǎn)組織采取“多批次，小批量”的生產(chǎn)方式，綜合考慮整體物流、庫存時(shí)間和運(yùn)輸頻次。

（4）沖壓設(shè)備考慮采用高速?zèng)_壓自動(dòng)線，保證質(zhì)量，提高效率，節(jié)約生產(chǎn)面積及生產(chǎn)成本。

選擇什么樣規(guī)模的生產(chǎn)線，取決于需要生產(chǎn)什么樣的沖壓件。對于占汽車車身10%的超大型沖壓件，一般采用總噸位6000t以上的沖壓線；25%左右的大中型沖壓件，采用4000t左右沖壓線；25%左右的中型沖壓件，采用2500t左右沖壓線；其余40%左右中小件，基本采用1000t以下生產(chǎn)線。

2 產(chǎn)能核算

依據(jù)沖壓廠30萬輛產(chǎn)能規(guī)劃，主要參考設(shè)備工作年時(shí)基數(shù)、平均生產(chǎn)節(jié)拍和沖壓沖次需求等。生產(chǎn)線按照兩班250天，每天8h工作制度，生產(chǎn)線按照七軸機(jī)器人高速線，移動(dòng)率0.75，平均生產(chǎn)節(jié)拍依據(jù)10SPM核算：

年沖次 =250×2×8×60×60×10×0.75=1080萬次

3 工藝設(shè)備

就設(shè)備組成而言，沖壓自動(dòng)化線一般包括壓力機(jī)和自動(dòng)化。

3.1 壓力機(jī)

壓力機(jī)作為沖壓車間的主要生產(chǎn)線設(shè)備，決定了整體生產(chǎn)工藝的水平。目前國內(nèi)壓力機(jī)主要分為液壓機(jī)、機(jī)械壓力機(jī)兩大類。其中，因液壓機(jī)生產(chǎn)效率較低、維護(hù)頻率較高、維修成本較高等原因，已經(jīng)逐漸被機(jī)械壓力機(jī)所取代。機(jī)械壓力根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，可分為單動(dòng)、雙動(dòng)、四柱壓力機(jī)；根據(jù)自身原理，可分為機(jī)械式壓力機(jī)、伺服壓力機(jī)。

3.2 沖壓自動(dòng)化系統(tǒng)

（1）拆垛系統(tǒng)。一套完整的沖壓自動(dòng)化拆垛系統(tǒng)的常規(guī)配置主要包括軌道移動(dòng)式上料小車、拆垛機(jī)械手、傳送裝置、板料清洗機(jī)、板料涂油機(jī)、板料對中臺(tái)及控制系統(tǒng)等組成。

（2）自動(dòng)傳輸系統(tǒng)。自動(dòng)傳輸系統(tǒng)用于各工序間毛坯或工件搬運(yùn)傳輸。傳輸機(jī)構(gòu)主要有機(jī)械手、機(jī)器人等方式。機(jī)械手分為上下料機(jī)械手和高速穩(wěn)定的單臂或雙臂橫桿式傳送機(jī)構(gòu)等。機(jī)器人傳輸方式自身特點(diǎn)獨(dú)樹一幟，機(jī)器人通過端拾器和運(yùn)動(dòng)軌跡的調(diào)整，更加柔性化，產(chǎn)品適應(yīng)性強(qiáng)，在舊線改造和多品種小批量沖壓線應(yīng)用較多。

（3）線尾出料系統(tǒng)。線尾出料系統(tǒng)由出料輸送帶、照明、工件檢驗(yàn)臺(tái)、人工或自動(dòng)裝箱機(jī)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(dòng)裝箱），并為沖壓件檢測提供條件。由于人工檢查的靈活性特點(diǎn)，常用人工檢查及人工裝箱方式。

3.3 沖壓自動(dòng)線的主要形式

（1）“普通壓力機(jī)+機(jī)器人傳輸”形式。機(jī)器人傳輸形式柔性高，使用方便且成本較低，但穩(wěn)定性較差，速度相對較慢，不適合大批量高速生產(chǎn)。

（2）“普通壓力機(jī)+單臂機(jī)械手”傳輸形式。單臂機(jī)械手傳輸形式由于成本相對較低、具有一定的靈活性，目前仍有一定的發(fā)展空間。

（3）“高速壓力機(jī)+橫桿式”傳輸形式（高速線）。橫桿式傳輸形式具有高速、高穩(wěn)定性等特點(diǎn)，已經(jīng)在大型覆蓋件生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

（4）“多工位壓力機(jī)+步進(jìn)式”傳輸形式。多工位生產(chǎn)線已經(jīng)有多年的歷史，傳輸方式已經(jīng)由原來的機(jī)械式傳輸演變?yōu)榻裉斓碾娮涌刂剖絺鬏?，整體結(jié)構(gòu)也由單一的單滑塊發(fā)展為單滑塊、多滑塊并存。由于速度快、穩(wěn)定性高，一直以來為各主機(jī)廠廣泛使用。尤其多滑塊多工位，其特性基本與高速線接近。

4 沖壓自動(dòng)線規(guī)劃其他因素

沖壓自動(dòng)線規(guī)劃是個(gè)比較復(fù)雜的過程，除了上面提到的，還有很多因素需要考慮。

4.1 是否采用同步技術(shù)

同步技術(shù)在沖壓自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)得到廣泛的認(rèn)可，它對提升生產(chǎn)節(jié)拍有著重要的意義。

傳統(tǒng)的沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，壓機(jī)始終采用“單次”運(yùn)行模式，下料手需等到壓機(jī)完成整個(gè)沖壓循環(huán)滑塊回到上死點(diǎn)停止后才開始動(dòng)作，上料手（上料機(jī)械手/機(jī)器人）需等下料手退出壓機(jī)工作區(qū)域后開始啟動(dòng)，而壓機(jī)滑塊又需等下料手完全退出壓機(jī)工作區(qū)域后再開始下行，每個(gè)循環(huán)周期較長，從而直接影響整線生產(chǎn)節(jié)拍。

同步技術(shù)是指生產(chǎn)過程中，壓機(jī)采用“連續(xù)”運(yùn)行模式，通過精確的計(jì)算，讓上下料手和壓機(jī)滑塊“同步”啟動(dòng)，下料手在滑塊回程上行到一定角度（回到上死點(diǎn)前）后便開始取件，上料手在滑塊下行到一定角度前完成送件，在保證整個(gè)過程不出現(xiàn)干涉的情況下完成取送件動(dòng)作。同時(shí)為了保證下料手在完成取件后有足夠的時(shí)間將工件送入下道工序，相鄰兩臺(tái)壓機(jī)滑塊運(yùn)動(dòng)過程中始終保持合理的相位差，從而讓上下料手可以工作的周期相對加長。

尤其對于大批量大型覆蓋件沖壓生產(chǎn)而言，高速?zèng)_壓自動(dòng)線加同步技術(shù)比包括單滑塊多工位在內(nèi)的其他方式有更為明顯的優(yōu)勢。

4.2 壓機(jī)重點(diǎn)參數(shù)——滑塊行程

生產(chǎn)線規(guī)劃時(shí)，要考慮的壓機(jī)參數(shù)很多，其中滑塊行程直接影響自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)的可行性及難易程度，在規(guī)劃時(shí)需重點(diǎn)關(guān)注。

滑塊行程的選擇，與需要生產(chǎn)的沖壓件的拉延深度、端拾器的高度等直接有關(guān)。規(guī)劃時(shí)所確定的滑塊行程，必須保證上下料手抓取工件水平運(yùn)動(dòng)過程中端拾器與上模最低點(diǎn)及下模最高點(diǎn)保持足夠的安全空間。

由于大型覆蓋件的拉延深度大多超過200mm，所以，大型高速?zèng)_壓自動(dòng)線的壓機(jī)滑塊行程一般在1000mm以上。

4.3 模具及端拾器的結(jié)構(gòu)形狀

為了獲得理更為想的干涉曲線，除了滑塊行程、速度-加速度曲線等壓機(jī)固有參數(shù)或固有特性需要重點(diǎn)考慮外，模具及端拾器的結(jié)構(gòu)形狀，也應(yīng)納入考慮范疇。合理的模具及端拾器結(jié)構(gòu)，能夠有效彌補(bǔ)自動(dòng)化方面存在的不足，從而提高沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)的可行性。

此外，模具設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮以下內(nèi)容：同一生產(chǎn)線模具閉合高度相差不宜過大（最好一致）；下模盡可能裝有制件到位傳感器；模具安裝槽的位置盡量統(tǒng)一（可以減少自動(dòng)夾緊器的數(shù)量，降低成本）；廢料能夠順利排出工作臺(tái)外（部分排料困難位置加沖頂裝置）；成型類模具配備制件頂松裝置（如彈頂銷或頂出氣缸）和避免出現(xiàn)較大的斜楔機(jī)構(gòu)，盡量多采用旋轉(zhuǎn)斜楔。

4.4 對鋼板料垛的要求

與手動(dòng)線相比，自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)，對鋼板毛坯料垛的規(guī)整程度有更為嚴(yán)格的要求。如果料垛不夠整齊，會(huì)造成磁力分張效果差（易產(chǎn)生雙料現(xiàn)象），拆垛手抓取板料位置不夠準(zhǔn)確等問題。因此，自動(dòng)線投入之前，為保證生產(chǎn)效率達(dá)到目標(biāo)值，必須明確對鋼板料垛的要求。

4.5 對沖壓件工藝排布的要求

（1）同一件模具的送料中心與生產(chǎn)線中心對應(yīng)關(guān)系盡量一致；

（2）盡量減少制件傳輸過程中的旋轉(zhuǎn)，尤其高速?zèng)_壓線及多工位，應(yīng)避免制件繞Z軸旋轉(zhuǎn)；

（3）同一件生產(chǎn)過程中送料面高度盡可能一致（能夠有效較少節(jié)拍損失）。

4.6 對生產(chǎn)管理的要求

（1）及時(shí)做好模具線下保養(yǎng)，減少在線維護(hù)時(shí)間；

（2）相鄰生產(chǎn)批次的模具閉合高度相差不大（可以減少裝模高度調(diào)整時(shí)間）；

（3）毛坯及模具在生產(chǎn)批次切換前準(zhǔn)備就緒；

（4）成品件及時(shí)轉(zhuǎn)移；

（5）保持良好的環(huán)境清潔度；

（6）設(shè)備操作和維護(hù)保養(yǎng)的規(guī)范化。

5 結(jié)束語

在沖壓車間生產(chǎn)過程中，由于自身在發(fā)展過程中產(chǎn)生的一系列問題，不利于沖壓車間的長期發(fā)展。本文通過通過對沖壓車間工藝設(shè)計(jì)的原則、設(shè)備的選擇，提出了相應(yīng)的方法策略。

沖壓車間的規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)遵循“精益、緊湊、實(shí)用”的原則，追求“高質(zhì)量、高效率、低投入”。