淺析集煙罩人工沖壓生產(chǎn)線自動(dòng)化改造

文/陳海濱，羅克清·寧波方太廚具有限公司

現(xiàn)狀分析

沖壓工藝是廚電行業(yè)最重要的工藝之一，隨著廚電行業(yè)的飛速發(fā)展，行業(yè)內(nèi)的競爭、人工成本的不斷增加，企業(yè)降本的壓力逐年加劇，帶動(dòng)了沖壓自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展。多數(shù)傳統(tǒng)的人工手動(dòng)作業(yè)方式，已逐漸更新為自動(dòng)化的作業(yè)方式。為提升人工沖壓線生產(chǎn)效率、優(yōu)化成本，對(duì)人工沖壓線進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)改造，在對(duì)傳統(tǒng)的人工手動(dòng)沖壓作業(yè)生產(chǎn)線改造時(shí)，需本著提升制造技術(shù)水平。重點(diǎn)提高沖壓線輸送系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減少作業(yè)人數(shù)，改善人工勞動(dòng)強(qiáng)度，保證生產(chǎn)的安全性，降低制造成本。

全面掌握現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品工藝的各種數(shù)據(jù)，諸如生產(chǎn)線基本配置、壓力機(jī)對(duì)自動(dòng)化適應(yīng)程度、壓力機(jī)間距情況、物流方式等，是生產(chǎn)線自動(dòng)化改造工作開始的基礎(chǔ)。另外，還需對(duì)在線生產(chǎn)產(chǎn)品做全面剖析，是否適合自動(dòng)化生產(chǎn)、是否需要對(duì)現(xiàn)有加工工藝調(diào)整、是否需要對(duì)專用工裝進(jìn)行調(diào)整改造等。綜合以上設(shè)備與產(chǎn)品工藝，制定成本最優(yōu)改造方案。

現(xiàn)有設(shè)備分析

圖1 集煙罩人工沖壓線

圖2 產(chǎn)品的沖壓工序

以方太電器工廠集煙罩人工沖壓線為例，如圖1所示。根據(jù)現(xiàn)場場地與產(chǎn)品工藝布置生產(chǎn)線。集煙罩產(chǎn)品生產(chǎn)工藝根據(jù)產(chǎn)品型號(hào)不同需要10 到11 道沖壓工序。所以，生產(chǎn)線的布置將以最多工序?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)設(shè)置設(shè)備數(shù)量。11 臺(tái)壓機(jī)設(shè)備由于場地限制無法按照傳統(tǒng)模式一線排開，現(xiàn)場采用分段模式，用過渡的高空輸送線將產(chǎn)品流進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)連線生產(chǎn)。整線生產(chǎn)配置作業(yè)人員13 名。壓機(jī)間產(chǎn)品物流采用滾筒線的形式單個(gè)連續(xù)傳輸。現(xiàn)有人工生產(chǎn)模式生產(chǎn)線，是單臺(tái)設(shè)備形式上的擺放在一起，無法實(shí)現(xiàn)整線的自動(dòng)生產(chǎn)。

產(chǎn)品沖壓工藝分析

根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)在產(chǎn)品開發(fā)階段確定了產(chǎn)品的沖壓工序，如圖2 所示，一般的集煙罩產(chǎn)品分為10 道工序。結(jié)合上述生產(chǎn)線的排布，M1、M2 工序?yàn)榍皟膳_(tái)設(shè)備生產(chǎn)，不與后面的生產(chǎn)設(shè)備在一條線上。

為進(jìn)一步說明產(chǎn)品沖壓工藝對(duì)自動(dòng)改造的影響，選取兩種產(chǎn)品進(jìn)行沖壓工藝分析，如圖3 示。從中可以發(fā)現(xiàn)，在沖壓過程中，有的工位有廢料產(chǎn)生，有的工位間產(chǎn)品傳輸需要有一個(gè)翻面的過程。因此在生產(chǎn)線的改造過程中必須考慮，滿足生產(chǎn)工藝的要求。

自動(dòng)化改造方案設(shè)計(jì)

總體方案設(shè)計(jì)

按現(xiàn)在的生產(chǎn)設(shè)備布局，產(chǎn)品生產(chǎn)工藝方式以及現(xiàn)有的生產(chǎn)模具，綜合考慮成本、工期等因素，集煙罩生產(chǎn)線確定采用人工與自動(dòng)化共存的方式實(shí)現(xiàn)升級(jí)改造，即高空輸送線前M1、M2 工序采用人工方式生產(chǎn)，后面9 臺(tái)設(shè)備(M3-M10)采用自動(dòng)化方式生產(chǎn)。目前沖壓行業(yè)內(nèi)，沖壓線自動(dòng)化生產(chǎn)方式的主體結(jié)構(gòu)，主要有機(jī)械手+穿梭機(jī)、機(jī)器人、高速橫桿等。結(jié)合現(xiàn)實(shí)情況在不改變現(xiàn)有設(shè)備布局，不更換生產(chǎn)模具的情況下，選用機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，在經(jīng)濟(jì)性、適用性、技術(shù)成熟度等方面都比較合適，如圖4 所示。

采用六軸機(jī)器人完成壓機(jī)與壓機(jī)之間的物料搬運(yùn)，設(shè)置總控系統(tǒng)來控制機(jī)器人與壓機(jī)設(shè)計(jì)的動(dòng)作控制，直接用機(jī)器人代替人工生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的自動(dòng)化生產(chǎn)。

自動(dòng)換模

現(xiàn)在沖壓生產(chǎn)線生產(chǎn)產(chǎn)品型號(hào)，產(chǎn)品切換頻率高，具備高效的換模作業(yè)能力已成為自動(dòng)化生產(chǎn)過程的重要條件。其中，自動(dòng)換模系統(tǒng)在整個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)線中扮演著極其重要的角色。在自動(dòng)化沖壓線的改造過程中，首要任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)沖床的自動(dòng)換模功能。沖床自動(dòng)換模系統(tǒng)由沖床、模具夾緊器、舉模器、配套換模臺(tái)車等組成。通過自動(dòng)化設(shè)備的搭配，將模具換模時(shí)間、生產(chǎn)啟動(dòng)時(shí)間或調(diào)整時(shí)間等盡可能減少，使用者能夠快速更換、夾緊模具，減少換模時(shí)間，對(duì)多品種少批量生產(chǎn)、減少存貨、降低勞力成本具有重要意義。配置整線換模臺(tái)車，如圖5 所示。

圖3 兩種產(chǎn)品進(jìn)行沖壓工藝分析

圖4 沖壓線自動(dòng)化生產(chǎn)方式的主體結(jié)構(gòu)

機(jī)器人選擇

沖壓搬運(yùn)機(jī)器人目前根據(jù)在過程中搬運(yùn)形式上的不同，考慮到是老線改造，加之壓力機(jī)間距和工裝主體結(jié)構(gòu)已成定局，故選擇性價(jià)比高的六軸機(jī)器人。在六軸機(jī)器人系列里ABB 的IRB 6700 型和安川的MS165 型都是適合沖壓領(lǐng)域的高性能機(jī)器人，可以為最大限度提高生產(chǎn)節(jié)拍打下基礎(chǔ)。按現(xiàn)場設(shè)備布局間距尺寸，臂展須大于2.7 米，如圖6 示。

圖5 配置整線換模臺(tái)車

圖6 現(xiàn)場設(shè)備布局間距

圖 7 ABB 與安川兩款機(jī)器人參數(shù)

圖7 分別現(xiàn)示了ABB 與安川兩款機(jī)器人參數(shù)。通過比對(duì)，在端部負(fù)載、工作半徑、安裝要求、重復(fù)精度等方面。此兩款機(jī)器人技術(shù)參數(shù)均可滿足工藝需要，故兩款機(jī)器人均可作為備選機(jī)型。

線首單元設(shè)計(jì)

由于此線改造為分段改造方式，整線前兩臺(tái)設(shè)備采用人工作業(yè)方式，所以自動(dòng)化生產(chǎn)線部分的來料為人工成形后的產(chǎn)品。成形后的產(chǎn)品體積大，形狀不規(guī)則，如果采用自動(dòng)化的上料方式，風(fēng)險(xiǎn)較大，投入較高，自動(dòng)線首采用人工上料方式有利規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，減少投入。

如圖8 所示，采用萬向滾珠的滑道做支撐面，整個(gè)滑道安裝成一定角度，人工將半成品置于滑道上，由于滑道成一定角度，產(chǎn)品將在重力的作用下自動(dòng)下滑到最低點(diǎn)，最低兩個(gè)定位傳感器感應(yīng)到產(chǎn)品之后，定位傳感器傳輸信號(hào)給機(jī)器人，機(jī)器人將產(chǎn)品取走，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料功能。

線間單元設(shè)計(jì)

集煙罩自動(dòng)沖壓線，除了按壓機(jī)間布置機(jī)器人實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品搬運(yùn)外，還必須實(shí)現(xiàn)機(jī)器人端拾器的自動(dòng)更換和產(chǎn)品的翻面。

圖8 線首單元設(shè)計(jì)

圖9 端拾器支架安裝在機(jī)器人右后側(cè)

重陽節(jié)，為每年的農(nóng)歷九月初九日，是中國傳統(tǒng)節(jié)日。“重陽”也叫“重九”，因?yàn)椤兑捉?jīng)》中把“九”定為陽數(shù)，九月九日，兩九相重，故曰“重陽”，古人認(rèn)為重陽是一個(gè)值得慶賀的吉利日子。慶祝重陽節(jié)一般包括出游賞秋、登高遠(yuǎn)眺、觀賞菊花、遍插茱萸、吃重陽糕、飲菊花酒等活動(dòng)。

⑴端拾器自動(dòng)更換。設(shè)計(jì)的端拾器支架安裝在機(jī)器人右后側(cè)如圖9 所示。與機(jī)器人之間用圍欄隔開，圍欄高度約1.4m。當(dāng)需要更換端拾器時(shí)，機(jī)器人向后旋轉(zhuǎn)并將使用中的端拾器自行放在支座工位上，然后從支架的另一個(gè)方向取端拾器，完成端拾器更換后機(jī)器人進(jìn)入工作原點(diǎn)，準(zhǔn)備下一型號(hào)的產(chǎn)品生產(chǎn)。

⑵中轉(zhuǎn)臺(tái)。為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的沖壓生產(chǎn)工藝，在不重新開發(fā)新模具的情況下，產(chǎn)品在沖壓過程中就必須具有自動(dòng)翻面的功能。在改造的自動(dòng)沖壓線中，產(chǎn)品翻面采用機(jī)器人與中轉(zhuǎn)臺(tái)配合的方式來實(shí)現(xiàn)。機(jī)器人從壓力機(jī)中取出產(chǎn)品后，利用機(jī)器人本身的第六軸旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品翻面。機(jī)器人將翻面的產(chǎn)品放置于中轉(zhuǎn)臺(tái)上，機(jī)器人從對(duì)應(yīng)位置退出中轉(zhuǎn)臺(tái)。中轉(zhuǎn)臺(tái)采用萬向滾珠，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的重力自定位，保證下道機(jī)器人的抓取精度，如圖10 示。

線尾單元設(shè)計(jì)

圖10 設(shè)計(jì)的中轉(zhuǎn)臺(tái)

當(dāng)下料機(jī)器人將工件從最后一臺(tái)壓機(jī)中拾取到線尾滾筒輸送機(jī)上時(shí)，完成了整個(gè)零件的沖壓過程。線尾出件系統(tǒng)由出料輸送滾筒、照明、工件檢驗(yàn)臺(tái)、產(chǎn)品臺(tái)車等構(gòu)成，其主要任務(wù)是沖壓線成品人工檢查、裝箱方便進(jìn)入下一道工序。

考慮到線尾裝箱是人工作業(yè)，設(shè)計(jì)時(shí)考慮下料滾筒線的長度，以保證一定的產(chǎn)品緩存，便于人工的檢驗(yàn)工作，如圖11 所示。

圖11 線尾單元設(shè)計(jì)

結(jié)束語

經(jīng)過上述方案改造，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人上下料，整線單班節(jié)省人員7 名，大大降低了生產(chǎn)成本。為實(shí)現(xiàn)整線自動(dòng)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，也為后期集煙罩的自動(dòng)化生產(chǎn)線的建設(shè)，積累了技術(shù)基礎(chǔ)。