文/方芳·奇瑞汽車股份有限公司

三種自動(dòng)化生產(chǎn)線在汽車沖壓車間中的應(yīng)用

文/方芳·奇瑞汽車股份有限公司

大型自動(dòng)化沖壓線主要負(fù)責(zé)側(cè)圍、翼子板、頂蓋等大中型覆蓋件自動(dòng)化生產(chǎn)。目前，自動(dòng)化沖壓線主要有三種類型：機(jī)器人自動(dòng)化傳輸、機(jī)械手自動(dòng)化傳輸、單臂快速機(jī)械手自動(dòng)化傳輸線。本文將針對(duì)以上三種自動(dòng)化形式分別闡述其結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)、投資分析等。

三種沖壓自動(dòng)化線的形式

自動(dòng)化線規(guī)劃總體布局基本上相差不大，主要由三部分組成，線頭部分FOL，包含上料小車、分張器、上料機(jī)器人、傳輸皮帶、涂油機(jī)或清洗機(jī)、對(duì)中臺(tái)等組成；中間傳輸部分主要是傳輸機(jī)器人或者機(jī)械手，有部分老自動(dòng)化線帶翻轉(zhuǎn)臺(tái)；線尾部分，下料機(jī)器人或者機(jī)械手、傳輸皮帶機(jī)、檢測(cè)臺(tái)、燈光隧道等，具體情況見表1。

自動(dòng)化線類型 線頭設(shè)備組成（FOL） 線中間傳輸 線尾（EOL）機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線2臺(tái)拆垛小車、拆垛機(jī)器人、磁性皮帶、清洗機(jī)、涂油機(jī)、對(duì)中臺(tái)、上料機(jī)器人 中間傳輸機(jī)器人 線尾皮帶、下料機(jī)器人、燈光隧道、檢驗(yàn)臺(tái)機(jī)械手自動(dòng)化生產(chǎn)線2臺(tái)拆垛小車、拆垛機(jī)械手、磁性皮帶、清洗機(jī)、涂油機(jī)、對(duì)中臺(tái)、上料機(jī)械手翻轉(zhuǎn)機(jī)、過渡臺(tái)、中間傳輸機(jī)械手無(wú)（線頭自動(dòng)化，op10～op20翻轉(zhuǎn)自動(dòng)上料，后序工位人工操作）線尾皮帶、下料機(jī)器人、燈光隧道、檢驗(yàn)臺(tái)單臂高速自動(dòng)化生產(chǎn)線磁性分離器及支架、2臺(tái)小車、高速拆垛手、磁性皮帶、清洗機(jī)、涂油機(jī)、對(duì)中臺(tái)、高速上料手中間高速傳輸機(jī)械手線尾皮帶、高速下料手、燈光隧道、檢驗(yàn)臺(tái)

圖1 機(jī)器人自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線

表2 機(jī)器人線頭自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線線頭設(shè)備結(jié)構(gòu)與功能

三種自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)和功能

機(jī)器人自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線

機(jī)器人自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線（圖1）一般適合于老沖壓線改造，這是因?yàn)槔暇€壓機(jī)間間距比較大，壓機(jī)滑塊行程較小、裝模高度調(diào)節(jié)范圍比較大。這種手工線改造為機(jī)器人自動(dòng)化線，整線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，相對(duì)于設(shè)備和模具等工藝方面參數(shù)要求低、柔性好、投資少，適合各種品種混線生產(chǎn)。機(jī)器人可以方便準(zhǔn)確在工位之間搬運(yùn)物料并補(bǔ)償上料壓機(jī)和卸料壓機(jī)的模具定位精度。

⑴線頭設(shè)備主要結(jié)構(gòu)與功能，見表2。

⑵壓機(jī)間傳輸系統(tǒng)。

1#壓機(jī)到5#壓機(jī)間共計(jì)4個(gè)6軸機(jī)器人，采用第7軸平移機(jī)構(gòu)，運(yùn)行半徑R增加到5000mm左右，增強(qiáng)了運(yùn)行穩(wěn)定性。端拾器接頭為快換式，可實(shí)現(xiàn)（使用氣缸）雙件分離，雙件沖壓件在沖壓過程中分離距離控制在單側(cè)±300mm。壓機(jī)間傳輸系統(tǒng)的功能是，每個(gè)機(jī)器人負(fù)責(zé)處理板坯從沖壓上游到下游的全過程，板料平行移動(dòng)。

⑶線尾系統(tǒng)，見圖2。

圖2 線尾工藝布置

①線尾下料6軸機(jī)器人，工作半徑R3500mm，加特殊材料（碳素纖維）延長(zhǎng)桿，快換式端拾器接頭。

②線尾皮帶機(jī)，尺寸為10000mm×800mm×1200mm，共計(jì)兩條，間距300mm，兩條皮帶由1個(gè)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。

綜上，機(jī)器人自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線由于壓機(jī)間距較大，生產(chǎn)的都是大中型覆蓋件件，壓機(jī)滑塊行程較小，模具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜等綜合因素，機(jī)器人自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線最大速度只能達(dá)到8次/min，每小時(shí)最多生產(chǎn)450件。

機(jī)械手自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線

機(jī)械手自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線（圖3）不僅適合老線改造，也適合新上沖壓線，這是因?yàn)閴簷C(jī)間間距較大，壓機(jī)滑塊行程較大、裝模高度調(diào)節(jié)范圍較小、生產(chǎn)的主要是側(cè)圍、翼子板等大型覆蓋件。手工線改造為機(jī)械手自動(dòng)化線，機(jī)械手一般2軸或者3軸，抖動(dòng)小、傳輸穩(wěn)定、性能良好、效率較高，承載力最大50kg。該線的生產(chǎn)流程是：叉車/行車將垛料（含托盤）輸送到拆垛小車上，拆垛小車定位后，拆垛機(jī)吸取單個(gè)的板料輸送到傳送帶；通過傳送帶將板料經(jīng)過清洗和涂油送到對(duì)中臺(tái)；經(jīng)過對(duì)中定位后，上料手取料將板料送入第一臺(tái)壓力機(jī)第一道工序的雙動(dòng)拉深模具中；沖壓后工件通過下料手取出經(jīng)翻轉(zhuǎn)臺(tái)翻轉(zhuǎn)，由下臺(tái)壓機(jī)的上料手將工件取走并放入模具中進(jìn)行單動(dòng)沖壓；沖壓完成后由下料手將工件從壓機(jī)模具中取出放置于定位臺(tái)，這一過程重復(fù)到最后一道工序。下料手在最后一臺(tái)沖壓機(jī)完成沖壓后取走工件放到傳送帶上，由人工檢查和裝箱。

圖3 機(jī)械手自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線

表3 機(jī)械手自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線線頭設(shè)備結(jié)構(gòu)與功能

⑴線頭設(shè)備主要結(jié)構(gòu)與功能，見表3。

⑵壓機(jī)間傳輸系統(tǒng)，見圖4、5、6。

圖4 中間傳輸機(jī)械手

圖5 翻轉(zhuǎn)機(jī)

圖6 過渡臺(tái)

①壓機(jī)間傳輸機(jī)械手共8個(gè)，4個(gè)上料機(jī)械手，4個(gè)下料機(jī)械手，用于壓機(jī)間送料。所有機(jī)械手上帶有兩個(gè)SCHMALZ真空發(fā)生器，用于抽真空抓取工件集中潤(rùn)滑，并安裝有平衡氣缸用于平衡機(jī)械手和端拾器的重量。

②翻轉(zhuǎn)臺(tái)，用于1、2壓機(jī)間板料翻轉(zhuǎn)，由一個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，可旋轉(zhuǎn)180°。兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)夾具可在下面軌道上左右調(diào)整，由兩個(gè)帶編碼器電機(jī)分別調(diào)整。夾具的垂直方向通過絲杠手動(dòng)調(diào)整，可調(diào)量±200mm。

③過渡臺(tái)，用于壓機(jī)2、3、4間隙的工件過渡。下面由四個(gè)滾輪支撐，并帶有兩個(gè)鎖緊銷定位、三軸運(yùn)動(dòng)，側(cè)移±500mm、傾斜±45°、分離0～400mm，側(cè)移和傾斜由伺服驅(qū)動(dòng)，分離由氣缸實(shí)現(xiàn)，分離距離由擋塊限定，擋塊位置編程可調(diào)，傾斜機(jī)構(gòu)及分離機(jī)構(gòu)可整體手動(dòng)旋轉(zhuǎn)（水平旋轉(zhuǎn)）＋90°/-180°。

⑶線尾系統(tǒng)。

線尾下料手（圖7）用于第五臺(tái)壓機(jī)的下料，兩軸運(yùn)動(dòng)，西門子伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，同步帶傳動(dòng)。機(jī)械手上帶有兩個(gè)SCHMALZ真空發(fā)生器，用于抽真空抓取工件集中潤(rùn)滑，并安裝有平衡氣缸用于平衡機(jī)械手和端拾器的重量。線尾皮帶形式及布置與上面機(jī)器人線基本一致。

綜上，機(jī)械手自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線由于壓機(jī)間距比較大（9m），生產(chǎn)的都是車身大型外表面覆蓋件、壓機(jī)滑塊行程不大，模具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所以本線最大速度只能達(dá)到7次/min，每小時(shí)最多只能生產(chǎn)420件。

高速單臂自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線

高速單臂自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線（圖8）適用于新上沖壓自動(dòng)化線，項(xiàng)目規(guī)劃階段需充分考慮到壓機(jī)、單臂高速自動(dòng)化設(shè)備、模具三個(gè)方面大因素。單臂機(jī)械手4個(gè)軸，具有傳輸穩(wěn)定、性能良好、效率較高的優(yōu)點(diǎn)。但相對(duì)于設(shè)備和模具等工藝方面參數(shù)要求較高，柔性差、投資高，適合產(chǎn)量較大車型制件大批量生產(chǎn)。該線自動(dòng)化生產(chǎn)的流程是：垛料經(jīng)叉車或行車裝載到2個(gè)獨(dú)立的小車上，拆垛機(jī)械手拾取板料放入皮帶機(jī)；掃描儀檢測(cè)板料的位置；掃描后的板料通過磁性皮帶送入對(duì)中臺(tái)；經(jīng)側(cè)移和旋轉(zhuǎn)對(duì)板料進(jìn)行對(duì)中后，板料由RFD手送入首臺(tái)壓機(jī)。首臺(tái)壓機(jī)后零件被快速送料機(jī)械手傳送，最后一臺(tái)壓機(jī)由下料RFD取出零件后放到出料皮帶機(jī)上。

⑴線頭設(shè)備主要結(jié)構(gòu)與功能，見表4。

⑵中間傳輸機(jī)構(gòu)。

壓機(jī)間的傳輸機(jī)械手（圖9），單臂快速傳送機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)壓機(jī)間直接傳送。傳輸機(jī)械手從上臺(tái)壓機(jī)取件后直接放入下臺(tái)壓機(jī)，中間無(wú)需穿梭機(jī)?？紤]到門內(nèi)板、翼子板等沖壓件一模兩件需要分離，壓機(jī)之間單臂裝置配備三套零件分離裝置，以保證零件通用性，每邊移動(dòng)行程300mm。

圖8 高速單臂自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線

表4 高速單臂自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線線頭設(shè)備結(jié)構(gòu)與功能

表5 三種自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線的分離距離和轉(zhuǎn)角比較

表6 三種自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線的投資預(yù)算分析

圖9 高速單臂傳輸機(jī)械手

⑶線尾部分。

2個(gè)皮帶機(jī)垂直于物流方向布置，速度可調(diào)。最后一臺(tái)壓力機(jī)單臂快速傳送機(jī)構(gòu)從最后一臺(tái)壓機(jī)取料后放到出料皮帶機(jī)上。

綜上，高速單臂自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線的壓機(jī)線和自動(dòng)化都是新上設(shè)備，壓機(jī)間距6.5m，主要生產(chǎn)大型覆蓋件，壓機(jī)滑塊行程1200mm，裝模高度1500mm，模具全部按照單臂自動(dòng)化要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、驗(yàn)收。最大速度能達(dá)到12次/min，每小時(shí)最多能生產(chǎn)720件。

三種自動(dòng)化沖壓線分離距離與轉(zhuǎn)角比較

對(duì)三種自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線的分離距離和轉(zhuǎn)角進(jìn)行比較，見表5。

三種自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線投資預(yù)算比較

對(duì)三種自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線的投資預(yù)算進(jìn)行比較，見表6，表格中沖壓線設(shè)備價(jià)格預(yù)估依據(jù)2009年市場(chǎng)價(jià)格，供參考。

結(jié)束語(yǔ)

沖壓規(guī)劃人員引進(jìn)每一條自動(dòng)化線，從前期可行性分析、方案交流、設(shè)備選型、成本核算都做出了嚴(yán)密的分析，保證投資和效益最大化。自動(dòng)化的普及不僅減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高沖壓件的質(zhì)量，而且也大大提高了產(chǎn)能。希望以上沖壓自動(dòng)化的經(jīng)驗(yàn)，能提供給同行業(yè)汽車廠參考、借鑒。

方芳，工藝規(guī)劃師，主要從事汽車大型自動(dòng)化沖壓工廠工藝規(guī)劃、新車型模具開發(fā)工作。

對(duì)沖壓生產(chǎn)線三種自動(dòng)化形式設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、設(shè)備投資、優(yōu)缺點(diǎn)以及使用情況進(jìn)行分析，為沖壓車間在工藝規(guī)劃、設(shè)備選型、投資預(yù)算方面提供一定的參考依據(jù)。