沖壓工藝是汽車行業(yè)四大工藝之一.隨著汽車行業(yè)的飛速發(fā)展.以及人工成本的不斷攀升.帶動了沖壓自動化技術(shù)的快速發(fā)展.多數(shù)傳統(tǒng)的人工手動作業(yè)方式.已更新為自動化或半自動化的作業(yè)方式。對于新組建的廠家.或新投資的生產(chǎn)線.自動化就顯得尤為重要。

在對傳統(tǒng)的人工手動沖壓作業(yè)生產(chǎn)線改造時.需本著提升制造技術(shù)水平.提高整線生產(chǎn)效率.確保生產(chǎn)零件品質(zhì).改善周邊作業(yè)環(huán)境.降低自身綜合成本的根本目的.進(jìn)行重點把握。

現(xiàn)狀把握

全面掌握現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備及環(huán)境的各種數(shù)據(jù).諸如生產(chǎn)線基本配置、壓力機對自動化適應(yīng)程度、壓力機間距、地面以下基礎(chǔ)情況、物流方式等.是生產(chǎn)線自動化改造工作開始的基礎(chǔ)。

另外.還需對在線生產(chǎn)產(chǎn)品做全面剖析.是否適合自動化生產(chǎn)、是否需要對現(xiàn)有加工工藝調(diào)整、是否需要對專用工裝進(jìn)行調(diào)整改造等。

本文以一條手動沖壓線為例進(jìn)行相關(guān)改造方案的說明.其具體情況見表1。

自動化主體方案選擇

搬運系統(tǒng)

目前沖壓行業(yè)內(nèi)大、中型沖壓線自動化生產(chǎn)方式的主體結(jié)構(gòu).主要有機械手+穿梭機、機器人、高速橫桿等。幾種方案的綜合比較.詳見表2。

綜合經(jīng)濟性、適用性、技術(shù)成熟度等多方面因素.目前機器人應(yīng)用較為普遍。

清洗系統(tǒng)

根據(jù)所生產(chǎn)零件及潛在零件的工藝需求.考慮清洗系統(tǒng).可選擇在線系統(tǒng)、離線系統(tǒng)或在線系統(tǒng)集成離線功能等。

拆垛系統(tǒng)

沖壓件所使用毛坯材料.均為有孔或無孔的.有矩形、梯形、直線段與直線段、直線段與曲線段、完全由曲線段構(gòu)成的異形等輪廓形狀.均為平面毛坯.已實現(xiàn)或可實現(xiàn)整齊堆垛.故方案設(shè)計中需要考慮自動化拆垛功能。

裝箱系統(tǒng)

根據(jù)所生產(chǎn)零件的特性.對零件幾何形狀、空間尺寸等進(jìn)行充分分析.選擇是否進(jìn)行自動化裝箱。目前較為普遍的方式為.零件經(jīng)自動化沖壓排出后.由人工進(jìn)行裝箱作業(yè)。

■ 表1 改造前的生產(chǎn)設(shè)備及環(huán)境數(shù)據(jù)

■ 表2 行業(yè)內(nèi)自動化主體方案對比

■ 表3 不同類型的機器人自動化解決方案對比

自動化改造方案設(shè)計

機器人的選擇

⑴機器人品牌選擇。

目前國內(nèi)沖壓行業(yè)機器人以ABB、KUKA、FANUC等為主.ABB、KUKA屬歐系產(chǎn)品.安裝形式為“地面安裝式”.FANUC屬日系產(chǎn)品.安裝形式為“棚架式”.如圖1所示。

綜合考慮自身的調(diào)整、保全、維修等便利性和相應(yīng)的使用習(xí)慣.決定選擇“地面安裝式”機器人。

⑵機器人型號（功能）選擇。

沖壓搬運機器人目前根據(jù)在過程搬運形式上的不同.主要分為六軸機器人、伺服旋轉(zhuǎn)七軸機器人、伺服直線七軸機器人3種.下面以ABB公司產(chǎn)品為例進(jìn)行對比說明.見表3。

考慮到是老線改造.加之壓力機間距和工裝主體結(jié)構(gòu)已成定局.故選擇性價比高的六軸機器人。在六軸機器人系列里.ABB的IRB 6660 130型和KUKA的KR 120 R3500 press型都是適合沖壓領(lǐng)域的帶有重型傳動裝置的高性能機器人.可以為最大限度提高生產(chǎn)節(jié)拍打下基礎(chǔ)。

圖2和圖3分別顯示了ABB IRB 6660 130/3.1型機器人和KUKA KR 120 R3500 press型機器人的主要參數(shù)。

圖1 各品牌機器人設(shè)備示意圖

通過比對.在端部負(fù)載、工作半徑、安裝要求、重復(fù)精度等方面.此兩款機器人均可滿足工藝需要.故兩款機器人均可作為備選機型。

線首單元工藝設(shè)計

⑴拆垛部分。

根據(jù)節(jié)拍最大化的要求.工藝設(shè)計雙移動式拆垛小車。兩臺拆垛小車采用機動式.分別在兩平行軌道上移動.由上料工位至拆垛工位。2臺小車交替連續(xù)工作.一臺小車拆垛完成后自動返回上料工位.另一小車重復(fù)上一循環(huán)。拆垛小車的移動速度須滿足無縫對接（不停線等待）的要求。

拆垛小車配備強力磁力分張裝置.使上層坯料實現(xiàn)簡便分離。磁力分張裝置的數(shù)量和尺寸需確保坯料完全分離。磁力分張裝置固定在可旋轉(zhuǎn)的伸縮臂上.伸縮臂安裝于直線導(dǎo)軌上.直線導(dǎo)軌安裝在工作臺上.可實現(xiàn)上下、左右、前后6個方向的調(diào)節(jié).生產(chǎn)轉(zhuǎn)換期間可通過伸縮臂手動調(diào)整磁力分張裝置的位置.每個分張器帶有氣動退磁裝置。

圖2 ABB IRB 6660 130/3.1型機器人

圖3 KUKA KR 120 R3500 press型機器人

另外.拆垛小車上還配置末料檢測裝置。當(dāng)拆垛小車上托盤空置后.機器人自動轉(zhuǎn)向另一個拆垛小車拆垛。此時系統(tǒng)發(fā)出聲光報警提示操作人員進(jìn)行材料的更換。操作人員按下按扭確認(rèn)更換垛料.拆垛小車就自動移出工作區(qū)達(dá)到指定位置.操作者手動將磁力裝置向后移動.借助叉車等工具.卸載空托盤并上載有板料的托盤。

對于兩臺拆垛小車的工藝布置.我們進(jìn)行了對比.具體內(nèi)容見表4?；诂F(xiàn)場的工藝布局和平面的最大化利用原則.工藝設(shè)計以方案二為準(zhǔn)。

⑵清洗機。

經(jīng)過對在線零件的分析.外觀件比例占比較小.但考慮未來產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)展.并綜合經(jīng)濟性考慮.確定清洗機為國內(nèi)制造。

當(dāng)有不需要清洗的材料時.清洗機可以不工作.材料直接輸送到對中臺。清洗機應(yīng)可實現(xiàn)離線工作.離線后可以實現(xiàn)單獨工作。進(jìn)料皮帶機設(shè)計為伸縮結(jié)構(gòu).當(dāng)清洗機離線后.皮帶機伸出.材料直接輸送到對中臺。

⑶對中方式的確定。

目前行業(yè)內(nèi)沖壓自動化生產(chǎn)常用對中方式有重力對中、機械擋塊拍打?qū)χ泻鸵曈X對中.其工作原理和優(yōu)缺點對比見表5。

基于分析比較.工藝設(shè)計選擇視覺對中系統(tǒng)。同時.在視覺對中皮帶機上設(shè)計6個板料到位傳感器.3個檢測器布置在前面.3個布置在后面。當(dāng)坯料輸送到位后.自動停止運行.保證坯料停止在視覺系統(tǒng)的拍照范圍內(nèi)。

■ 表4 拆剁小車的工藝布置比較

線間單元工藝設(shè)計

線間除按壓機間隔配備所需機器人之外.最重要的就是要實現(xiàn)端拾器的自動更換功能（ATC自動更換模式）。

設(shè)計的端拾器支架安裝在機器人后側(cè).與機器人之間用圍攔隔開.圍攔高度約1.8～2m。當(dāng)需要更換端拾器時.機器人向后旋轉(zhuǎn)并將使用中的端拾器自行放在支座上.然后連接另一個支座上的端拾器.完成端拾器更換后機器人進(jìn)入等待位置。整線端拾器配置情況見表6。

機器人配有自動化更換適配器.從而實現(xiàn)機器人與端拾器主桿之間的自動連接。如圖4所示.每個機器人六軸末端配置一個適配器的陽端.適配器的陰端安裝在端拾器主桿上。

■ 表5 各種對中方式的比較

■ 表6 整線端拾器配置情況

線尾單元工藝設(shè)計

當(dāng)下料機器人把工件從最后一臺壓機中拾取到線尾皮帶輸送機上時.完成了整個零件的沖壓過程。若零件在最后一臺壓機無沖壓工藝時.線尾皮帶輸送機伸長至最后一臺壓機內(nèi).傳輸機器人傳遞的零件。

考慮到線尾裝箱是人工作業(yè).設(shè)計時需考慮節(jié)拍的匹配性.所以工藝設(shè)計皮帶機寬度為1800～2000mm.皮帶機長度12000～15000mm.同時考慮到若零件在最后一臺壓機無沖壓工藝時.線尾皮帶輸送機需要伸長至最后一臺壓機內(nèi).接機器人傳遞的零件進(jìn)行傳輸.所以皮帶機要求是至少一端可實現(xiàn)伸長調(diào)節(jié)的功能。

同時.為了確保外觀品質(zhì)的檢查.線尾皮帶機頂應(yīng)裝有檢測照明燈（具體數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場實際照度確定）.照明光線應(yīng)覆蓋整個裝箱區(qū)域.檢測臺配備單獨的照明裝置。

線尾工藝布局示意圖如圖5所示。

圖4 自動化更換適配器

圖5 線尾工藝布局示意圖

結(jié)束語

綜合上述各系統(tǒng)、各單元的方案選擇和設(shè)計.完成了沖壓自動化改造主體工藝設(shè)計。

當(dāng)然.在具體的功能結(jié)構(gòu)設(shè)計中.局部細(xì)節(jié)還需根據(jù)現(xiàn)場實物進(jìn)行匹配性設(shè)計.設(shè)備相關(guān)部分.也需根據(jù)自動化生產(chǎn)的要求做適應(yīng)性改造.同時也需重點考慮安全控制部分.這樣.才能實現(xiàn)其自動化生產(chǎn)的最終目標(biāo)。

一種手動沖壓線自動化改造方案設(shè)計

文/魏龍·東風(fēng)模具沖壓技術(shù)有限公司袁河清·東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心