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        大型沖壓自動(dòng)線的分類與選擇

        2015-06-21 10:40:54李鳳華一汽解放汽車有限公司卡車廠
        鍛造與沖壓 2015年4期
        關(guān)鍵詞:壓機(jī)壓力機(jī)機(jī)械手

        文/李鳳華·一汽解放汽車有限公司卡車廠

        單福剛·海馬轎車有限公司

        大型沖壓自動(dòng)線的分類與選擇

        文/李鳳華·一汽解放汽車有限公司卡車廠

        單福剛·海馬轎車有限公司

        本文介紹了沖壓自動(dòng)化發(fā)展歷程、當(dāng)前大型沖壓自動(dòng)線的種類,以及各種自動(dòng)化形式的組成、特點(diǎn)、適用情況等,并對(duì)如何選擇自動(dòng)化設(shè)備提出了自己的看法。

        沖壓自動(dòng)化的演變過(guò)程

        隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,大型沖壓件的自動(dòng)化生產(chǎn)形式由于能夠降低勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)省人力,而且產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高,所以,應(yīng)用越來(lái)越普遍,成為各汽車主機(jī)廠及大型沖壓件供應(yīng)商的首選。從總的方面來(lái)說(shuō),大型沖壓自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展過(guò)程是一個(gè)不斷滿足沖壓生產(chǎn)企業(yè)需求的過(guò)程。而大型沖壓件的自動(dòng)化設(shè)備也在不斷朝著高效率、高精度、柔性化、自動(dòng)化、安全化、信息化方向發(fā)展。

        圖1為手工操作生產(chǎn)模式,沖壓件生產(chǎn)過(guò)程中的上下料工作由人工完成。由于大型覆蓋件體積大,重量重(有的零件毛坯重量達(dá)到約40kg),所以手工操作存在生產(chǎn)效率低、操作人員多、勞動(dòng)強(qiáng)度大、沖壓件質(zhì)量不易保證、安全生產(chǎn)環(huán)境差等問(wèn)題。隨著人們對(duì)質(zhì)量、效率、安全的追求,這種生產(chǎn)方式越來(lái)越不適應(yīng)現(xiàn)代汽車大型沖壓件生產(chǎn)的需要。大約在上世紀(jì)末,一汽大眾率先在國(guó)內(nèi)引進(jìn)大型自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線,開(kāi)啟了我國(guó)沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)的序幕。

        各種自動(dòng)化形式及特點(diǎn)簡(jiǎn)介

        機(jī)械手上下料

        一汽大眾最先引進(jìn)的是機(jī)械手上下料自動(dòng)線,這種機(jī)械手分別安裝在設(shè)備前后,其組成部分有:上料小車、拆垛機(jī)械手、清洗機(jī)(可選)、涂油機(jī)(可選)、傳輸皮帶、對(duì)中臺(tái)、上料機(jī)械手、壓力機(jī)、壓機(jī)間上下料機(jī)械手、壓機(jī)間穿梭機(jī)、下料機(jī)械手、電氣控制系統(tǒng)等。

        圖1 手工操作生產(chǎn)模式

        圖2 機(jī)械手上下料裝置

        簡(jiǎn)單的二維運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手自動(dòng)化上下料機(jī)構(gòu)(圖2),首先解決了人工上下料勞動(dòng)強(qiáng)度大,質(zhì)量難保證,人工成本高的問(wèn)題,達(dá)到了少人化的目的。但這種結(jié)構(gòu)的機(jī)械手上下料裝置存在如下缺點(diǎn):由于只有上下和前后移動(dòng),柔性較差;壓力機(jī)之間需要兩套端拾器和一個(gè)穿梭裝置,較機(jī)器人投資大,效率低;需要手動(dòng)更換端拾器。

        該種結(jié)構(gòu)的自動(dòng)線目前已很少應(yīng)用,但可應(yīng)用于不成線的壓機(jī)的自動(dòng)化上下料或簡(jiǎn)單的上料需求。

        機(jī)器人上下料

        機(jī)器人自動(dòng)生產(chǎn)線由上料小車、拆垛機(jī)器人、清洗機(jī)(涂油機(jī))、傳輸皮帶、對(duì)中臺(tái)、上下料機(jī)器人、壓力機(jī)、出料皮帶、碼垛機(jī)器人(可選)、電氣控制系統(tǒng)等組成。

        機(jī)器人沖壓自動(dòng)線的優(yōu)點(diǎn)是:壓力機(jī)之間只用1個(gè)機(jī)器人;壓力機(jī)之間只用1套端拾器;易于自動(dòng)更換端拾器;投資少;柔性大,編程靈活;占用空間小,安裝簡(jiǎn)潔。其缺點(diǎn)是:由于機(jī)器人關(guān)節(jié)較多,柔性增加的同時(shí)剛性下降,對(duì)于大而重的零件,節(jié)拍提升受到一定限制。

        由于機(jī)器人自動(dòng)化上下料的生產(chǎn)柔性大,對(duì)模具的要求相對(duì)較低,適合用于現(xiàn)有壓力機(jī)沖壓線的自動(dòng)化系統(tǒng)升級(jí)改造(圖3)。

        圖3 機(jī)器人自動(dòng)化

        一汽解放卡車廠一車間沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線是國(guó)內(nèi)最早應(yīng)用的大型機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線之一,該線為利用原有沖壓設(shè)備改造的生產(chǎn)線,線首為機(jī)械手式拆垛和上料裝置,線內(nèi)為機(jī)器人上下料,至今已投產(chǎn)13年,仍在穩(wěn)定運(yùn)行。目前各大機(jī)器人公司都在積極研制適應(yīng)沖壓件自動(dòng)化生產(chǎn)需求的專用機(jī)器人,隨著機(jī)器人技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的不斷進(jìn)步,機(jī)器人在沖壓自動(dòng)化中扮演的角色也將越來(lái)越重要。

        多工位壓力機(jī)

        多工位壓力機(jī)系統(tǒng)由拆垛裝置、對(duì)中裝置、三坐標(biāo)送料裝置、多工位壓力機(jī)、出料裝置等組成。多工位壓機(jī)能夠自動(dòng)完成自坯料到成品的全過(guò)程。大型覆蓋件的沖壓生產(chǎn)一般需要由4500t以上重型多工位壓力機(jī)來(lái)完成。

        多工位壓力機(jī)具有以下特點(diǎn):⑴生產(chǎn)節(jié)拍為16~25件/min,是單機(jī)聯(lián)線自動(dòng)化的2~3倍;⑵換模時(shí)間短,節(jié)約輔助時(shí)間;⑶占地面積較小,約是單機(jī)聯(lián)線長(zhǎng)度的一半;⑷第一工位帶有數(shù)控液壓拉深墊;⑸只需1~2人進(jìn)行生產(chǎn)監(jiān)控;⑹配有電子伺服三坐標(biāo)送料裝置,適用于大批量生產(chǎn);⑺安全性高;⑻對(duì)模具要求高;⑼設(shè)備一次性投資大等。

        綜合以上特點(diǎn),多工位壓機(jī)在效率、質(zhì)量、少人化等方面優(yōu)勢(shì)顯著,在國(guó)內(nèi)外大型轎車主機(jī)廠及零部件生產(chǎn)廠有較多應(yīng)用。但用于大型覆蓋件的重型多工位壓機(jī),由于其投資大,對(duì)模具要求高,在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有應(yīng)用,國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的是中小件的多工位壓機(jī),一般噸位都在3500t以下。

        高速?zèng)_壓生產(chǎn)線

        高速?zèng)_壓生產(chǎn)線一般是指可以在常規(guī)的串聯(lián)式?jīng)_壓線上實(shí)施的、既有較好的產(chǎn)品柔性又有較高生產(chǎn)效率的自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線。將多工位壓力機(jī)的高生產(chǎn)率和串聯(lián)式壓力機(jī)的靈活性相結(jié)合,就形成了所謂的高速柔性沖壓生產(chǎn)線。

        高速?zèng)_壓生產(chǎn)線的特點(diǎn)是:⑴高效率——每分鐘可生產(chǎn)10~18個(gè)大型覆蓋件;⑵柔性化——適應(yīng)多車型、多品種共線生產(chǎn);⑶自動(dòng)化——拆垛、送料、成形、碼垛全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,并能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊、故障診斷;⑷最大的靈活性,所有運(yùn)動(dòng)軸的動(dòng)作均可編程;⑸從壓機(jī)到壓機(jī)實(shí)現(xiàn)零件直接傳送,不需要中間穿梭裝置;⑹直線和旋轉(zhuǎn)軌跡交疊,輸送速度得以加快,沖壓線整線生產(chǎn)效率大大提高;⑺穩(wěn)固的橫桿式機(jī)械結(jié)構(gòu)使得零件傳送更加平穩(wěn),無(wú)顫動(dòng);⑻端拾器橫桿上采用內(nèi)置式多自由度調(diào)節(jié)裝置,提高了工件在傳送過(guò)程中的“變位”靈活性;⑼可減少整線設(shè)備的占地面積,降低土建投資;⑽工件所需的端拾器數(shù)量減少,端拾器成本降低,存放面積減少;⑾模塊化設(shè)計(jì)使得維護(hù)保養(yǎng)和備品備件相應(yīng)簡(jiǎn)化。

        下面簡(jiǎn)單介紹一下高速?zèng)_壓線幾種典型形式:

        ⑴單臂機(jī)械手上下料。單臂機(jī)械手主要安裝在前后設(shè)備中間,典型結(jié)構(gòu)有瑞士坤戈的單臂機(jī)械手、斯特曼單臂機(jī)械手、舒勒橫桿機(jī)械手等。

        ⑵雙臂自動(dòng)化上下料。雙臂機(jī)械手有擺臂式結(jié)構(gòu)、線性傳輸結(jié)構(gòu)等,一般安裝在設(shè)備左右立柱內(nèi)側(cè),要求設(shè)備立柱間距比較大,如圖4所示。

        圖4 雙臂機(jī)械手安裝

        ⑶七軸機(jī)器人自動(dòng)上下料。目前,各大機(jī)器人生產(chǎn)廠家已成功開(kāi)發(fā)出線性七軸、旋轉(zhuǎn)七軸等高速機(jī)器人,同時(shí)在強(qiáng)度和剛度方面特殊設(shè)計(jì)以滿足高速自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)的需求。機(jī)器人廠家已開(kāi)發(fā)出在壓機(jī)兩側(cè)分別安裝一個(gè)機(jī)器人,雙側(cè)機(jī)器人同步動(dòng)作的自動(dòng)化上下料形式,滿足大型零件高生產(chǎn)節(jié)拍、高靈活性和高穩(wěn)定性的要求。豐田公司沖壓車間的自動(dòng)化設(shè)備為日本小松及其合作公司的產(chǎn)品,應(yīng)用的自動(dòng)化形式即為機(jī)器人和雙臂機(jī)械手相結(jié)合的形式,設(shè)備間距短,效率高。

        另外混合型柔性高速?zèng)_壓自動(dòng)線,如線首拆垛、清洗、涂油和線尾下件為機(jī)器人,線內(nèi)為橫桿式機(jī)械手的自動(dòng)化形式也被廣泛應(yīng)用。為充分利用機(jī)器人的柔性,可根據(jù)節(jié)拍和生產(chǎn)布局的實(shí)際需要配置機(jī)器人數(shù)量。

        沖壓自動(dòng)線的選擇

        各種自動(dòng)線的綜合對(duì)比

        從特點(diǎn)、生產(chǎn)節(jié)拍、適用場(chǎng)合等方面,綜合分析各種自動(dòng)化方式,結(jié)果見(jiàn)表1。

        選擇沖壓自動(dòng)線要考慮的因素

        沖壓自動(dòng)化形式有多種,到底選擇哪種自動(dòng)化形式要重點(diǎn)考慮以下幾方面內(nèi)容:

        ⑴承擔(dān)的產(chǎn)品及綱領(lǐng)。到底采用哪種自動(dòng)化形式,主要取決于承擔(dān)的產(chǎn)品及綱領(lǐng)。如果承擔(dān)的品種較多、產(chǎn)量在10萬(wàn)輛以下,可考慮普通機(jī)器人或單臂方案,而對(duì)于大批量生產(chǎn)則應(yīng)優(yōu)先考慮效率問(wèn)題。

        ⑵廠房條件。如果在原有廠房?jī)?nèi)改造新增沖壓線,則要充分考慮廠房的高度、車間跨度、天車等因素,同時(shí)要充分考慮電氣容量、水、壓縮空氣需求和現(xiàn)有容量等。如果新建廠房則不存在此問(wèn)題。

        表1 各種自動(dòng)化形式的對(duì)比

        ⑶模具條件、投資及成本等。如果是在現(xiàn)有壓機(jī)上改造還要考慮現(xiàn)有壓機(jī)的行程、現(xiàn)有的模具結(jié)構(gòu)等因素。如果現(xiàn)有壓機(jī)行程和模具條件不是很好,有比較復(fù)雜的零件,則最好采用機(jī)器人結(jié)構(gòu),因?yàn)闄C(jī)器人柔性大,零件拾取路線靈活,能應(yīng)對(duì)諸如模具轉(zhuǎn)角度、前后模具不同心、模具開(kāi)口空間不足等問(wèn)題。

        ⑷自動(dòng)線配置選擇。自動(dòng)線的主要構(gòu)成基本都是一樣的,主要由線首單元(拆垛、清洗、涂油、對(duì)中、上料)、線內(nèi)單元(上下料)和線尾單元(下件及輸送)組成。其中,線首和線尾的配置和布置方式很重要,對(duì)整個(gè)節(jié)拍和生產(chǎn)組織、檢查環(huán)節(jié)等影響很大,要充分考慮相關(guān)因素和條件。為保證產(chǎn)品質(zhì)量,一般自動(dòng)線都要配置清洗機(jī),用于清洗板料,但清洗機(jī)有在線配置也有離線配置。一汽大眾生產(chǎn)線都是在線清洗,而豐田公司沖壓線的清洗機(jī)則離線布置。離線清洗的優(yōu)點(diǎn)是只洗表面件,有效利用清洗設(shè)備,減少由于清洗機(jī)故障對(duì)生產(chǎn)線造成的停歇,同時(shí)減小生產(chǎn)線長(zhǎng)度。缺點(diǎn)是需要二次倒運(yùn)材料,物流環(huán)節(jié)多,清洗后的材料要保證不能二次污染。究竟采用哪種方式,需要根據(jù)自己廠的總體布局、管理水平和要求來(lái)決定。另外就是線尾出料方式的選擇,一般線尾都是機(jī)械手或機(jī)器人下料后放到皮帶機(jī)上,由人工進(jìn)行檢件并裝件。線尾出料方式是橫傳還是縱傳,配置皮帶機(jī)的形式和數(shù)量都需要根據(jù)自動(dòng)化形式、節(jié)拍和車間的面積、檢件需求來(lái)綜合考慮。

        結(jié)束語(yǔ)

        隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,沖壓自動(dòng)化也在不斷推出新的技術(shù),就目前存在的幾種主要形式來(lái)說(shuō),也是適合于不同情況,各沖壓生產(chǎn)廠應(yīng)根據(jù)自己工廠廠房、設(shè)備、工裝及產(chǎn)品、產(chǎn)量規(guī)模等具體條件,綜合考慮節(jié)拍、通過(guò)性、經(jīng)濟(jì)性等問(wèn)題,作出適合自己的選擇。

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