王淑坤， 郭微， 黃富

（長春理工大學，長春 130022）

0 引言

隨著自動化機械在零件大批量生產(chǎn)上的廣泛應用，提高生產(chǎn)效率、減少節(jié)拍時間、降低刀具消耗和降低零件的加工成本成為用戶急需解決的問題［1］。

多工位模具1600T生產(chǎn)線是將一個制件的多工序沖壓生產(chǎn)集成起來的連續(xù)沖壓生產(chǎn)線。它具有產(chǎn)能大、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點［2］。因此，它對沖壓模具的要求也很高。其各個沖壓工位的工件需要進行涂油，原始的手工涂油已經(jīng)遠遠不能滿足現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，以機械代替人工進行涂油，使產(chǎn)品減少碰磕傷，把油料稀薄而均勻地噴涂到工件上，能大大節(jié)約涂油的成本，為用戶減少了生產(chǎn)成本，實現(xiàn)了取料、涂油、送料為一體的自動流水生產(chǎn)線。在機械加工中，生產(chǎn)節(jié)拍是精益生產(chǎn)控制的重要環(huán)節(jié)，它能有效地防止生產(chǎn)過剩造成的浪費和生產(chǎn)過遲造成的分段供應不連續(xù)問題。

1 沖壓模具半自動涂油機的結構設計

半自動涂油機，可用于多工位模具在1600T以上的生產(chǎn)線上，采用人工上料、自動涂油、自動送料。該設備為電動及氣動聯(lián)合控制，主要由托料裝置、涂油傳送裝置、電氣控制系統(tǒng)等部分構成，其三維模型如圖1所示。機架由方型鋼管及鋼板焊接加工而成，底面安裝帶有萬向的腳輪并能與地面鎖定，另外還配置固定式可調(diào)地腳。當輸送裝置向前伸出時手動安裝輔助支架，承載部分輸送裝置的重量。半自動涂油機采用電動缸、氣缸、伺服電機、滾珠絲杠、直線導軌、直線軸承、PLC、觸摸屏等先進元器件組合而成。具有外形美觀、性能可靠、操作方便、維修簡單的特點。電氣控制系統(tǒng)由電控柜、PLC、觸摸屏、低壓電器等構成。

圖1 沖壓模具半自動涂油機

1.1 托料裝置

托料裝置安裝在用戶現(xiàn)有的轉(zhuǎn)運車上，可以實現(xiàn)手動或自動兩種控制方式；托料裝置為提升托盤式結構，主要由底座、托料盤、上托板、雙導柱及導套、滾珠絲杠及滾珠螺母、軸承及軸承座、減速電機、限位開關、光電對射開關、按鈕等構成。

托料盤通過減速電機帶動絲杠轉(zhuǎn)動使之上升或下降，上升或下降至極限位置處裝設行程開關，當托料盤上升或下降至極限位置時停止，起到限位保護作用。在手動狀態(tài)下，按“上升”按鈕及“下降”按鈕，托料盤相應“上升”或“下降”。在自動狀態(tài)下，通過光電對射開關的感應，由程序控制，托料盤上的料片在一個固定的水平面上，便于操作者取料，托料盤的“上升”或“下降”由控制器程序自動完成。

1.2 涂油裝置

涂油傳送裝置實現(xiàn)料片的定位、上下面涂油、輸送、托起等動作。主要由輸送裝置、涂油裝置、頂料裝置等構成。

1）輸送裝置。

輸送裝置安裝在機架上面，中間設置2根直線導軌，輸送裝置沿直線導軌在輸送料方向可手動滑動并由手動手柄鎖定，目的是使涂油傳送裝置可移位，便于裝入壓機內(nèi)。上下面涂油刷裝置、頂料裝置均安裝在輸送裝置上；油槽裝置安裝在機架上面。

輸送裝置分為3個工位：上料工位、涂油工位、送料工位。上料工位為手工上料位，只有料片的定位及識別有無料片的接近開關；涂油工位包括上面涂油刷裝置、下面涂油刷裝置、油槽裝置；送料工位為包括運輸工位和頂料裝置，將料片頂起后由壓機機械手拿走。

2）涂油裝置。

油箱底部固定連通注油管及油量調(diào)節(jié)閥；2個注油管分別連通上下2個帶有孔的空心注油輥；油輥外套有涂油毛氈。下面涂油刷裝置對料片下面進行自動涂油。能夠?qū)崿F(xiàn)滾油刷的料片到位上升→水平移動前行對料片上面涂油→下降至最低處→平移后退至料片左下方等待下一循環(huán)。

涂油裝置由壓力密閉油箱盛裝油液，油面帶有浮子及下限位報警，油箱在工作時油面上面通入正壓壓縮空氣，使油面產(chǎn)生一個壓力；油箱底部安裝放油管固定連通注油管及油量調(diào)節(jié)閥。

3）頂料裝置。

頂料裝置實現(xiàn)在第二工位將料片由輸送裝置上頂起至1600T壓機的機械手能夠取到的高度。頂料裝置由可調(diào)行程氣缸、雙導桿及滾珠導套、滑板、支柱、頂桿等構成。氣動裝置由氣源處理三聯(lián)件、電磁換向閥、氣動管路、接頭等構成。

2 半自動涂油上料機的生產(chǎn)節(jié)拍分析

生產(chǎn)節(jié)拍對任何一臺涂油裝置的生產(chǎn)線而言都是十分重要的參數(shù)，它能直觀體現(xiàn)涂油機構在生產(chǎn)線上的生產(chǎn)能力，是工藝設計的重要依據(jù)［3］。對于沖壓模具半自動涂油機，料片在涂料工藝鏈上的運行為連續(xù)式，而工人將料片放入夾緊位置和料片被頂出轉(zhuǎn)接給機械手都為間歇運行，因此，通過電氣開關信號設定有效地控制生產(chǎn)節(jié)拍是關鍵。圖2所示為涂油上料機構工作流程圖。

圖2 涂油上料機構工作流程圖

2.1 生產(chǎn)節(jié)拍控制方案一

2.1.1 料片進口處

開關設置說明（以下M0～M4均表示接地開關）如圖3。M0為托盤將料片送至料片工作的指定高度；M2為上料工位的操作人員已將料片從托料裝置放置指定工位；M4為完成料片的涂油工作。

圖3 方案一料片進口開關位置示意圖

動作說明（料片觸碰開關位置時，用“ON”表示。料片脫離開關位置時，用“OFF”表示，以下類同）：1）當 M0信號為“ON”，M2信號為“OFF”時，托料裝置帶動料片上升，上升到料片工作的指定高度；2）當M2信號為“ON”時，料片裝夾結束；3）當 M2信號為“ON”，M4信號為“OFF”時，保持節(jié)距，待進入涂料區(qū)。

在正常運行狀態(tài)下，設料片長度為s0，人工操作的速度為v2，皮帶運行的速度是v1，定起料片的時間（包括上下位鎖緊機構開啟閉合時間）是t0，M0至M1距離為s1，M1至 M2距離為 s2，M2至 M3距離為 s3；M3至 M4距離為 s4。

若不考慮M4，則1個運行節(jié)拍過程（以托料裝置升起為標志點）：1#料片尾部運行脫離M2時，發(fā)信號給托料裝置，2#料片上升到位（時間為t0）；工人裝夾至M2（時間為（s1+s2）/v2）；轉(zhuǎn)為傳送帶，直至2#料片尾部運行脫離M2（時間為s0/v1），發(fā)信號給托料裝置，3#料片上升。由此，1個運行節(jié)拍結束。

節(jié)拍 T1=t0+（s1+s2）/v2+s0/v1。

設定一個開關M4，保證料片之間的間距不小于1個工藝要求間距。

2.1.2 料片出口處

開關說明如圖4。M5為料片將進入運輸工位；M6為料片進入頂出工位；M7為料片被頂出指定高度由機械手轉(zhuǎn)接下一個工位。

圖4 方案一料片出口開關位置示意圖

在正常運行狀態(tài)下，1#料片頭部運行至M5時，料片的涂料工作已經(jīng)結束，M5到M6的距離為s0/2，M6到M7的距離為s0/2，當料片的頭部接觸到M7時，等待M2的信號發(fā)給頂出裝置，頂出裝置將料片傳給機械手。1個運行節(jié)拍結束，如期間無發(fā)生占位停車，則出口節(jié)拍與進口相同。

2.2 生產(chǎn)節(jié)拍方案二

2.2.1 進口處

為滿足生產(chǎn)節(jié)拍的要求，在原有的開關布置基礎上，改進方案如圖5。

圖5 方案二料片出口開關位置示意圖

開關說明：M0為托盤將料片送至料片工作的指定高度；M1為開始裝夾；M2為上料工位的操作人員已將料片從托料裝置放置指定工位；M3為進入涂料區(qū)；M4為完成料片的涂油工作。

動作說明：1）當 M1信號為“OFF”時，升降機上升，在上位等待進入滾床。2）當 M1、M2信號為“OFF”時，托料裝置上升。3）當 M1、M2信號為“ON”時，托料裝置停止上升。4）當 M1、M2信號為“ON”，M3信號為“ON”時，操作工人將料片裝夾。5）當 M1、M2、M3信號為“ON”，M4信號為“OFF”時，保持工藝要求節(jié)距，料片進行涂油。

正常運行狀態(tài)下，若不考慮M4，則1個運行節(jié)拍過程（以托料裝置升起為標志點）：1#料片尾部運行脫離M1時，發(fā)信號給托料裝置，2#料片上升到位（時間為t0）；工人裝夾至M3（時間為（s1+s2+s3）/v2）；轉(zhuǎn)為傳送帶，直至2#料片尾部運行脫離M1（時間為（s0-s2-s3）/v1），發(fā)信號給托料裝置，3#料片上升。由此，一個運行節(jié)拍結束。

節(jié)拍：T2=t0+（s1+s2+s3）/v2+（s0-s2-s3）/v1=T1+s3/v2-（s2+s3）/v1。

設定一個開關M4，保證料片之間的間距不小于1個工藝要求間距。

2.2.2 出口處

開關說明如圖6。M5為料片將進入運輸工位；M6為料片進入頂出工位；M7為料片被頂出指定高度由機械手轉(zhuǎn)接下一個工位。

圖6 方案二料片出口開關位置示意圖

在正常運行狀態(tài)下，1#料片頭部運行至M5時，料片的涂料工作已經(jīng)結束，M5到M6的距離為s0/2，M6到M7的距離為s0/2，當料片的頭部接觸到M7時，等待M1的信號發(fā)給頂出裝置，頂出裝置將料片傳給機械手。1個運行節(jié)拍結束，如期間無發(fā)生占位停車，則出口節(jié)拍與進口相同。

2.3 兩種生產(chǎn)節(jié)拍的對比分析

設定 s0=600 mm，s1=650 mm，s2=s3=50 mm，v1=0.15 m/s，v2=0.8 m/s，t0=0.1 s，則有：

改進前，T1=t0+（s1+s2）/v2+s0/v1=0.1+（0.65+0.05）÷0.8+0.6÷0.15=4.975 s；

改進后，T2=t0+（s1+s2+s3）/v2+（s0-s2-s3）/v1=0.1+（0.65+0.05+0.05）÷0.8+（0.6-0.05-0.05）÷0.15=0.1+0.937 5+3.333=4.37 s。

則 ΔT=（s2+s3）/v1-s3/v2=（0.05+0.05）÷0.15-0.05÷0.8=0.604 s。

改進前后的生產(chǎn)節(jié)拍比較見表1。

表1 改進前后生產(chǎn)節(jié)拍比較

在對沖壓模具半自動涂油機節(jié)拍調(diào)整后，節(jié)距=生產(chǎn)節(jié)拍×鏈速（m/min），由于涂料上料片排列節(jié)距減小，引起鏈條負荷增大［4］，需重新對鏈條強度和驅(qū)動電機負載能力進行核算，計算結果表明：改進后以上兩項均在原設計范圍內(nèi)（此計算過程在此不作具體展開）。故無需對鏈條進行調(diào)整。另外，方案二涂油時間=涂油長度/鏈速［5］，由于雙鏈速度未變，涂油未變，故涂油時間不變。

3 結論

通過上述案例分析，在基本不調(diào)整原有涂油時間、電器配置、機械結構的情況下，為縮短生產(chǎn)線節(jié)拍，提出2套解決方案，并分別對其方案進行分析。建立了生產(chǎn)線節(jié)拍計算的方程，合理調(diào)整元器件開關位置和數(shù)量，實驗結果表明，方案二可以有效地縮短生產(chǎn)節(jié)拍，提高了整條生產(chǎn)線的效率，對工程上類似問題的解決具有一定的參考價值。

［1］ 王錫春.涂裝車間設計手冊［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2008.

［2］ 王錫春，祝南章.滑橇輸送機系統(tǒng)在汽車涂裝中的應用［J］.現(xiàn)代涂料與涂裝，2005（1）：61-64

［3］ 馬向凱，武京斌，閆潤娟，等．基于理論的涂裝同步工程研究及應用［J］.上海涂料，2010（3）：37-39.

［4］ 何章翔．油漆車身橘皮控制研究［J］.現(xiàn)代涂料與涂裝，2011（4）：41-43，49.

［4］ 王錫春.談工業(yè)涂裝降低 VOC和節(jié)能減排［J］.中國涂料，2008，23（4）：54-57.