龐在祥 王慶來(lái) 范質(zhì)允 邵昱博

(1.長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練中心，吉林 長(zhǎng)春 130012;2.長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130012)

1 引言

汽車(chē)縱梁是汽車(chē)上部結(jié)構(gòu)中沿橋梁軸向設(shè)置并支承于橫梁上的梁，是汽車(chē)中承載車(chē)身及汽車(chē)有效載荷的基礎(chǔ)構(gòu)件，是汽車(chē)的脊梁。汽車(chē)正朝著輕量化方向發(fā)展，梁類(lèi)件使用頻率越來(lái)越高，但梁類(lèi)件要求強(qiáng)度高、塑性變形小，所以成型較為困難且容易造成應(yīng)力釋放后回彈，成形尺寸精度很難保證。所以在整車(chē)安裝中為了保證縱梁的剛度和強(qiáng)度以及減小縱梁的塑性變形量，在安裝過(guò)程對(duì)汽車(chē)的縱梁安裝上加強(qiáng)板。用以有效吸收、衰減車(chē)輛碰撞時(shí)的沖擊能量，使承力區(qū)的傳力性能增強(qiáng)，在產(chǎn)生變形時(shí)能夠吸收更多沖擊能量，減小對(duì)乘員的傷害。起到對(duì)汽車(chē)縱梁的加強(qiáng)及保護(hù)，并方便其他零部件的安裝。

傳統(tǒng)汽車(chē)縱梁加強(qiáng)板零件主要采用人工沖壓方式，勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、對(duì)操作人員的技術(shù)要求較高，產(chǎn)品一致性較差，操作中存在安全隱患。目前汽車(chē)行業(yè)正朝著大批量的生產(chǎn)方式發(fā)展，自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線具有生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定以及生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受到企業(yè)的青睞。

以汽車(chē)縱梁加強(qiáng)板沖壓自動(dòng)線為研究對(duì)象，介紹其沖壓工藝參數(shù)及流程，基于CAD技術(shù)，對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)中升降臺(tái)車(chē)、鋼板分張器、皮帶機(jī)、視覺(jué)對(duì)中臺(tái)、端拾器等進(jìn)行了設(shè)計(jì)完成了汽車(chē)縱梁加強(qiáng)板沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線模型的建立及仿真打下基礎(chǔ)。

2 沖壓工藝參數(shù)及工藝流程設(shè)計(jì)

表1 板料特性及垛料參數(shù)

縱梁作為整車(chē)中重要的承載部件和安全部件越來(lái)越受到各企業(yè)的重視。為了增強(qiáng)縱梁的剛度和強(qiáng)度以及減小縱梁的塑性變形量，且方便其它零部件的安裝，縱梁上都會(huì)加裝加強(qiáng)版。用以吸收和減少車(chē)輛碰撞時(shí)的沖擊能量，減小乘員傷害。提高縱梁強(qiáng)度，提高安全性。沖壓自動(dòng)線的設(shè)計(jì)是以生產(chǎn)縱梁加強(qiáng)板為對(duì)象，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)加強(qiáng)板材料特性、垛料參數(shù)及工藝流程進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析，汽車(chē)縱梁加強(qiáng)板的板料特性及垛料參數(shù)如表1所示，工藝流程圖如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

3 沖壓自動(dòng)線機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 升降臺(tái)車(chē)設(shè)計(jì)

升降臺(tái)車(chē)用于將垛好的板料由準(zhǔn)備區(qū)運(yùn)送至拆垛區(qū)，通過(guò)液壓系統(tǒng)控制臺(tái)面高度來(lái)滿足不同的生產(chǎn)需求，升降臺(tái)車(chē)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 升降臺(tái)車(chē)

3.2 鋼板分張器設(shè)計(jì)

由于加強(qiáng)版在加工前是將材料存放于碼垛區(qū)，碼垛后每層鋼板之間由于存在油膜或者真空負(fù)壓的現(xiàn)象，鋼板不容易隔開(kāi)，為了將鋼板較為容易地隔開(kāi)，通常采用磁力分張的方式進(jìn)行鋼板之間的分離。磁力分張是運(yùn)用磁極同名磁極相互排斥原理，把貼合很緊的鋼板材料分開(kāi)。分張器安裝有兩組激光對(duì)射開(kāi)關(guān)，用于控制升降臺(tái)車(chē)臺(tái)面高度。同時(shí)存在多組支架，以便適應(yīng)不同大小的碼垛尺寸，達(dá)到柔性出產(chǎn)的功效。并設(shè)有頂起檢測(cè)和復(fù)位彈簧保護(hù)。在分層結(jié)束，將板料吸附取走進(jìn)行退磁以便于取料。為了將模塊相配合安裝完成，需搭建支架主體。下支架通過(guò)膨脹螺栓固定在地面。如圖3所示為鋼板分張器整體結(jié)構(gòu)圖。在升降臺(tái)車(chē)兩側(cè)對(duì)稱配置各兩套自動(dòng)分張裝置，每套自動(dòng)分張包含8個(gè)可自動(dòng)調(diào)整的磁力分張。

圖3 鋼板分張器整體結(jié)構(gòu)圖

3.3 皮帶機(jī)設(shè)計(jì)

移動(dòng)皮帶機(jī)用于承接拆垛機(jī)器人送來(lái)的板料并將板料向下級(jí)設(shè)備輸送。移動(dòng)皮帶機(jī)由8組皮帶組成，其中6條為普通皮帶，2條為真空皮帶，由一個(gè)變頻減速電機(jī)統(tǒng)一驅(qū)動(dòng)，皮帶之間設(shè)置若干輔助流利條。皮帶機(jī)主體由氣缸驅(qū)動(dòng)前進(jìn)后退，行走到位后用插銷(xiāo)固定，插銷(xiāo)位置有開(kāi)關(guān)檢測(cè)。皮帶機(jī)前端安裝有擺動(dòng)流利條，清洗機(jī)開(kāi)出后，氣缸驅(qū)動(dòng)皮帶機(jī)移動(dòng)替代清洗機(jī)工作位置，此時(shí)擺動(dòng)流利條擺起用于承接板料。擺動(dòng)流利條設(shè)有插銷(xiāo)檢測(cè)開(kāi)關(guān)，用于檢測(cè)流利條的擺起狀態(tài)。

圖4 上料皮帶機(jī)皮帶組件

圖5 真空皮帶組件

3.4 視覺(jué)對(duì)中臺(tái)設(shè)計(jì)

板料通過(guò)清洗機(jī)、涂油機(jī)及皮帶機(jī)后，它的位置會(huì)相應(yīng)的發(fā)生改變，如不進(jìn)行校正，板料不能準(zhǔn)確的放入模具中，會(huì)造成模具的損壞。因此在機(jī)器人抓取之前必須進(jìn)行校正工作。視覺(jué)對(duì)中臺(tái)用于對(duì)板料進(jìn)行對(duì)中定位，以便上料機(jī)器人準(zhǔn)確抓取板料送入壓機(jī)。

視覺(jué)對(duì)中臺(tái)主要是為視覺(jué)對(duì)中功能及板料傳輸設(shè)計(jì)，視覺(jué)對(duì)中系統(tǒng)采用攝像頭對(duì)中。攝像頭需放置于視覺(jué)皮帶上方，因此設(shè)計(jì)視覺(jué)照明裝置。視覺(jué)對(duì)中臺(tái)主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析后，將視覺(jué)對(duì)中系統(tǒng)照明設(shè)備通過(guò)膨脹螺栓固定地面，架于視覺(jué)對(duì)中臺(tái)上方。視覺(jué)攝像頭等針對(duì)視覺(jué)皮帶上部，整個(gè)設(shè)備即可完成視覺(jué)對(duì)中的系統(tǒng)要求。

圖6 視覺(jué)對(duì)中臺(tái)

3.5 機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線主要由拆垛機(jī)器人、上料機(jī)器人、中間機(jī)器人和下料機(jī)器人組成。

拆垛機(jī)器人系統(tǒng)：用于將沖壓前的料垛分拆成單張板料，并輸送到下一道工序。完成板材料的吸取、雙料檢測(cè)、輸送等動(dòng)作。

圖7 拆垛機(jī)器人系統(tǒng)

上料機(jī)器人系統(tǒng)：上料機(jī)器人的作用是將視覺(jué)對(duì)中皮帶機(jī)上的板料抓起，輸送到下一工序。系統(tǒng)具有參數(shù)存儲(chǔ)功能，可以根據(jù)板料尺寸規(guī)格的不同調(diào)用不同的配方，機(jī)器人運(yùn)行到指定的位置上料。端拾器上真空吸盤(pán)吸住板料后抬起，將板料移至壓機(jī)內(nèi)，真空吸盤(pán)吹氣放開(kāi)板料后，機(jī)器人動(dòng)作，端拾器再移動(dòng)到視覺(jué)對(duì)中臺(tái)上空準(zhǔn)備下次抓料。

圖8 上料機(jī)器人

中間機(jī)器人系統(tǒng)：中間傳輸機(jī)器人的作用是實(shí)現(xiàn)各壓力機(jī)內(nèi)板料的傳輸。沖壓好后，沖壓件由中間傳輸機(jī)器人從壓力機(jī)模具中取出，直接放入下一臺(tái)壓力機(jī)模具中，然后機(jī)器人自動(dòng)返回，準(zhǔn)備再次取件，進(jìn)行下一個(gè)操作循環(huán)。

圖9 中間機(jī)器人系統(tǒng)

下料機(jī)器人系統(tǒng)：機(jī)器人下料的作用是所有壓制完成的工件在得到最后一臺(tái)壓力機(jī)的信號(hào)許可后，都由最后一臺(tái)壓機(jī)后面的機(jī)器人取出，然后放置在線尾皮帶輸送機(jī)上，輸送至安全圍欄以外進(jìn)行檢驗(yàn)。

圖10 下料機(jī)器人系統(tǒng)

4 整線設(shè)備設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采取柔性沖壓自動(dòng)生產(chǎn)線方案，采取普通的液壓壓力機(jī)，結(jié)合工業(yè)機(jī)器人機(jī)皮帶等輸送設(shè)備，高效完成多個(gè)工序的操作。解決單工序壓力機(jī)出產(chǎn)效力低等問(wèn)題。同時(shí)配備上述設(shè)計(jì)的鋼板分張器、視覺(jué)對(duì)中臺(tái)等整線設(shè)備，完成汽車(chē)縱梁加強(qiáng)板柔性沖壓自動(dòng)線的整線配比設(shè)計(jì)。

圖11 整線布局圖

系統(tǒng)采取柔性沖壓自動(dòng)生產(chǎn)線方案，滿足企業(yè)對(duì)多種規(guī)格產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)需求。采取普通的液壓壓力機(jī)，結(jié)合工業(yè)機(jī)器人機(jī)皮帶等輸送設(shè)備，高效完成多機(jī)出產(chǎn)效力低等問(wèn)題。

垛料小車(chē)開(kāi)進(jìn)(垛料小車(chē)自動(dòng)更換)→板料分張→機(jī)器人拆垛→雙料檢測(cè)(3次雙料無(wú)法脫離-告警，人工處理-機(jī)器人重新取料-雙料檢測(cè)-無(wú)雙料，執(zhí)行下序)→板料傳輸→清洗機(jī)→涂油機(jī)→板料對(duì)中(二次雙料檢測(cè))→上料機(jī)器人送料→首臺(tái)壓機(jī)沖壓→下料機(jī)器人取料、送料→(壓機(jī)沖壓)→根據(jù)工序數(shù)量循環(huán)→機(jī)器人取料、送料→(末端壓機(jī)沖壓)→線尾機(jī)器人取料、放料→皮帶機(jī)輸送→人工碼垛。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于CAD技術(shù)，對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)中升降臺(tái)車(chē)、鋼板分張器、皮帶機(jī)、視覺(jué)對(duì)中臺(tái)、端拾器等進(jìn)行了設(shè)計(jì)完成了汽車(chē)縱梁加強(qiáng)板沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為自動(dòng)化生產(chǎn)線的建模及仿真打下基礎(chǔ)，為技術(shù)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。