丁剛強

（廣西汽車集團柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州545007）

0 引言

汽車工業(yè)中的鈑金零部件（如車身頂蓋、側(cè)圍、大梁、前隔板、門柱、輪罩等）生產(chǎn)都要采用鈑金工藝，最重要的四個步驟就是開卷落料、沖壓、焊接、表面處理。其中開卷落料是第一道工序，就是將整卷的鋼板料制作成片狀的定尺料或異型料，用于后序的沖壓自動化生產(chǎn)。落料就是用沖模沿封閉曲線沖切，沖下部分是零件，用于制造各種形狀的平板零件[1]。如何設(shè)計與建造適合企業(yè)自身的生產(chǎn)設(shè)備，高效的生產(chǎn)出后序沖壓成型所需要的定尺料或異型料，并提高板材利用率，降低制造成本，提高外觀件表面質(zhì)量，是汽車鈑金件生產(chǎn)企業(yè)亟需解決的一個重要課題。讓機器人替代工人單調(diào)、重復(fù)的體力勞動，可極大地提高生產(chǎn)效率可產(chǎn)品質(zhì)量[2]，為此，研究開發(fā)出了一款高速落料機器人自動化生產(chǎn)線，滿足了效率、成本的要求，同時也對采用多工位級進沖壓模具的沖壓生產(chǎn)，也提供了借鑒。這種高速落料機器人自動化生產(chǎn)線使得沖壓成型技術(shù)轉(zhuǎn)向安全節(jié)約方向發(fā)展，同時具有高效率、高柔性的特點。

1 高速落料機器人自動化生產(chǎn)線運行原理

高速沖壓落料自動化生產(chǎn)線主要組成部分有：電控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、上料小車、開卷機、校平機、夾送輥、擺橋（活套）、定尺送料、機械落料壓力機、成品收集、成品取料七軸工業(yè)機器人等。其運行原理圖見圖1。

圖1 高速沖壓落料機器人自動化生產(chǎn)線運行原理圖

該高速落料機器人自動化生產(chǎn)線最大的優(yōu)勢是采用了落料壓力機、落料模具、七軸工業(yè)機器人，實現(xiàn)了提高生產(chǎn)效率，減少用人數(shù)量，提高生產(chǎn)柔性的目的，并能改變落料模具、七軸機器人抓手的設(shè)計，可以實現(xiàn)一模兩件及更多件生產(chǎn)。

在進行生產(chǎn)汽車零件板材生產(chǎn)時，首先用行車將料卷吊裝到上料小車上，不同規(guī)格的料卷放置到上料小車的對應(yīng)位置，上料小車接到料卷后，移動到開卷機正中位置，并有人工進行微調(diào)，確保鋼卷對準(zhǔn)開卷機。同時，料卷漲緊機工作，由液壓漲縮卷筒自動地壓緊鋼卷并轉(zhuǎn)動，將板料進行開卷，自動送料，板料在引料裝置作用下進入校平機，板料內(nèi)部的應(yīng)力，在經(jīng)過四重或六重多輥式平行輥列的校平機后，成為平整的板料，每卷料初始的20～30 cm的料頭由于不整齊被切頭剪自動剪去，然后再沿著滾道前進，此時活套已經(jīng)處于水平的導(dǎo)料狀態(tài)，板料一直前進，經(jīng)過側(cè)導(dǎo)向的導(dǎo)向、定尺送料機構(gòu)、送料輪、滾道送料，到達落料壓力機的模腔中，覆蓋整個模腔，壓料輪、定尺送料輪下降，壓緊鋼板，同時活套下降，開卷機繼續(xù)送出的板料在重力作用下下降，下降到活套地坑的檢測機構(gòu)就，停止輸送?；钐椎乜邮菫榱讼谡＿\行時由開卷校平部分的連續(xù)運行與進入落料壓力機中的沖壓落料的間歇動作之間的速度差造成的板料堆積。之后板料被落料一次，送料機構(gòu)前進一次，直至卷料被使用完。在此過程中，成品板料由七軸工業(yè)機器人依次抓取放置到成品料架上或輸送皮帶上，再由人工放到料架上，邊角廢料被模具上的切斷刀切斷后進度廢料收集器，落到位于地坑底部的廢料輸送機上，集中輸送到配料分選間。其生產(chǎn)工藝流程如圖2所示。

圖2 生產(chǎn)工藝流程圖

在工藝流程的控制上，高速落料機器人自動化生產(chǎn)線，其控制方式有手動以及自動兩種方式，當(dāng)使用手動控制方式，需要依靠面板上的按鈕，來控制部分工藝流程，如果使用自動控制方式，則整個生產(chǎn)線則按照提前設(shè)定好的程序進行自動化生產(chǎn)。

實際應(yīng)用現(xiàn)場如圖3所示：

圖3 實際應(yīng)用現(xiàn)場

2 高速落料沖壓自動化生產(chǎn)線的性能特點

隨著我國汽車行業(yè)不斷的發(fā)展，汽車行業(yè)所涉及的工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)也逐漸規(guī)?；?，汽車零件生產(chǎn)呈現(xiàn)出汽車個性化化特征，并且逐漸顯現(xiàn)車型共線生產(chǎn)、車型批量小以及車身覆蓋大型一體化趨勢。

（1）高速度校平機、高精度與自動定位開卷機

鋼卷上料之后，與壓力機中的模具需要保持在同一中心線上，這樣有利于降低上料輔助時間和減少鋼板的扭曲變形。開卷機的伸縮對中裝置設(shè)置在鋼板的兩側(cè)，這種控制裝置的組成主要有三個部分，其一是液壓缸，主要用于驅(qū)動伸縮擋板，其二是位移傳感器，主要用來檢測鋼卷端部的接近開關(guān)，以及液壓缸同步伸縮，其三是伸縮擋板。在進行汽車零件生產(chǎn)當(dāng)中，需要對生產(chǎn)線設(shè)定參數(shù)，依據(jù)料卷規(guī)格進行合理的設(shè)定，然后由PLC程序系統(tǒng)發(fā)出指令給側(cè)邊定位裝置，沿開卷機的主軸方向平移的伸縮擋板，移動到指定的位置。同時，位移傳感器向PLC程序發(fā)出停止信號，需要通過液壓缸活塞桿伸縮計算。當(dāng)鋼卷運行到接近開關(guān)的位置時，開關(guān)發(fā)出信號傳輸給PLC系統(tǒng)，這個時候上料小車就會停止運行，并且鋼卷能夠準(zhǔn)確停止在設(shè)定好的位置上。

在進行輸料工作過程當(dāng)中，為了保證汽車額零件加工質(zhì)量以及成型之后的質(zhì)量，提高整個高速落料沖壓自動化生產(chǎn)線的速度，并結(jié)合多年加工設(shè)計經(jīng)驗，采用多輥（四重輥或六重輥）校平方式，來消除板料的內(nèi)應(yīng)力，保證板料的平整，在校平的過程中，其精度應(yīng)當(dāng)小于0.8 mm/m2，其速度應(yīng)當(dāng)為42 m/min。自動定位開卷機如圖4所示。

圖4 自動定位開卷機

（2）高速度、高精度的伺服送料

伺服送料控制系統(tǒng)，其控制需要通過編碼器實現(xiàn)閉環(huán)控制，達到送料的高速度、高精度。在送料過程中，送過、打滑不同程度的現(xiàn)象可能會出現(xiàn)，針對這類現(xiàn)象，除了數(shù)字式伺服電機做定尺驅(qū)動之外，還應(yīng)當(dāng)采用編碼器加測量輥所形成的閉環(huán)反饋系統(tǒng)，以此來保證送料的高精度，確保送料的高速度，在送料當(dāng)中，其精度應(yīng)當(dāng)?shù)陀凇?.1 mm，送料的最大速度應(yīng)當(dāng)達到110 m/min，這樣一來，才能保證汽車零件成品的質(zhì)量以及零件加工生產(chǎn)過程中的質(zhì)量，保證42 m/min的整線線速度、7 m/s2加速度的高速度連續(xù)生產(chǎn)，這不僅保證了該生產(chǎn)線所加工的零件質(zhì)量，并且對整線生產(chǎn)來說，也大大提高了其生產(chǎn)效率。

（3）落料壓力機工作臺整體鎖緊、自動升降功能

由于壓力機落料模具的規(guī)格不一樣，為了使得板料順利經(jīng)過傳輸帶，需要充分考慮到壓力機落料模具規(guī)格的不同，因此，工作臺上的輸送料機構(gòu)，需要集中在一起，利用蝸桿、渦輪自動升降機構(gòu)，對整個工作臺進行高度調(diào)整，從而實現(xiàn)板料高效率的輸送。同時，為了保證工作臺的穩(wěn)定性，在工作狀態(tài)時，應(yīng)當(dāng)在工作臺與升降機構(gòu)之間設(shè)置鎖緊裝置，鎖緊裝置有利于調(diào)整工作臺的鎖緊或者是放松工作狀態(tài)，為了達到這一狀態(tài)目的，主要通過液壓缸，對一組碟簧進行控制，從而達到理想化的工作狀態(tài)，不論是調(diào)整之前還是調(diào)整之后，以此來保證工作臺的穩(wěn)定性，對高度落料沖壓自動化生產(chǎn)來說，有利于提高該生產(chǎn)線的自動化程度。

（4）七軸工業(yè)機器人自動化取件

在工業(yè)機器人的第六軸端部增加第七軸，擴展機器人的臂展，達到較大的覆蓋范圍，能使用抓手順利地從壓力機模腔中取件及放件，第七軸與機器人插補運動，提高輸送速度。壓力機旁邊不再使用人工，安全性大大提高。機器人抓手還可以設(shè)計成快換形式，滿足更多規(guī)格的板料及一模多件的抓取。柔性大大提高。

圖5 七軸工業(yè)機器人自動化取件示意圖

（5）落料模具可以進行多種異型料的生產(chǎn)

傳統(tǒng)的開卷線使用直線切刀，只能切直線，生產(chǎn)出方料或梯形料，后序沖壓生產(chǎn)時邊角料較多，板材利用率低。而此線上使用了落料模具，可以根據(jù)模具進行板料的優(yōu)化排版，提高板材利用率，降低材料成本。板料排版圖見圖6所示。

圖6 板料排版圖

3 同類生產(chǎn)線比較

汽車零件高速落料沖壓自動化生產(chǎn)線，應(yīng)用范圍較為廣闊，有著良好的發(fā)展前景。相比于國內(nèi)外同類的產(chǎn)品，主要特點表現(xiàn)在：高精度、高速度、高度自動化程度等，具體如表1所示。

表1 國內(nèi)外同類產(chǎn)品技術(shù)性能比較

某企業(yè)應(yīng)用后，相比傳統(tǒng)的開卷校平線，節(jié)拍提升由4 SPM提高為16 SPM，人工費用可以減少：（60/4～60/16）×360×7.5小時/班 ×3班/天 ×21.75天/月 ×12月/年 ×0.002 8（每秒人均工資）＝6.6萬元/年；人員優(yōu)化：4.84萬元/年（人均成本）×2人/班（減員數(shù)）×3班/天 =29萬元/年；材料利用率提升：3.2萬噸/年 ×8.41%（材料利用率提升）×5000元/噸 =1345.6萬元/年；取消委外加工：3.2萬噸/年× 354 元/噸 ＝ 1132.8 萬元/年；材質(zhì)優(yōu)化：3.2 萬噸/年×461元/噸 ＝1475.2萬元/年。預(yù)期每年節(jié)約成本3989.2萬元，2017年7月至10月實際節(jié)約成本1138萬元。

4 結(jié)束語

近年來，隨著世界經(jīng)濟環(huán)境不斷變化，汽車產(chǎn)業(yè)面臨的狀況也發(fā)生了眾多變化[3]，生產(chǎn)形態(tài)由大規(guī)模大批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)為小批量定制化生產(chǎn)，本高速落料機器人自動化生產(chǎn)線的研制成功，就是適應(yīng)這一變化的具體行動。適合于小批量、多品種的制造模式，且具有較大的柔性，有利于提高企業(yè)在市場中的競爭優(yōu)勢，為企業(yè)帶來經(jīng)濟效益。