全洪杰，李國(guó)臣，曹會(huì)元

（1.東莞市豪順精密科技有限公司，廣東東莞 523808；2.東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東東莞 523808）

1 引言

五金沖壓是最基礎(chǔ)的制造業(yè)，直接體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的高低。沖壓生產(chǎn)企業(yè)尤其是中小型企業(yè)普遍采用的是傳統(tǒng)壓力機(jī)加人工上下件的半自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線。相比自動(dòng)化生產(chǎn)線，人工沖壓生產(chǎn)線普遍存在安全系數(shù)低、生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)效率低、沖壓件質(zhì)量不穩(wěn)定等缺點(diǎn)[1]。自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線取代傳統(tǒng)人工沖壓生產(chǎn)線已經(jīng)成為自動(dòng)化發(fā)展的大趨勢(shì)。

2 公司當(dāng)前狀況

東莞市豪順精密科技有限公司主要從事液晶模組背板，汽車五金件等模具設(shè)計(jì)的開發(fā)及制件沖壓生產(chǎn)。液晶電視背板沖壓生產(chǎn)一般需要6~7道工序，包括拉凸?沖孔?打刻印線?折彎?整形?壓毛刺。若制件需要安裝，還需要增加鉚接工序。自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線升級(jí)改造前，公司采用的“普通壓力機(jī)+人工上下件”的生產(chǎn)方式，如圖1 所示。沖壓開始前，人工分離板材并放置于模具下模工作面，然后人工操作沖床按鍵，完成一個(gè)工序沖壓后人工取件送往下一個(gè)工序。若背板制件需要鉚接鉚釘，還需要人工搬運(yùn)成形后的背板到?jīng)_床進(jìn)行鉚接處理。可以看出，自動(dòng)化生產(chǎn)線改造之前的沖壓方式人力成本高且生產(chǎn)效率低下，人工作業(yè)的不穩(wěn)定性導(dǎo)致制件合格率不高。同時(shí)大型電視背板平均重量高達(dá)4.8kg/件，傳統(tǒng)人工生產(chǎn)若按每天10h生產(chǎn)3,000件背板計(jì)算，則每人每天平均需要搬運(yùn)14,400kg的制件，較大的勞動(dòng)強(qiáng)度導(dǎo)致生產(chǎn)線人員流動(dòng)較大。

圖1 人工沖壓線示意圖

在進(jìn)行自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線改造之前，公司已經(jīng)擁有近百臺(tái)沖床設(shè)備，設(shè)置了13條沖壓生產(chǎn)線，如果引進(jìn)整條自動(dòng)化生產(chǎn)線，不僅會(huì)造成原有設(shè)備的浪費(fèi)，對(duì)公司財(cái)務(wù)也會(huì)造成很大的壓力，所以在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行生產(chǎn)線升級(jí)改造是較為實(shí)際的選擇。

公司期望通過生產(chǎn)線自動(dòng)化升級(jí)改造達(dá)到以下預(yù)期目標(biāo)：

（1）公司通過持續(xù)多方位技術(shù)改造，并在3年內(nèi)收回自動(dòng)化產(chǎn)線投入成本。

（2）項(xiàng)目改造完成后，產(chǎn)能提高18%~20%，節(jié)能降耗15%以上。

（3）改造后制件合格率穩(wěn)定保持在95%以上。

3 自動(dòng)產(chǎn)線方案設(shè)計(jì)

3.1 自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線

隨著國(guó)內(nèi)外自動(dòng)沖壓生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，目前國(guó)內(nèi)沖壓企業(yè)常用的自動(dòng)化生產(chǎn)線包括傳統(tǒng)沖壓生產(chǎn)線，單機(jī)聯(lián)線自動(dòng)化沖壓線，大型多工位壓力機(jī)等。

近年來，單機(jī)聯(lián)線自動(dòng)化沖壓線在國(guó)內(nèi)發(fā)展迅速，勢(shì)頭強(qiáng)勁，成為自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)的先進(jìn)技術(shù)之一[2]。其常見配置是通過機(jī)械手或機(jī)器人將6~7臺(tái)高自動(dòng)化程度的壓力機(jī)串聯(lián)起來，并配備自動(dòng)送料機(jī)，碼垛機(jī)等輔助設(shè)備。它們既可以實(shí)現(xiàn)操作性好的單工序連續(xù)沖壓，又可以通過多工位送料裝置實(shí)現(xiàn)多工位連續(xù)沖壓。制件沖壓質(zhì)量穩(wěn)定可靠、柔性好、生產(chǎn)安全性能高且成本低，受到各大沖壓生產(chǎn)企業(yè)的青睞。

大型多工位壓力機(jī)是目前世界上最先進(jìn)，最高效的板材沖壓機(jī)[2]。它一般包括柴垛機(jī)，多工位壓力機(jī)，自動(dòng)送料系統(tǒng)和碼垛系統(tǒng)。相比其他自動(dòng)生產(chǎn)線，大型多工位壓力機(jī)可以實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化并大幅度提高沖壓生產(chǎn)效率，多用于大型覆蓋件的沖壓生產(chǎn)如汽車車身等。由于造價(jià)昂貴且柔性不及單機(jī)聯(lián)線自動(dòng)化生產(chǎn)線，國(guó)內(nèi)很多汽車企業(yè)對(duì)此還比較排斥。

綜上所述，考慮到一方面公司的制件為大型液晶電視背板，尺寸分布在29 寸~65 寸之間，另一方面公司現(xiàn)存上百臺(tái)不同噸位的壓力機(jī)，結(jié)合成本情況，公司選擇單機(jī)聯(lián)線的方式進(jìn)行自動(dòng)化沖壓線改造。

3.2 送料系統(tǒng)選擇

自動(dòng)化送料系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)的基本要求和根本保證，合適的送料方式能顯著提高自動(dòng)化生產(chǎn)效率。目前，常見的送料系統(tǒng)主要包括3類：輥式送料系統(tǒng)，抓料機(jī)械手/機(jī)器人加搬運(yùn)小車送料機(jī)構(gòu)，活動(dòng)式送料機(jī)械手[3]。

輥式送料系統(tǒng)是利用輥?zhàn)优c原材之間的摩擦力作為驅(qū)動(dòng)力的送料裝置，具有占地面積小，不局限材料類型尺寸等優(yōu)點(diǎn)，常用于卷料運(yùn)送。而公司購(gòu)買原材一般是已經(jīng)截好的板料，輥式送料并不適用。

抓料機(jī)械手加搬運(yùn)小車送料機(jī)構(gòu)一般包括上下料機(jī)械手和搬運(yùn)小車，機(jī)械手負(fù)責(zé)抓取壓力機(jī)或搬運(yùn)小車上的物料，搬運(yùn)小車主要用于控制物料運(yùn)輸速率，可以在其上對(duì)制件進(jìn)行一些簡(jiǎn)單處理。該自動(dòng)運(yùn)送機(jī)構(gòu)抓料機(jī)械手和送料小車結(jié)構(gòu)類型多變，抓料機(jī)械手可以是旋轉(zhuǎn)式，直線式，也可以是機(jī)器人，送料小車也可以是傳送帶或傳送軌道。具體運(yùn)料結(jié)構(gòu)選取要綜合考慮公司生產(chǎn)情況，設(shè)備情況就制件特點(diǎn)。該送料機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠，快速高效，在國(guó)內(nèi)沖壓企業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

活動(dòng)送料機(jī)械手可以方便地安裝在兩臺(tái)壓力機(jī)之間完成生產(chǎn)線的串聯(lián)，具有柔性化高，效率高，成本低等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)軌跡可以分為旋轉(zhuǎn)式機(jī)械手和直線式機(jī)械手。其中直線式機(jī)械手只有水平和豎直兩個(gè)運(yùn)動(dòng)副，裝在橫桿兩端的拾器隨縱向運(yùn)動(dòng)抓取板料，然后隨橫向運(yùn)動(dòng)送進(jìn)板料，最后橫向復(fù)位，完成一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期，直線式機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，送料節(jié)拍快，生產(chǎn)柔性高，在單機(jī)聯(lián)線自動(dòng)化沖壓改造中得到迅速推廣。

3.3 同步控制

活動(dòng)送料機(jī)械手可以方便地安裝在兩臺(tái)壓力機(jī)之間完成生產(chǎn)線的串聯(lián)，具有柔性化高，效率高，成本低等優(yōu)點(diǎn)[4]。根據(jù)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)軌跡可以分為旋轉(zhuǎn)式機(jī)械手和直線式機(jī)械手。其中直線式機(jī)械手只有水平和豎直兩個(gè)運(yùn)動(dòng)副，裝在橫桿兩端的拾器隨縱向運(yùn)動(dòng)抓取板料，然后隨橫向運(yùn)動(dòng)送進(jìn)板料，最后橫向復(fù)位，完成一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期，結(jié)構(gòu)如圖2所示。直線式機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，送料節(jié)拍快，生產(chǎn)柔性高，在單機(jī)聯(lián)線自動(dòng)化沖壓改造中得到迅速推廣。

圖2 直線式機(jī)械手

4 自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

綜合上述分析，購(gòu)置相應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備，最終搭建自動(dòng)化生產(chǎn)線如圖3、圖4 所示。前面提到由于公司背板制件要求不同且公司沖壓生產(chǎn)線較多，所以自動(dòng)化改造時(shí)針對(duì)制件進(jìn)行了2種不同方式的改造。第一種方式如圖3所示，在產(chǎn)線第一臺(tái)壓力機(jī)之前加裝自動(dòng)送料機(jī)，完成板材分離及送料，壓力機(jī)之間加裝直線式機(jī)械手完成兩臺(tái)壓力機(jī)之間物料的運(yùn)送。對(duì)于需要鉚接螺釘?shù)碾娨暠嘲?，鉚接之前需要人工放置螺釘，若采用3 所示的生產(chǎn)線，一方面放置螺釘時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)降低整體生產(chǎn)節(jié)拍，造成生產(chǎn)效率下降，另一個(gè)方面人工作業(yè)存在一定的安全隱患。根據(jù)實(shí)際情況，在圖3 的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了圖4 所示的自動(dòng)化沖壓產(chǎn)線，在鉚接螺釘?shù)臎_床前加裝了前后移載機(jī)或自動(dòng)移送軌道，實(shí)現(xiàn)人機(jī)分離，安全作業(yè)。

圖3 背板沖壓自動(dòng)化產(chǎn)線（無鉚接）

圖4 背板自動(dòng)化沖壓產(chǎn)線（含鉚接）

5 總結(jié)

本文以液晶電視背板自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線升級(jí)改造為例，綜合考慮企業(yè)成本、制件特點(diǎn)及生產(chǎn)狀況，在沖壓自動(dòng)線生產(chǎn)上完成自動(dòng)化，合理利用現(xiàn)有設(shè)備布局。通過自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線升級(jí)改造，每條生產(chǎn)線節(jié)省12 人，產(chǎn)能提升近一倍，制件不良率降低了75%。整體項(xiàng)目完成歷時(shí)3 年，并在3 年內(nèi)實(shí)現(xiàn)了投入成本回收，節(jié)能減耗15%以上，達(dá)到了減員增效提質(zhì)的良好效果，為中小型沖壓企業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)改造具有一定的借鑒意義。