全洪杰，李國臣，曹會元

（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)技術學院，廣東東莞 523808）

1 引言

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

2 公司當前狀況

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計的開發(fā)及制件沖壓生產。液晶電視背板沖壓生產一般需要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。自動化沖壓生產線升級改造前，公司采用的“普通壓力機+人工上下件”的生產方式，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，完成一個工序沖壓后人工取件送往下一個工序。若背板制件需要鉚接鉚釘，還需要人工搬運成形后的背板到沖床進行鉚接處理。可以看出，自動化生產線改造之前的沖壓方式人力成本高且生產效率低下，人工作業(yè)的不穩(wěn)定性導致制件合格率不高。同時大型電視背板平均重量高達4.8kg/件，傳統(tǒng)人工生產若按每天10h生產3,000件背板計算，則每人每天平均需要搬運14,400kg的制件，較大的勞動強度導致生產線人員流動較大。

圖1 人工沖壓線示意圖

在進行自動化沖壓生產線改造之前，公司已經擁有近百臺沖床設備，設置了13條沖壓生產線，如果引進整條自動化生產線，不僅會造成原有設備的浪費，對公司財務也會造成很大的壓力，所以在現(xiàn)有設備基礎上進行生產線升級改造是較為實際的選擇。

公司期望通過生產線自動化升級改造達到以下預期目標：

（1）公司通過持續(xù)多方位技術改造，并在3年內收回自動化產線投入成本。

（2）項目改造完成后，產能提高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 自動產線方案設計

3.1 自動化沖壓生產線

隨著國內外自動沖壓生產技術的不斷發(fā)展進步，目前國內沖壓企業(yè)常用的自動化生產線包括傳統(tǒng)沖壓生產線，單機聯(lián)線自動化沖壓線，大型多工位壓力機等。

近年來，單機聯(lián)線自動化沖壓線在國內發(fā)展迅速，勢頭強勁，成為自動化沖壓生產的先進技術之一[2]。其常見配置是通過機械手或機器人將6~7臺高自動化程度的壓力機串聯(lián)起來，并配備自動送料機，碼垛機等輔助設備。它們既可以實現(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現(xiàn)多工位連續(xù)沖壓。制件沖壓質量穩(wěn)定可靠、柔性好、生產安全性能高且成本低，受到各大沖壓生產企業(yè)的青睞。

大型多工位壓力機是目前世界上最先進，最高效的板材沖壓機[2]。它一般包括柴垛機，多工位壓力機，自動送料系統(tǒng)和碼垛系統(tǒng)。相比其他自動生產線，大型多工位壓力機可以實現(xiàn)高度自動化并大幅度提高沖壓生產效率，多用于大型覆蓋件的沖壓生產如汽車車身等。由于造價昂貴且柔性不及單機聯(lián)線自動化生產線，國內很多汽車企業(yè)對此還比較排斥。

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)存上百臺不同噸位的壓力機，結合成本情況，公司選擇單機聯(lián)線的方式進行自動化沖壓線改造。

3.2 送料系統(tǒng)選擇

自動化送料系統(tǒng)是實現(xiàn)自動化沖壓生產的基本要求和根本保證，合適的送料方式能顯著提高自動化生產效率。目前，常見的送料系統(tǒng)主要包括3類：輥式送料系統(tǒng)，抓料機械手/機器人加搬運小車送料機構，活動式送料機械手[3]。

輥式送料系統(tǒng)是利用輥子與原材之間的摩擦力作為驅動力的送料裝置，具有占地面積小，不局限材料類型尺寸等優(yōu)點，常用于卷料運送。而公司購買原材一般是已經截好的板料，輥式送料并不適用。

抓料機械手加搬運小車送料機構一般包括上下料機械手和搬運小車，機械手負責抓取壓力機或搬運小車上的物料，搬運小車主要用于控制物料運輸速率，可以在其上對制件進行一些簡單處理。該自動運送機構抓料機械手和送料小車結構類型多變，抓料機械手可以是旋轉式，直線式，也可以是機器人，送料小車也可以是傳送帶或傳送軌道。具體運料結構選取要綜合考慮公司生產情況，設備情況就制件特點。該送料機構結構簡單，穩(wěn)定可靠，快速高效，在國內沖壓企業(yè)得到廣泛應用。

活動送料機械手可以方便地安裝在兩臺壓力機之間完成生產線的串聯(lián)，具有柔性化高，效率高，成本低等優(yōu)點。根據(jù)機械手運動軌跡可以分為旋轉式機械手和直線式機械手。其中直線式機械手只有水平和豎直兩個運動副，裝在橫桿兩端的拾器隨縱向運動抓取板料，然后隨橫向運動送進板料，最后橫向復位，完成一個運動周期，直線式機械手結構簡單，送料節(jié)拍快，生產柔性高，在單機聯(lián)線自動化沖壓改造中得到迅速推廣。

3.3 同步控制

活動送料機械手可以方便地安裝在兩臺壓力機之間完成生產線的串聯(lián)，具有柔性化高，效率高，成本低等優(yōu)點[4]。根據(jù)機械手運動軌跡可以分為旋轉式機械手和直線式機械手。其中直線式機械手只有水平和豎直兩個運動副，裝在橫桿兩端的拾器隨縱向運動抓取板料，然后隨橫向運動送進板料，最后橫向復位，完成一個運動周期，結構如圖2所示。直線式機械手結構簡單，送料節(jié)拍快，生產柔性高，在單機聯(lián)線自動化沖壓改造中得到迅速推廣。

圖2 直線式機械手

4 自動化系統(tǒng)的實現(xiàn)

綜合上述分析，購置相應的生產設備，最終搭建自動化生產線如圖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線較多，所以自動化改造時針對制件進行了2種不同方式的改造。第一種方式如圖3所示，在產線第一臺壓力機之前加裝自動送料機，完成板材分離及送料，壓力機之間加裝直線式機械手完成兩臺壓力機之間物料的運送。對于需要鉚接螺釘?shù)碾娨暠嘲澹T接之前需要人工放置螺釘，若采用3 所示的生產線，一方面放置螺釘時間較長，會降低整體生產節(jié)拍，造成生產效率下降，另一個方面人工作業(yè)存在一定的安全隱患。根據(jù)實際情況，在圖3 的基礎上設計了圖4 所示的自動化沖壓產線，在鉚接螺釘?shù)臎_床前加裝了前后移載機或自動移送軌道，實現(xiàn)人機分離，安全作業(yè)。

圖3 背板沖壓自動化產線（無鉚接）

圖4 背板自動化沖壓產線（含鉚接）

5 總結

本文以液晶電視背板自動化沖壓生產線升級改造為例，綜合考慮企業(yè)成本、制件特點及生產狀況，在沖壓自動線生產上完成自動化，合理利用現(xiàn)有設備布局。通過自動化沖壓生產線升級改造，每條生產線節(jié)省12 人，產能提升近一倍，制件不良率降低了75%。整體項目完成歷時3 年，并在3 年內實現(xiàn)了投入成本回收，節(jié)能減耗15%以上，達到了減員增效提質的良好效果，為中小型沖壓企業(yè)自動化生產線設計改造具有一定的借鑒意義。