一種手動沖壓線自動化改造方案設計

沖壓工藝是汽車行業四大工藝之一.隨著汽車行業的飛速發展.以及人工成本的不斷攀升.帶動了沖壓自動化技術的快速發展.多數傳統的人工手動作業方式.已更新為自動化或半自動化的作業方式。對于新組建的廠家.或新投資的生產線.自動化就顯得尤為重要。

在對傳統的人工手動沖壓作業生產線改造時.需本著提升制造技術水平.提高整線生產效率.確保生產零件品質.改善周邊作業環境.降低自身綜合成本的根本目的.進行重點把握。

現狀把握

全面掌握現有生產設備及環境的各種數據.諸如生產線基本配置、壓力機對自動化適應程度、壓力機間距、地面以下基礎情況、物流方式等.是生產線自動化改造工作開始的基礎。

另外.還需對在線生產產品做全面剖析.是否適合自動化生產、是否需要對現有加工工藝調整、是否需要對專用工裝進行調整改造等。

本文以一條手動沖壓線為例進行相關改造方案的說明.其具體情況見表1。

自動化主體方案選擇

搬運系統

目前沖壓行業內大、中型沖壓線自動化生產方式的主體結構.主要有機械手+穿梭機、機器人、高速橫桿等。幾種方案的綜合比較.詳見表2。

綜合經濟性、適用性、技術成熟度等多方面因素.目前機器人應用較為普遍。

清洗系統

根據所生產零件及潛在零件的工藝需求.考慮清洗系統.可選擇在線系統、離線系統或在線系統集成離線功能等。

拆垛系統

沖壓件所使用毛坯材料.均為有孔或無孔的.有矩形、梯形、直線段與直線段、直線段與曲線段、完全由曲線段構成的異形等輪廓形狀.均為平面毛坯.已實現或可實現整齊堆垛.故方案設計中需要考慮自動化拆垛功能。

裝箱系統

根據所生產零件的特性.對零件幾何形狀、空間尺寸等進行充分分析.選擇是否進行自動化裝箱。目前較為普遍的方式為.零件經自動化沖壓排出后.由人工進行裝箱作業。

■ 表1 改造前的生產設備及環境數據

■ 表2 行業內自動化主體方案對比

■ 表3 不同類型的機器人自動化解決方案對比

自動化改造方案設計

機器人的選擇

⑴機器人品牌選擇。

目前國內沖壓行業機器人以ABB、KUKA、FANUC等為主.ABB、KUKA屬歐系產品.安裝形式為“地面安裝式”.FANUC屬日系產品.安裝形式為“棚架式”.如圖1所示。

綜合考慮自身的調整、保全、維修等便利性和相應的使用習慣.決定選擇“地面安裝式”機器人。

⑵機器人型號（功能）選擇。

沖壓搬運機器人目前根據在過程搬運形式上的不同.主要分為六軸機器人、伺服旋轉七軸機器人、伺服直線七軸機器人3種.下面以ABB公司產品為例進行對比說明.見表3。

考慮到是老線改造.加之壓力機間距和工裝主體結構已成定局.故選擇性價比高的六軸機器人。在六軸機器人系列里.ABB的IRB 6660 130型和KUKA的KR 120 R3500 press型都是適合沖壓領域的帶有重型傳動裝置的高性能機器人.可以為最大限度提高生產節拍打下基礎。

圖2和圖3分別顯示了ABB IRB 6660 130/3.1型機器人和KUKA KR 120 R3500 press型機器人的主要參數。

圖1 各品牌機器人設備示意圖

通過比對.在端部負載、工作半徑、安裝要求、重復精度等方面.此兩款機器人均可滿足工藝需要.故兩款機器人均可作為備選機型。

線首單元工藝設計

⑴拆垛部分。

根據節拍最大化的要求.工藝設計雙移動式拆垛小車。兩臺拆垛小車采用機動式.分別在兩平行軌道上移動.由上料工位至拆垛工位。2臺小車交替連續工作.一臺小車拆垛完成后自動返回上料工位.另一小車重復上一循環。拆垛小車的移動速度須滿足無縫對接（不停線等待）的要求。

拆垛小車配備強力磁力分張裝置.使上層坯料實現簡便分離。磁力分張裝置的數量和尺寸需確保坯料完全分離。磁力分張裝置固定在可旋轉的伸縮臂上.伸縮臂安裝于直線導軌上.直線導軌安裝在工作臺上.可實現上下、左右、前后6個方向的調節.生產轉換期間可通過伸縮臂手動調整磁力分張裝置的位置.每個分張器帶有氣動退磁裝置。

圖2 ABB IRB 6660 130/3.1型機器人

圖3 KUKA KR 120 R3500 press型機器人

另外.拆垛小車上還配置末料檢測裝置。當拆垛小車上托盤空置后.機器人自動轉向另一個拆垛小車拆垛。此時系統發出聲光報警提示操作人員進行材料的更換。操作人員按下按扭確認更換垛料.拆垛小車就自動移出工作區達到指定位置.操作者手動將磁力裝置向后移動.借助叉車等工具.卸載空托盤并上載有板料的托盤。

對于兩臺拆垛小車的工藝布置.我們進行了對比.具體內容見表4?；诂F場的工藝布局和平面的最大化利用原則.工藝設計以方案二為準。

⑵清洗機。

經過對在線零件的分析.外觀件比例占比較小.但考慮未來產品結構發展.并綜合經濟性考慮.確定清洗機為國內制造。

當有不需要清洗的材料時.清洗機可以不工作.材料直接輸送到對中臺。清洗機應可實現離線工作.離線后可以實現單獨工作。進料皮帶機設計為伸縮結構.當清洗機離線后.皮帶機伸出.材料直接輸送到對中臺。

⑶對中方式的確定。

目前行業內沖壓自動化生產常用對中方式有重力對中、機械擋塊拍打對中和視覺對中.其工作原理和優缺點對比見表5。

基于分析比較.工藝設計選擇視覺對中系統。同時.在視覺對中皮帶機上設計6個板料到位傳感器.3個檢測器布置在前面.3個布置在后面。當坯料輸送到位后.自動停止運行.保證坯料停止在視覺系統的拍照范圍內。

■ 表4 拆剁小車的工藝布置比較

線間單元工藝設計

線間除按壓機間隔配備所需機器人之外.最重要的就是要實現端拾器的自動更換功能（ATC自動更換模式）。

設計的端拾器支架安裝在機器人后側.與機器人之間用圍攔隔開.圍攔高度約1.8～2m。當需要更換端拾器時.機器人向后旋轉并將使用中的端拾器自行放在支座上.然后連接另一個支座上的端拾器.完成端拾器更換后機器人進入等待位置。整線端拾器配置情況見表6。

機器人配有自動化更換適配器.從而實現機器人與端拾器主桿之間的自動連接。如圖4所示.每個機器人六軸末端配置一個適配器的陽端.適配器的陰端安裝在端拾器主桿上。

■ 表5 各種對中方式的比較

■ 表6 整線端拾器配置情況

線尾單元工藝設計

當下料機器人把工件從最后一臺壓機中拾取到線尾皮帶輸送機上時.完成了整個零件的沖壓過程。若零件在最后一臺壓機無沖壓工藝時.線尾皮帶輸送機伸長至最后一臺壓機內.傳輸機器人傳遞的零件。

考慮到線尾裝箱是人工作業.設計時需考慮節拍的匹配性.所以工藝設計皮帶機寬度為1800～2000mm.皮帶機長度12000～15000mm.同時考慮到若零件在最后一臺壓機無沖壓工藝時.線尾皮帶輸送機需要伸長至最后一臺壓機內.接機器人傳遞的零件進行傳輸.所以皮帶機要求是至少一端可實現伸長調節的功能。

同時.為了確保外觀品質的檢查.線尾皮帶機頂應裝有檢測照明燈（具體數量根據現場實際照度確定）.照明光線應覆蓋整個裝箱區域.檢測臺配備單獨的照明裝置。

線尾工藝布局示意圖如圖5所示。

圖4 自動化更換適配器

圖5 線尾工藝布局示意圖

結束語

綜合上述各系統、各單元的方案選擇和設計.完成了沖壓自動化改造主體工藝設計。

當然.在具體的功能結構設計中.局部細節還需根據現場實物進行匹配性設計.設備相關部分.也需根據自動化生產的要求做適應性改造.同時也需重點考慮安全控制部分.這樣.才能實現其自動化生產的最終目標。

一種手動沖壓線自動化改造方案設計

文/魏龍·東風模具沖壓技術有限公司袁河清·東風汽車公司技術中心