沖壓自動線線首單元掉料問題的分析與解決

陳武明

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545007）

沖壓自動線線首單元掉料問題的分析與解決

陳武明

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545007）

沖壓自動化生產(chǎn)線零件搬運(yùn)系統(tǒng)由機(jī)械手和端拾器組成，線首單元作為搬運(yùn)系統(tǒng)的重要組成部分，其運(yùn)行穩(wěn)定性有利于消除沖壓自動化線的瓶頸。掉料是線首單元系統(tǒng)最頻繁的停線問題。從拆垛系統(tǒng)工作過程的相關(guān)技術(shù)因素分析掉料的原因并提供解決方案，具有一定的實(shí)用性和推廣性。

沖壓自動化；掉料；解決方案；拆垛系統(tǒng)

沖壓生產(chǎn)自動化是提高生產(chǎn)率、改善勞動條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量一致性的主要方法。因沖壓件產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝先進(jìn)、穩(wěn)定、可靠，并在較長時(shí)間內(nèi)保持基本不變的特點(diǎn)，因此采用自動化沖壓生產(chǎn)線有效提高效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期，保證生產(chǎn)均衡性，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益［1］。沖壓線運(yùn)行效率的高低，直接影響產(chǎn)能的競爭力。

1　沖壓自動化生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)

沖壓自動化生產(chǎn)線主要有機(jī)械手、機(jī)器人自動化生產(chǎn)線和多工位壓力機(jī)生產(chǎn)線等方式，一般包括壓力機(jī)和自動化系統(tǒng)［2］。其中沖壓自動化系統(tǒng)（如圖1）通常包含線首單元（拆垛系統(tǒng)）、自動傳輸系統(tǒng)和線尾單元系統(tǒng)。

圖1　沖壓自動化系統(tǒng)

1.1沖壓自動線線首單元硬件構(gòu)成

沖壓自動化線首單元系統(tǒng)（如圖2）主要包括2臺軌道移動式上料小車（按需配備多個(gè)活動可調(diào)磁力分張器）、拆垛手（機(jī)械手或機(jī)器人）、傳送裝置、板料清洗機(jī)（選項(xiàng)）、板料涂油機(jī)（選項(xiàng)）、板料對中臺及控制系統(tǒng)等。

圖2　線首單元系統(tǒng)

線首單元工作流程如圖3所示，當(dāng)上料小車裝載料垛由換垛位置回到拆垛位置后，拆垛手從拆垛小車上抓取板料并放到皮帶傳送機(jī)上，皮帶機(jī)將板料先后傳送到清洗機(jī)和掃描儀，掃描儀將板料圖形發(fā)到電腦上，然后將此圖形和預(yù)先設(shè)定的板料位置數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，經(jīng)過檢測的板料由磁性皮帶機(jī)送到對中臺，通過對對中臺的移動和轉(zhuǎn)向調(diào)整板料位置，板料經(jīng)過對中定位后，便可開始后序沖壓生產(chǎn)。

圖3　線首單元工作流程

1.2線首單元技術(shù)要求

為了保證沖壓自動化生產(chǎn)線對沖壓工藝高柔性化適應(yīng)能力和后續(xù)機(jī)械手搬運(yùn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，線首單元需滿足沖壓工藝和控制系統(tǒng)方面的要求。

沖壓工藝方面：第一，在不損傷板料零件的情況下適合多種板料的形狀，包括矩形料、梯形料、激光拼焊料和其他外形的落料零件；第二，對于板料的定位需滿足平面兩個(gè)方向±15 mm，堆垛垂直度±5 mm的尺寸要求；第三，同時(shí)對兩垛獨(dú)立的板料推垛進(jìn)行拆垛，可適應(yīng)一模雙件的生產(chǎn)。

控制系統(tǒng)方面：第一，線首系統(tǒng)設(shè)備必須設(shè)計(jì)成全線自動化的一部分，并且能與壓力機(jī)間的零件傳送達(dá)到相同的線速，線首系統(tǒng)不能減慢整線的生產(chǎn)速度；第二，線首系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)有至少兩套雙料檢測系統(tǒng)，磁力分張器即可使垛料上的板料按要求一張張分開又能夠容易地從垛料分張的工作位置離開；第三，線首設(shè)備必須能夠?qū)辶蟼鬏數(shù)降谝慌_壓力機(jī)的沖壓位置，板料輸送到位后與沖壓位置的誤差不超過±2.0 mm.

2　線首單元掉料因素分析

2.1拆跺機(jī)械手運(yùn)動軌跡

根據(jù)拆垛機(jī)械手抓取板料過程位置圖（如圖4）所示，位置AG區(qū)間為板料在Z方向的運(yùn)動軌跡，其中包括從拾料位置平穩(wěn)上升過程加速至標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行速度過程。在此期間板料受到端拾器吸盤吸力、自身重力、磁性分張器的磁力、板料間表面吸附力等多種力學(xué)因素的影響，隨著運(yùn)動過程的進(jìn)行，各種力之間平衡發(fā)生著變化，拆垛過程雙料/掉料問題就容易發(fā)生在此階段。

圖4　板料過程位置圖

2.2板料分張過程受力分析

考慮到板料分張過程中主要受拆垛機(jī)械手向上提拉的力Ft（拆垛機(jī)械手的拖拽力通過真空吸盤傳遞至板料），板料自身重力mg、下層板料與待分張板料間的吸附力f吸附以及分張器吸附板料的力f磁.將板料受力模型簡化如圖5所示，根據(jù)受力平衡原理：Ft-mg-f吸附-f磁-ma=0.

圖5　板料受力模型

其中，根據(jù)條形磁鐵的磁場分布，f磁在上升過程中逐漸減小，在板料完全與磁鐵分離后基本趨近于0；在板料平穩(wěn)上升過程中加速度a增大，則需要的拉力Ft增大，吸盤可以傳遞的最大真空拉力受板料表面油膜影響，當(dāng)Ft大于吸盤承受的最大真空吸力時(shí)發(fā)生掉料現(xiàn)象。受到板料間油膜厚度的影響，板料間吸附力大于下層板料重力時(shí)就會發(fā)生雙料現(xiàn)象。

2.3磁性分裝器的布置

平板材料堆疊碼垛后各層鋼板之間存在油膜或真空負(fù)壓現(xiàn)象，板料間的吸附力較大，最上層鋼板不易取起，容易發(fā)生雙料甚至多張板料同時(shí)被吸起的問題，必須在垛料的端面放置磁性分張器，利用自身的超強(qiáng)磁場，把需分張的鋼板同極磁化，使鋼板間產(chǎn)生層間相互排斥的力，使上、下層鋼板產(chǎn)生局部間隙，破壞真空負(fù)壓的環(huán)境，以便拆垛手逐層取用板料。

2.4板料狀態(tài)

沖壓自動化對鋼板毛坯料垛的規(guī)整程度有嚴(yán)格的要求。料垛不整齊，板料與磁力分張器無法接觸影響磁化效果，板料間的排斥力小，板料分張一致性差，造成板料間無法分離，拆垛手抓取板料位置不準(zhǔn)確等問題。板料表面油膜厚度對板料間的吸附有著直接的影響，容易導(dǎo)致板料間吸附力大于磁力分張器給予板料間的排斥力而無法分張。板料波浪高度大，造成板料與掃描儀干涉，損壞掃描儀，影響掃描質(zhì)量，造成過程停線。

3　掉料問題解決

3.1機(jī)械手參數(shù)設(shè)置優(yōu)化

結(jié)合拆垛機(jī)械手抓取板料過程位置圖（如圖4）和具體的沖壓板料工藝參數(shù)，在確保線首單元速度滿足整線運(yùn)行速度的前提下，優(yōu)化拆垛手在AG段距離參數(shù)，調(diào)整取料平穩(wěn)速度、平穩(wěn)取料距離、取料加速度、躍度參數(shù)等。保證板料拆垛提升至平穩(wěn)速度過程拆垛速度較低。

3.2分張器布置改進(jìn)

將分張器集中布置在垛料一角（如圖6），數(shù)量保證上、下層板料間隙15 mm左右，如果分張器數(shù)量較多，板料提升過程中受到的磁力較大，在提升過程中真空吸盤需提供較大的吸力，端拾器彈性吸盤頻繁處于深度拉伸與壓縮的工作狀態(tài)，降低吸盤的壽命，無法保持長期的穩(wěn)定性導(dǎo)致掉料；如果分張器數(shù)量過少，分張后板料間隙過小仍基本處于一個(gè)平面上，拆垛手端拾器壓下吸料瞬間導(dǎo)致板料間真空負(fù)壓再次形成而引起雙料現(xiàn)象。另一方面適當(dāng)調(diào)整拆垛機(jī)靠近分張器布置端的端拾器吸盤的平面高度，避免機(jī)械手下壓取料動作改變板料的分張形態(tài)。

圖6　板料分張

3.3板材定位優(yōu)化

雖然上料平臺有手動移動激光筆（含標(biāo)尺）用于垛料的定位，但是員工定位板料時(shí)通過目測人工操作，板料質(zhì)量大，操作過程中定位耗時(shí)過長，也容易出現(xiàn)因定位偏差過大超出對中臺允許范圍引起停線。通過在上料小車前后、左右安裝硬定位裝置（如圖7），依據(jù)中心線在上料小車上固定鋼尺，并根據(jù)板料尺寸在小車臺面上做好標(biāo)示，形成標(biāo)準(zhǔn)化操作，上料時(shí)按定位裝置進(jìn)行操作，縮短操作時(shí)間，降低定位誤差的機(jī)率。

圖7　定位裝置

3.4工作過程標(biāo)準(zhǔn)化管理

通過前面對沖壓自動化線首單元掉料的工作優(yōu)化，其中較多的工作需要形成標(biāo)準(zhǔn)化工作清單，以保證每個(gè)人的操作過程都是一致的，從而確保自動化生產(chǎn)線的效率［3］。首先，編制板料質(zhì)量檢查的清單，明確板料堆垛、油量控制標(biāo)準(zhǔn)以及平整度等方面的要求，確保符合技術(shù)條件的板料狀態(tài)。其次，編制上料操作標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)書，明確分張器布置要求。最后，明確線首拆垛機(jī)端拾器TPM檢查要求，確保端拾器的一致性。

4　結(jié)束語

線首單元作為沖壓線系統(tǒng)的生產(chǎn)準(zhǔn)備系統(tǒng)，它的運(yùn)行效率穩(wěn)定性對整條沖壓生產(chǎn)線的產(chǎn)能輸出起到關(guān)鍵作用，提升線首單元的效率有利于消除沖壓自動化沖壓線的瓶頸。以上通過對掉料的因素的分析，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)問題提供的低成本高效益解決方案，為同類沖壓自動化線的效率提升工作提供參考案例，具有一定的技術(shù)推廣性。

［1］李奇，周海成，沖壓自動化線生產(chǎn)效率管理［J］.鍛造與沖壓，2013，（3）：15-18.

［2］張繼剛.沖壓效率改善實(shí)踐研究［D］.上海：上海交通大學(xué)，2009.

［3］王京，楊成.沖壓車間自動化傳輸過程中掉件現(xiàn)象的分析及解決辦法［J］.儀器儀表學(xué)報(bào)，2009，（6）：62-67.

Analysis and Solution of the First Unit of Material Falling Problem of Automatic Stamping Line

CHEN Wu-ming
（SAIC-GM-Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China）

Stamping automatic production lines handling system consists of robot and tooling clamp，the front unit as an important part of handling system.The front unit operation stability is conducive to eliminate the bottleneck of stamping automation line.Missing part is the most frequent stop line problem of front unit system.This article base on the destacking systems work process of related technology factors analyzes the reasons of missing part and provide solutions，has certain practicability and popularization.

stamping automatic；missing part；solutions；destacking systems

TG388

A

1672-545X（2016）07-0212-03

2016-04-29

陳武明（1980-），男，廣西陸川人，工程師，碩士，研究方向：車輛工程。