鈑金自動沖壓線規劃

陳健豪 陸凱雷 李 亮 鄧禮兵 孟燕菲

（常州博瑞電力自動化設備有限公司，常州 213025）

隨著二次保護類機箱產品的市場競爭日益激烈，成本低、強度高、美觀性好的鈑金機箱得到了快速發展[1]。目前，鈑金機箱行業內普遍采用以激光切割和數控沖作為落料手段，以折彎作為主要成型方式的生產模式[2]。整個加工過程主要依靠人工作業，存在著生產效率低、周轉時間長和單位工序成本高的缺點。隨著工業機器人和信息化的發展，工業自動化技術也越發成熟[3]，采用自動生產線實現常規鈑金機箱的加工已成為主要的發展趨勢。因此，規劃了一條鈑金自動沖壓線，該生產線能夠將鈑金機箱的6 種主要零件共線生產，實現了常規鈑金機箱的自動化生產，為電氣鈑金類產品的生產制造提供了一個新思路。

1 鈑金自動沖壓線的組成

鈑金自動沖壓線的組成如圖1 所示，主要包含自動送料整平系統1、自動加工系統2、高速移載機械手系統3、下料堆垛系統4 和安全控制系統5。各沖床工位和攻牙工位能夠同步作業，工位間通過機械手搬運，實現了鈑金件從原料到成品或半成品的自動化加工過程。

圖1 鈑金自動沖壓線布局示意圖

1.1 自動送料整平系統

自動送料整平系統是一套專門針對中薄板材進行沖壓生產而開發的新型伺服三合一送料機，具備開卷、整平、送料等多種功能，可減少一名送料作業人員，其示意圖如圖2 所示。該設備各部分的制作工藝及功能分別為：整平部分夾持滾輪輪面采用了犁地噴砂電鍍硬鉻處理，增加了滾輪與料帶之間的摩擦力，以保證送料過程中不會因打滑而影響送料精度；動力部分采用安川伺服馬達，確保高精度送料；操作界面采用彩色液晶觸摸顯示器，配合安全控制系統，可實現安全簡易的操作[4]。

圖2 自動送料整平系統示意圖

1.2 自動加工系統

自動加工系統包含兩個部分，即五工位自動沖床系統和自動伺服攻牙機。其中五工位自動沖床系統是沖壓線的核心，可一步完成鈑金件的落料、沖孔、沉孔、折彎和成型等工序。它主要由5 臺沖床和可快換模具組成，單工位的示意圖如圖3 所示。本系統采用的沖床單臺沖壓噸位達到了200 t，可滿足常規鈑金類產品的沖壓加工。

圖3 自動沖床系統單工位示意圖

該系統配備的可快換模具裝置包含移模臂、舉模器和夾模器，便于快速更換模具。在沖床前端增加了一個可翻轉的小滾筒輸送線，減少了模具的安裝與拆卸時間。模具的夾持方式由原本的螺釘聯結改為采用4 個液壓夾模器夾持，大大縮短了模具的夾緊時間[5]。沖床模具設計過程中，考慮到廢料需要切碎處理，因此在沖床下設置了廢料斜坡通道，斜坡通道對應地面放有廢料收集盒，便于廢料落料與收集[6]。自動伺服攻牙機采用伺服電機，可自由調整攻牙速度，便于根據產線節拍調整，其生產一件的用時可達2.0～3.5 s。在深孔攻絲過程中能設定正轉反轉圈數，以模擬人工攻絲，便于排屑。

1.3 高速移載機械手系統

高速移載機械手系統是指從沖壓線第一臺沖床的下料手到自動伺服攻牙機的下料手之間的傳遞運輸裝置，由6 臺雙臂橫桿式機械手組成，能夠用于各工序間的工件搬運，其單工位示意圖如圖4 所示。機械手采用專用伺服電機、進口高精度減速機、進口高精度斜齒輪及齒條，并配有自動潤滑裝置，可保證長期穩定運行。抓取部分采用了真空吸盤，可有效避免零件表面損傷，吸盤工裝能夠兼容鈑金機箱的多種產品，可減少吸盤工裝的更換次數，工裝、吸盤可快速更換與調節。

圖4 高速移載機械手系統單工位示意圖

1.4 下料堆垛系統

下料堆垛系統由收料輸送帶和堆料機器人組成。由于部分零件的外形較為復雜，導致堆疊難度較大，因此采用輸送帶和人工配合下料。而比較容易堆疊的零件則在攻絲機攻牙后由堆料機器人將該產品碼垛到棧板上，產品堆垛到一定高度后由人工將棧板及產品拉出。

1.5 安全控制系統

安全控制系統主要由監控系統和安全防護系統兩部分組成。其中：監控系統通過安裝在沖壓線線首和線尾的攝像頭對整線進行實時監測[7]，監控控制屏安裝在生產線操作臺位置，該系統具有生產監控及生產計數的功能，可將沖壓線生產速度、生產數量等數據顯示在顯示屏上；安全防護系統采用安全圍欄和智能光柵相結合的方式，若有人意外誤入會觸發報警并暫停生產，從而有效保障人員安全。另外，在風險較高的區域還采用了圍欄以保障安全，在下料堆垛和快速換模區域設置光柵以提高生產效率，而且產線設置有緊急停止按鈕，布置于便于操作的位置，以便于出現意外情況時能夠迅速停機。

2 鈑金生產工藝

以鈑金機箱中常用的導軌板零件為例，對鈑金沖壓線的生產流程進行簡單的介紹。該產品的具體加工流程圖如圖5 所示。

圖5 導軌板沖壓線生產流程圖

（1）自動送料：將金屬卷板放置在料架主軸瓦片上，伺服三合一送料機上料開卷并將卷板送至一號沖床。

（2）落料成形：一號沖床將板料沖切至指定大小，并將廢料從板材分離，從而得到導軌板的基本外形。

（3）沖沉孔和翻孔：搬運機械手將導軌板搬運至二號沖床并固定，沖壓得到沉孔和翻孔結構。

（4）左右兩側折彎：機械手將工件搬運至三號沖床，左右兩側沖壓折彎成型。

（5）特征成型、預折和段差：機械手將工件搬運至四號沖床并固定，采用成型模將導軌特征和后側段差結構一起沖壓成型，并對導軌板前側進行45°預折彎。

（6）前后兩側折彎：機械手將工件搬運至五號沖床，沖壓得到工件前后兩側折彎結構。

（7）自動攻絲：機械手將工件搬運至自動攻絲機，對翻孔結構自動攻牙。

（8）自動下料：堆料機械手將攻絲完的導軌板成品搬運至棧板上，至此導軌板零件的生產流程完成。

分析導軌板的加工工序可知，鈑金沖壓線中的5臺沖床和攻絲機同步完成了工件加工，不僅能夠將傳統加工方式的剪板、落料、沖孔、導軌結構成型以及鉆床沉孔等多道工序合并同步完成，而且還兼顧了6道折彎工序，從而減少了工序周轉，顯著提升了整體加工效率，可有效緩解激光切割和折彎機的產能壓力。

3 結語

鈑金自動沖壓線的建設具備提升生產能力、提高標準化水平、增加人員培訓機會等多項功能，具體效果如下：

（1）降本增效成果顯著，平均每臺機箱可節約成本60 元左右，且加工效率提升了130%；

（2）沖壓線對于產品標準化要求較高，可進一步推動鈑金機箱的標準化發展；

（3）降低了鈑金加工對于數控沖床和折彎設備的依賴，有效提高了落料和折彎的產能；

（4）提升了工藝人員的思維發散潛力，開闊了公眾視野，增加了對自動化和鈑金模具化生產的認知，也為新員工實習增加了學習機會。

鈑金自動沖壓線技術領先、思想超前，能大幅提高生產效率，減少產品生產成本，為二次保護等標準型鈑金機箱提供了新的生產思路。作為國內第一條二次保護機箱的連續沖壓線，已成為二次生產行業的標桿。