自動化沖壓線改造的方式方法
許多企業(yè)在投建新沖壓線時會根據(jù)本企業(yè)的產(chǎn)品特性選用多臺壓機串（并）聯(lián)自動線，或單臺多工位壓機沖壓自動線、連續(xù)模開卷成形沖壓自動線、開卷落料多工位壓機沖壓自動線，或?qū)υ缙诘娜斯_壓線進行自動化或半自動改造，以提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率，實現(xiàn)減員增效的目的。本文僅探討早期多臺壓機串聯(lián)人工沖壓線的自動化改造方法。
串聯(lián)沖壓線一般是指由4～6臺壓機以工作臺前后相鄰的方式沿生產(chǎn)線物流方向排列，早期沖壓線設(shè)備安裝基礎(chǔ)有獨立式、帶式（地溝式）兩種，帶式基礎(chǔ)可以在地溝內(nèi)安裝廢料傳送鏈以實現(xiàn)廢料的自動收集。壓機種類有機械式、液壓式兩種，機械式壓機前期所需投資多，但生產(chǎn)效率高、維護成本低；液壓式壓機前期所需投資少，但生產(chǎn)效率低、使用維護成本高、對模具保護性能差。 早期壓機工作臺安裝形式有固定工作臺、移動工作臺兩種形式。固定工作臺換模不方便、停機時間長，設(shè)備利用率低。移動工作臺從移動方向上可分為前后移動方式和側(cè)向移動方式兩種，從工作臺數(shù)量上又分單移動工作臺、雙移動工作臺兩種形式。單移動工作臺雖然換模方便，但由于不能提前做換模準備工作，縮短停機時間的效果不明顯，設(shè)備利用率依然不高；采用雙移動工作臺形式時，可以提前做換模準備工作、生產(chǎn)線停機時間短、設(shè)備利用率高，20世紀90年代后制造的壓機設(shè)備（包括人工線、自動線）的工作臺安裝多采用 “I” 形或“T”形雙移動工作臺形式，這兩種形式相比，“T”形占用場地面積相對少些�！�
就生產(chǎn)線設(shè)備構(gòu)成而言，自動沖壓線可分為壓機設(shè)備部分和自動化系統(tǒng)設(shè)施部分。自動化系統(tǒng)通常包括：線首拆垛系統(tǒng)、線中自動傳輸系統(tǒng)、線尾出件系統(tǒng)、安全控制系統(tǒng)。 沖壓自動化拆垛系統(tǒng)主要包括上料小車（為保證生產(chǎn)線連續(xù)運行通常采用2臺軌道移動式小車，每個上料小車上配備4?8個活動可調(diào)的磁力分張器，用于板料的分離）、拆垛手（機械手或機器人）、傳送裝置（多為磁性皮帶機）、板料清洗機（可選項）、板料涂油機（可選項）、板料對中臺及控制系統(tǒng)等。 上料小車（可包括托盤，托盤在小車上設(shè)置有定位）裝載料垛由裝垛位置運行到拆垛位置后，板料由拆垛手從料垛拾取，通過傳送裝置穿過清洗機、涂油機到達對中臺；板料經(jīng)過對中定位后，便可開始后序沖壓生產(chǎn)。板料從拆垛手到對中臺位置需經(jīng)過兩次雙料檢測，以保證壓機與模具的安全性，自動化生產(chǎn)線的各個環(huán)節(jié)在規(guī)劃階段應(yīng)盡可能做到絕對的安全可靠。清洗機、涂油機也可設(shè)置為可離線式，不需要使用時可沿軌道開出，空位由皮帶機填補；通常，生產(chǎn)外覆蓋件時使用清洗機，生產(chǎn)內(nèi)覆蓋件時使用涂油機。板料對中通常采用的方式有機械拍打式、光學(xué)視覺（圖像掃描）對中式：機械拍打式結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、成本低，但對板料形狀的適應(yīng)性差、調(diào)整費時麻煩；視覺對中速度快精度高、對板料形狀適應(yīng)性好、對中范圍寬對料垛整齊性要求低，但對生產(chǎn)環(huán)境要求高、成本略高。兩種對中方式各有一定的適用范圍，企業(yè)應(yīng)根據(jù)自動線搬運系統(tǒng)（機械手或機器人）形式、產(chǎn)品種類（覆蓋件或結(jié)構(gòu)件）的工藝規(guī)則（雙料片排列形式）謹慎選定。 自動傳輸系統(tǒng)是指從生產(chǎn)線第一臺壓機的上料手至最后一臺壓機的下料手之間的搬運傳輸機構(gòu)，用于各壓機（工序）間毛坯或工件的搬運傳輸，形式主要有機器人和機械手兩種。 隨著沖壓自動化技術(shù)的不斷進步，傳輸機構(gòu)的形式日新月異，但主要形式仍可劃分為機器人、機械手或兩者結(jié)合運用的生產(chǎn)線種類。專業(yè)生產(chǎn)沖壓自動化機器人的國際品牌有ABB、庫卡、發(fā)那科、安川等，單、雙臂機械手的國際品牌有固德爾、施特曼、舒勒、小松等。單臂或雙臂橫桿式機械手傳送機構(gòu)速度高、穩(wěn)定性好，可將多臺高速壓機集成為SPM達12 ~ 15次/min的高速自動沖壓線，成為目前汽車行業(yè)新建沖壓線的首選。另外，隨著機器人傳輸技術(shù)的發(fā)展和行業(yè)競爭的促進，目前國外也出現(xiàn)了SPM達12 ~ 15次/min的雙臂機器人高速自動沖壓線。 機器人傳輸系統(tǒng)通常速度慢、臂長易抖動，穩(wěn)定性差，但機器人系統(tǒng)柔性好、標準化程度高、投資與使用維護成本低，因此，在組建速度較低、投入較少的生產(chǎn)線及老線改造時通常采用這種方式。單臂機械手相對機器人形式來講有著較高的穩(wěn)定性、較高的生產(chǎn)速度，對模具結(jié)構(gòu)的要求與機器人系統(tǒng)基本相同，但國產(chǎn)化、標準化程度低，目前被國外品牌所壟斷，造價相對較高，可用于壓機狀況較好、滑塊行程次數(shù)高的人工線的自動化改造，其相對雙臂橫桿式系統(tǒng)又有著較低的投入成本、生產(chǎn)批次柔性更好、模具結(jié)構(gòu)要求低的特點，所以單臂機械手在目前國內(nèi)沖壓工廠新線的規(guī)劃中亦被廣泛采用。 線尾出件系統(tǒng)由出料輸送帶、照明、工件檢驗臺、人工或自動裝箱機構(gòu)及控制系統(tǒng)等構(gòu)成，其主要任務(wù)是將成品沖壓件輸送至合適的位置以便于人工檢查、裝箱（或自動裝箱）。 安全防護系統(tǒng)采用圍欄和光柵配合，對于高速、高危險的區(qū)域一律要安裝安全圍欄；而低速運行的區(qū)域如板料小車退出的非工作區(qū)域需安裝安全光柵，若光柵被遮擋則安全系統(tǒng)中會有報警提示。 在安裝安全圍欄的封閉區(qū)域內(nèi)安裝安全門，當(dāng)生產(chǎn)或維修人員需要進入封閉單元時，首先需要向安全門控制盒發(fā)出進入的請求，此時單元內(nèi)的設(shè)備將運行至安全位置并切斷電源供應(yīng)，安全指示燈指示安全后人員方可進入作業(yè)。在每個封閉區(qū)域內(nèi)還設(shè)置有逃生門，主要是當(dāng)區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)意外情況時供人員緊急撤出使用。逃生門只允許從單元內(nèi)部打開，當(dāng)逃生門在打開狀態(tài)時整線設(shè)備都處于安全狀態(tài)。為避免設(shè)備誤動作并方便生產(chǎn)人員操作，整線集成所有端拾器的光電傳感器和模具內(nèi)安裝的工件到位檢測傳感器，對生產(chǎn)全過程進行有效跟蹤，當(dāng)零件意外掉落或工件在模具內(nèi)的位置不正確時，傳感器檢測出意外情況發(fā)生就會阻止系統(tǒng)繼續(xù)運行以保護設(shè)備或模具。 對早期人工沖壓線做自動化改造時，通常遇到的問題是壓機工作臺形式、設(shè)備主要參數(shù)（滑塊行程、每分鐘沖次數(shù)）、廢料收集與傳輸形式三方面存在的不足。 早期壓力機的工作臺通常為固定式或前后移動的單工作臺，這兩種形式在更換模具時停機時間長，設(shè)備利用率偏低；在后期做自動化改造時，自動化系統(tǒng)的布置不能占據(jù)換模區(qū)域或在更換模具時能夠移出換模區(qū)域。采用機器人傳輸系統(tǒng)時，機器人安裝底座需避開工作臺移動區(qū)域；采用單臂機械手搬運系統(tǒng)時，單臂機械手單元應(yīng)能沿設(shè)備左右側(cè)移動，移出換模區(qū)域。 對人工線進行自動化改造時，需要重點關(guān)注的壓機參數(shù)主要有兩個：滑塊行程、每分鐘沖次數(shù)。 （1）滑塊行程。制定自動化改造方案時雖然要考慮的壓機參數(shù)會有很多，但其中壓機滑塊行程的大小直接影響自動化實現(xiàn)的可行性及難易程度而需重點關(guān)注。滑塊行程的大小與所生產(chǎn)沖壓件的拉深或成形高度，決定著傳輸機構(gòu)手臂和端拾器的高度、壓機間工件的運轉(zhuǎn)形式（前后工序轉(zhuǎn)180°或平移）的選擇；確定手臂和端拾器高度及工件運轉(zhuǎn)形式時，必須保證上下料手抓取工件后在水平運動過程中手臂和端拾器與上模最低點及下模最高點保持足夠的安全空間。壓機間搬運系統(tǒng)采用六軸機器人時，手臂和端拾器高度為100~150mm、工件在前后工序傳輸中可水平旋轉(zhuǎn)180°；采用七軸機器人時，手臂和端拾器高度在250mm左右、工件在前后工序傳輸中為平移；采用單、雙臂機械手時，手臂和端拾器高度控制在250mm左右、工件在前后工序傳輸過程中均是平移形式。 目前自動沖壓線工作模式分單次（也稱斷續(xù)）運行模式和連續(xù)運行模式。單次運行模式工作過程中，下料手（下料機械手/機器人）需等到壓機完成整個沖壓循環(huán)滑塊回到上死點停止后才開始動作，上料手（上料機械手/機器人）需等下料手退出壓機工作區(qū)域后才開始啟動，而壓機滑塊又需等上料手完全退出壓機工作區(qū)域后再開始下行，每個循環(huán)周期長、整線生產(chǎn)節(jié)拍低。連續(xù)運行模式工作過程中，上、下料手和壓機滑塊同步啟動，下料手在滑塊回程上行到一定角度（回到上死點前）后便開始取件，上料手在滑塊下行到一定角度前完成送件，整個過程在保證不出現(xiàn)干涉的情況下完成取送件動作。早期人工沖壓線壓機滑塊的行程小，630 ~ 800t雙點壓機滑塊行程僅為500mm，工作循環(huán)給自動化傳輸系統(tǒng)的運行空間、過程循環(huán)時間不夠，上、下料手運行很難實現(xiàn)與壓機滑塊同步、避免干涉，此時改造后自動線的工作模式只能選用單次運行模式。 （2）每分鐘沖次數(shù)。早期人工沖壓線壓力機滑塊的每分鐘沖次數(shù)低，630 ~ 800t雙點壓機滑塊行程次數(shù)通常為10 ~ 12次/min，此時自動化改造傳輸系統(tǒng)形式的選擇應(yīng)與壓機的滑塊行程次數(shù)相匹配。通常壓機滑塊行程次數(shù)小于10次/ min時，自動傳輸系統(tǒng)選擇機器人；滑塊行程次數(shù)大于12次/ min時，傳輸系統(tǒng)可選擇單臂機械手，以充分發(fā)揮壓機和自動化傳輸系統(tǒng)的潛力，避免不必要的投資。 早期人工沖壓線壓機的安裝基礎(chǔ)若未采用帶式基礎(chǔ)，或未在帶式基礎(chǔ)的地溝內(nèi)安裝廢料收集傳送鏈，在后期做自動化改造時可以在地面設(shè)置廢料收集傳輸裝置。生產(chǎn)時模具中的廢料可采用滑槽（坡度小于25°時，用網(wǎng)紋板；坡度小于20°時，用振動器式）使廢料滑至壓機工作臺前、后側(cè)設(shè)置的傳送鏈上，再由金屬傳送鏈輸送到安全護欄外的廢料箱中（廢料箱為可移動式，也可用液壓小車或叉車更換）。 對早期人工沖壓線做自動化改造方案時，若對上述三個方面的問題都相應(yīng)做出了切實可行的解決措施，那么自動化改造的目標是完全可以實現(xiàn)的。隨著國內(nèi)汽車行業(yè)產(chǎn)能的快速提升、人工成本的增加，傳統(tǒng)的人工沖壓生產(chǎn)線效率低下、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差、安全性低等缺點越來越明顯，進而影響企業(yè)的發(fā)展。而自動化生產(chǎn)線恰好可以讓這些問題得到解決，較好的安全性、較高的生產(chǎn)率、穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量以及批量生產(chǎn)條件下更低的單件生產(chǎn)成本是自動化沖壓生產(chǎn)線的亮點。目前我國汽車企業(yè)沖壓車間正全面走向自動化生產(chǎn)，全新自動化高速沖壓線的大量投入、對傳統(tǒng)人工沖壓線的自動化改造已成為行業(yè)趨勢。
