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沖壓線自動化改造必學資料,可以直接用!

发布日期:2017-4-6 14:47:46

隨著國內汽車制造業的快速發展,行業內的競爭、企業降本壓力逐年加劇,在提高産品質量穩定性、生産效率方面,采用自動化生産方式的優勢愈加明顯。許多企業在投建新沖壓線時會根據本企業的産品特性選用多台壓機串(並)聯自動線,或單台多工位壓機沖壓自動線、連續模開卷成形沖壓自動線、開卷落料多工位壓機沖壓自動線,或對早期的人工沖壓線進行自動化或半自動改造,以提高産品質量、生産效率,實現減員增效的目的。本文僅探討早期多台壓機串聯人工沖壓線的自動化改造方法。


早期多台壓機串聯的人工沖壓線


  串聯沖壓線一般是指由4~6台壓機以工作台前後相鄰的方式沿生産線物流方向排列,早期沖壓線設備安裝基礎有獨立式、帶式(地溝式)兩種,帶式基礎可以在地溝內安裝廢料傳送鏈以實現廢料的自動收集。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,但生産效率高、維護成本低;液壓式壓機前期所需投資少,但生産效率低、使用維護成本高、對模具保護性能差。


  早期压机工作台安装形式有固定工作台、移动工作台两种形式。固定工作台换模不方便、停机时间长,设备利用率低。移动工作台从移动方向上可分为前后移动方式和侧向移动方式两种,从工作台数量上又分单移动工作台、双移动工作台两种形式。单移动工作台虽然换模方便,但由于不能提前做换模准备工作,缩短停机时间的效果不明显,设备利用率依然不高;采用双移动工作台形式时,可以提前做换模准备工作、生产线停机时间短、设备利用率高,20世纪90年代后制造的压机设备(包括人工线、自动线)的工作台安装多采用 “I” 形或“T”形双移动工作台形式,这两种形式相比,“T”形占用场地面积相对少些。 


 

多台壓機串聯自動沖壓線構成


  就生産線設備構成而言,自動沖壓線可分爲壓機設備部分和自動化系統設施部分。自動化系統通常包括:線首拆垛系統、線中自動傳輸系統、線尾出件系統、安全控制系統。


  線首拆垛系統


  沖壓自動化拆垛系統主要包括上料小車(爲保證生産線連續運行通常采用2台軌道移動式小車,每個上料小車上配備4?8個活動可調的磁力分張器,用于板料的分離)、拆垛手(機械手或機器人)、傳送裝置(多爲磁性皮帶機)、板料清洗機(可選項)、板料塗油機(可選項)、板料對中台及控制系統等。

  

  上料小車(可包括托盤,托盤在小車上設置有定位)裝載料垛由裝垛位置運行到拆垛位置後,板料由拆垛手從料垛拾取,通過傳送裝置穿過清洗機、塗油機到達對中台;板料經過對中定位後,便可開始後序沖壓生産。板料從拆垛手到對中台位置需經過兩次雙料檢測,以保證壓機與模具的安全性,自動化生産線的各個環節在規劃階段應盡可能做到絕對的安全可靠。清洗機、塗油機也可設置爲可離線式,不需要使用時可沿軌道開出,空位由皮帶機填補;通常,生産外覆蓋件時使用清洗機,生産內覆蓋件時使用塗油機。板料對中通常采用的方式有機械拍打式、光學視覺(圖像掃描)對中式:機械拍打式結構簡單、工作穩定、成本低,但對板料形狀的適應性差、調整費時麻煩;視覺對中速度快精度高、對板料形狀適應性好、對中範圍寬對料垛整齊性要求低,但對生産環境要求高、成本略高。兩種對中方式各有一定的適用範圍,企業應根據自動線搬運系統(機械手或機器人)形式、産品種類(覆蓋件或結構件)的工藝規則(雙料片排列形式)謹慎選定。


  線中自動傳輸系統


  自動傳輸系統是指從生産線第一台壓機的上料手至最後一台壓機的下料手之間的搬運傳輸機構,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。


  随着冲压自动化技术的不断进步,传输机构的形式日新月异,但主要形式仍可划分为机器人、机械手或两者结合运用的生产线种类。专业生产冲压自动化机器人的国际品牌有ABB、库卡、发那科、安川等,单、双臂机械手的国际品牌有固德尔、施特曼、舒勒、小松等。单臂或双臂横杆式机械手传送机构速度高、稳定性好,可将多台高速压机集成为SPM达12 ~ 15次/min的高速自动冲压线,成为目前汽车行业新建冲压线的首选。另外,随着机器人传输技术的发展和行业竞争的促进,目前国外也出现了SPM达12 ~ 15次/min的雙臂機器人高速自動沖壓線。


  機器人傳輸系統通常速度慢、臂長易抖動,穩定性差,但機器人系統柔性好、標准化程度高、投資與使用維護成本低,因此,在組建速度較低、投入較少的生産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定性、較高的生産速度,對模具結構的要求與機器人系統基本相同,但國産化、標准化程度低,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、滑塊行程次數高的人工線的自動化改造,其相對雙臂橫杆式系統又有著較低的投入成本、生産批次柔性更好、模具結構要求低的特點,所以單臂機械手在目前國內沖壓工廠新線的規劃中亦被廣泛采用。



  線尾出件系統


  線尾出件系統由出料输送带、照明、工件检验台、人工或自动装箱机构及控制系统等构成,其主要任务是将成品冲压件输送至合适的位置以便于人工检查、装箱(或自动装箱)。


  安全控制系統


  安全防護系統采用圍欄和光柵配合,對于高速、高危險的區域一律要安裝安全圍欄;而低速運行的區域如板料小車退出的非工作區域需安裝安全光柵,若光柵被遮擋則安全系統中會有報警提示。


  在安裝安全圍欄的封閉區域內安裝安全門,當生産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出進入的請求,此時單元內的設備將運行至安全位置並切斷電源供應,安全指示燈指示安全後人員方可進入作業。在每個封閉區域內還設置有逃生門,主要是當區域內出現意外情況時供人員緊急撤出使用。逃生門只允許從單元內部打開,當逃生門在打開狀態時整線設備都處于安全狀態。爲避免設備誤動作並方便生産人員操作,整線集成所有端拾器的光電傳感器和模具內安裝的工件到位檢測傳感器,對生産全過程進行有效跟蹤,當零件意外掉落或工件在模具內的位置不正確時,傳感器檢測出意外情況發生就會阻止系統繼續運行以保護設備或模具。


早期人工沖壓線自動化改造存在問題與解決措施


  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台形式、設備主要參數(滑塊行程、每分鍾沖次數)、廢料收集與傳輸形式三方面存在的不足。


  壓機工作台形式


  早期壓力機的工作台通常爲固定式或前後移動的單工作台,這兩種形式在更換模具時停機時間長,設備利用率偏低;在後期做自動化改造時,自動化系統的布置不能占據換模區域或在更換模具時能夠移出換模區域。采用機器人傳輸系統時,機器人安裝底座需避開工作台移動區域;采用單臂機械手搬運系統時,單臂機械手單元應能沿設備左右側移動,移出換模區域。


  設備主要參數


  對人工線進行自動化改造時,需要重點關注的壓機參數主要有兩個:滑塊行程、每分鍾沖次數。


  (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的可行性及難易程度而需重點關注。滑塊行程的大小與所生産沖壓件的拉深或成形高度,決定著傳輸機構手臂和端拾器的高度、壓機間工件的運轉形式(前後工序轉180°或平移)的選擇;確定手臂和端拾器高度及工件運轉形式時,必須保證上下料手抓取工件後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。壓機間搬運系統采用六軸機器人時,手臂和端拾器高度爲100~150mm、工件在前後工序傳輸中可水平旋轉180°;采用七軸機器人時,手臂和端拾器高度在250mm左右、工件在前後工序傳輸中爲平移;采用單、雙臂機械手時,手臂和端拾器高度控制在250mm左右、工件在前後工序傳輸過程中均是平移形式。


  目前自动冲压线工作模式分单次(也称断续)运行模式和连续运行模式。单次运行模式工作过程中,下料手(下料机械手/机器人)需等到压机完成整个冲压循环滑块回到上死点停止后才开始动作,上料手(上料机械手/机器人)需等下料手退出压机工作区域后才开始启动,而压机滑块又需等上料手完全退出压机工作区域后再开始下行,每个循环周期长、整线生产节拍低。连续运行模式工作过程中,上、下料手和压机滑块同步启动,下料手在滑块回程上行到一定角度(回到上死点前)后便开始取件,上料手在滑块下行到一定角度前完成送件,整个过程在保证不出现干涉的情况下完成取送件动作。早期人工冲压线压机滑块的行程小,630 ~ 800t双点压机滑块行程仅为500mm,工作循环给自动化传输系统的运行空间、过程循环时间不够,上、下料手运行很难实现与压机滑块同步、避免干涉,此时改造后自动线的工作模式只能选用单次运行模式。


  (2)每分鍾沖次數。早期人工沖壓線壓力機滑塊的每分鍾沖次數低,630 ~ 800t雙點壓機滑塊行程次數通常爲10 ~ 12次/min,此时自动化改造传输系统形式的选择应与压机的滑块行程次数相匹配。通常压机滑块行程次数小于10次/ min时,自动传输系统选择机器人;滑块行程次数大于12次/ min时,传输系统可选择单臂机械手,以充分发挥压机和自动化传输系统的潜力,避免不必要的投资。


  廢料收集與傳輸形式


  早期人工沖壓線壓機的安裝基礎若未采用帶式基礎,或未在帶式基礎的地溝內安裝廢料收集傳送鏈,在後期做自動化改造時可以在地面設置廢料收集傳輸裝置。生産時模具中的廢料可采用滑槽(坡度小于25°時,用網紋板;坡度小于20°時,用振動器式)使廢料滑至壓機工作台前、後側設置的傳送鏈上,再由金屬傳送鏈輸送到安全護欄外的廢料箱中(廢料箱爲可移動式,也可用液壓小車或叉車更換)。


結語


  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做出了切實可行的解決措施,那麽自動化改造的目標是完全可以實現的。隨著國內汽車行業産能的快速提升、人工成本的增加,傳統的人工沖壓生産線效率低下、産品質量穩定性差、安全性低等缺點越來越明顯,進而影響企業的發展。而自動化生産線恰好可以讓這些問題得到解決,較好的安全性、較高的生産率、穩定的産品質量以及批量生産條件下更低的單件生産成本是自動化沖壓生産線的亮點。目前我國汽車企業沖壓車間正全面走向自動化生産,全新自動化高速沖壓線的大量投入、對傳統人工沖壓線的自動化改造已成爲行業趨勢。