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(jī)串（并）聯(lián)自動線，或單臺多工位壓機(jī)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(jī)沖壓自動線，或?qū)υ缙诘娜斯_壓線進(jìn)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(shí)現(xiàn)減員增效的目的。本文僅探討早期多臺壓機(jī)串聯(lián)人工沖壓線的自動化改造方法。

早期多臺壓機(jī)串聯(lián)的人工沖壓線

串聯(lián)沖壓線一般是指由4～6臺壓機(jī)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(dú)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(shí)現(xiàn)廢料的自動收集。壓機(jī)種類有機(jī)械式、液壓式兩種，機(jī)械式壓機(jī)前期所需投資多，但生產(chǎn)效率高、維護(hù)成本低；液壓式壓機(jī)前期所需投資少，但生產(chǎn)效率低、使用維護(hù)成本高、對模具保護(hù)性能差。

早期壓機(jī)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(jī)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(zhǔn)備工作，縮短停機(jī)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(zhǔn)備工作、生產(chǎn)線停機(jī)時間短、設(shè)備利用率高，20世紀(jì)90年代后制造的壓機(jī)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。

多臺壓機(jī)串聯(lián)自動沖壓線構(gòu)成

就生產(chǎn)線設(shè)備構(gòu)成而言，自動沖壓線可分為壓機(jī)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)。

線首拆垛系統(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(yùn)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(jī)械手或機(jī)器人）、傳送裝置（多為磁性皮帶機(jī)）、板料清洗機(jī)（可選項(xiàng)）、板料涂油機(jī)（可選項(xiàng)）、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(yùn)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(jī)、涂油機(jī)到達(dá)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(jī)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(jī)、涂油機(jī)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(jī)填補(bǔ)；通常，生產(chǎn)外覆蓋件時使用清洗機(jī)，生產(chǎn)內(nèi)覆蓋件時使用涂油機(jī)。

板料對中通常采用的方式有機(jī)械拍打式、光學(xué)視覺（圖像掃描）對中式：機(jī)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(fèi)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(yùn)系統(tǒng)（機(jī)械手或機(jī)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(jǐn)慎選定。

線中自動傳輸系統(tǒng)

自動傳輸系統(tǒng)是指從生產(chǎn)線第一臺壓機(jī)的上料手至最后一臺壓機(jī)的下料手之間的搬運(yùn)傳輸機(jī)構(gòu)，用于各壓機(jī)（工序）間毛坯或工件的搬運(yùn)傳輸，形式主要有機(jī)器人和機(jī)械手兩種。

隨著沖壓自動化技術(shù)的不斷進(jìn)步，傳輸機(jī)構(gòu)的形式日新月異，但主要形式仍可劃分為機(jī)器人、機(jī)械手或兩者結(jié)合運(yùn)用的生產(chǎn)線種類。專業(yè)生產(chǎn)沖壓自動化機(jī)器人的國際品牌有ABB、庫卡、發(fā)那科、安川等，單、雙臂機(jī)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(jī)械手傳送機(jī)構(gòu)速度高、穩(wěn)定性好，可將多臺高速壓機(jī)集成為SPM達(dá)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(jī)器人傳輸技術(shù)的發(fā)展和行業(yè)競爭的促進(jìn)，目前國外也出現(xiàn)了SPM達(dá)12 ~ 15次/min的雙臂機(jī)器人高速自動沖壓線。

機(jī)器人傳輸系統(tǒng)通常速度慢、臂長易抖動，穩(wěn)定性差，但機(jī)器人系統(tǒng)柔性好、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、投資與使用維護(hù)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(jī)械手相對機(jī)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(jī)器人系統(tǒng)基本相同，但國產(chǎn)化、標(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(diǎn)，所以單臂機(jī)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)

線尾出件系統(tǒng)由出料輸送帶、照明、工件檢驗(yàn)臺、人工或自動裝箱機(jī)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）。

安全控制系統(tǒng)

安全防護(hù)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(yùn)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(jìn)入封閉單元時，首先需要向安全門控制盒發(fā)出進(jìn)入的請求，此時單元內(nèi)的設(shè)備將運(yùn)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(jìn)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(jìn)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(yùn)行以保護(hù)設(shè)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(jī)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。

壓機(jī)工作臺形式

早期壓力機(jī)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(jī)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(jī)器人傳輸系統(tǒng)時，機(jī)器人安裝底座需避開工作臺移動區(qū)域；采用單臂機(jī)械手搬運(yùn)系統(tǒng)時，單臂機(jī)械手單元應(yīng)能沿設(shè)備左右側(cè)移動，移出換模區(qū)域。

設(shè)備主要參數(shù)

對人工線進(jìn)行自動化改造時，需要重點(diǎn)關(guān)注的壓機(jī)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(jī)參數(shù)會有很多，但其中壓機(jī)滑塊行程的大小直接影響自動化實(shí)現(xiàn)的可行性及難易程度而需重點(diǎn)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(jī)構(gòu)手臂和端拾器的高度、壓機(jī)間工件的運(yùn)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(yùn)轉(zhuǎn)形式時，必須保證上下料手抓取工件后在水平運(yùn)動過程中手臂和端拾器與上模最低點(diǎn)及下模最高點(diǎn)保持足夠的安全空間。

壓機(jī)間搬運(yùn)系統(tǒng)采用六軸機(jī)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(jī)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(jī)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(yùn)行模式和連續(xù)運(yùn)行模式。單次運(yùn)行模式工作過程中，下料手（下料機(jī)械手/機(jī)器人）需等到壓機(jī)完成整個沖壓循環(huán)滑塊回到上死點(diǎn)停止后才開始動作，上料手（上料機(jī)械手/機(jī)器人）需等下料手退出壓機(jī)工作區(qū)域后才開始啟動，而壓機(jī)滑塊又需等上料手完全退出壓機(jī)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(yùn)行模式工作過程中，上、下料手和壓機(jī)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(diǎn)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(jī)滑塊的行程小，630 ~ 800t雙點(diǎn)壓機(jī)滑塊行程僅為500mm，工作循環(huán)給自動化傳輸系統(tǒng)的運(yùn)行空間、過程循環(huán)時間不夠，上、下料手運(yùn)行很難實(shí)現(xiàn)與壓機(jī)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(yùn)行模式。

（2）每分鐘沖次數(shù)。早期人工沖壓線壓力機(jī)滑塊的每分鐘沖次數(shù)低，630 ~ 800t雙點(diǎn)壓機(jī)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(jī)的滑塊行程次數(shù)相匹配。通常壓機(jī)滑塊行程次數(shù)小于10次/ min時，自動傳輸系統(tǒng)選擇機(jī)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(jī)械手，以充分發(fā)揮壓機(jī)和自動化傳輸系統(tǒng)的潛力，避免不必要的投資。

廢料收集與傳輸形式

早期人工沖壓線壓機(jī)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(jī)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(hù)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）。

結(jié)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(yīng)做出了切實(shí)可行的解決措施，那么自動化改造的目標(biāo)是完全可以實(shí)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(diǎn)越來越明顯，進(jìn)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(diǎn)。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。

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