冲压自动化生产线的设备选型及常见问题

文/张灏・天津一汽丰田汽车有限公司

冲压自动化生产线的设备选型及常见问题

文/张灏・天津一汽丰田汽车有限公司

随着中国汽车市场迅猛的发展，中国汽车工业的产能也出现了井喷式增长，各大汽车制造企业纷纷上马新的工厂，以求在市场中占有更大的份额。而随着顾客消费理念的日趋成熟，人们对更高品质、更低成本的需求，以及同行业竞争的扩大化让汽车制造商感受到前所未有的压力，所以汽车工业的传统纯手工生产方式正逐渐退出舞台，自动化生产有了充分的施展空间。

冲压作为整车生产首道工序，实现自动化已经被各整车工厂广泛接受。而冲压自动化如何实现，需要在生产线规划初期就做出缜密考虑。

人工方式与自动化方式的各自特点

传统的人工生产线，使用皮带机传输方式，优点是在建设初期投入较小、后期维护成本较少、模具结构设计要求较低、压力机模具故障停线时间短。如果用于少量生产，还是有着不可替代的优势。随着产能提升，人工成本增加，其效率低下、产品质量稳定性较差、安全性较差等缺点越来越明显，从而影响企业的发展。而自动化生产线恰好可以让这些问题得到解决，较好的安全性、较高的生产效率、稳定的产品质量以及批量生产条件下更低的单件生产成本是自动化冲压生产线的优点，尤其对大型车身外板覆盖件，这些优点更为突出。因而，现今整车工厂一般在大型冲压生产线规划初期，就会直接考虑采用自动化生产线。

自动化设备组成

从机械组成上来讲，冲压自动线一般可分为压力机和自动化传输系统，冲压自动化系统通常包含拆垛系统、自动传输系统和线尾出料系统。

拆垛系统

自动化拆垛系统主要包括2台轨道移动式上料小车（前后移动式、左右移动式，每个上料小车上配备4～8个活动可调磁力分张器通常为永磁铁，用于材料的分离）、拆垛手（机械手或机器人）、传送装置（多为磁性皮带机）、板料清洗或涂油机（现多用离线式）、板料对中台（机械拍打式、光感扫描式）、投料手及控制系统等。

当上料小车装载料垛（可包括托盘）由换垛位置回到拆垛位置后，板料由拆垛手从料垛拾取，通过传送装置送到对中台。板料经过对中定位后，便可开始后序冲压生产。

自动传输系统

自动传输系统用于各工序间工件搬运传输。传输机构主要有机械手和机器人两种。随着冲压自动化技术的不断改进，机械手自动传输机构的形式也不断变化。形式的不同也是目前冲压自动线的主要区别所在。目前，高速、稳定的单臂或双臂横杆式传送机构（图1）是冲压自动化系统的主流。

图1 单臂或双臂横杆式传送机构

线尾系统

线尾系统由输送带、照明、工件检验台、人工或自动装箱机构及控制系统等构成。主要任务是将成品冲压件输送至合适的位置便于装箱（或自动装箱），并为冲压件检测提供条件。

自动化系统选用

选定理由：普通压力机＋单臂机械手相对机器人方式来讲有着较高的稳定性，较高的生产速度，对模具的结构要求基本相同，可用于旧有模具的生产，其相对横杆式又有着较低的投入成本，生产批次柔性更好，模具结构要求低的特点（可节省大量新车模具成本），所以其在现今国内的冲压工厂内仍然有广泛的应用。

拆垛系统

（1）上料台车。选用前后移动方式，优点为材料垛转换时间几乎不计，有效提升生产节拍；选用左右移动方式，材料垛转换时，生产线会出现短暂的等待，按照通常台车移动速度12m/min，每次约耗时0.5～1min，比前后移动方式系统高度降低、投入相对较少。

（2）双料检测及回收。由于机械手投料可能出现将两张材料投入模具的情况，所以在折垛时应进行双料检测，防止投入模具后造成模具损坏。考虑到设备可能出现故障，应在对中时进行二次检测，如果出现双料，生产线不应停止，应考虑自动将双料排出，那么回收再利用就很重要了。

（3）对中检测和投件机械手。现在通用的对中方式有两类，光感式和机械拍打式。光感通过照像、扫描确定材料状态，再通过机械手或对中进行转角达到正确姿态投入模具；机械拍打式通过机械拍打将材料姿态调整到位再投入模具。综合考虑，光感式投入成本较大，旋转式对中台或多轴机械手故障概率较高。光感器件对环境要求较高，但适应材料形状较好，抓取材料准确性较高；机械拍打式，适应范围较小，材料定位精度较低。

（4）端拾器。尽量进行通用化处理，如果进行更换则比较浪费时间。

（5）材料在台车上的定位及磁力分张器。通常材料在台车上采用机械式定位，一般要求精度不高，误差小于1cm在对中台进行调整，磁力分张器可以选用固定自动进退式（多应用于左右移动式台车）和手动调整式（多应用于前后移动式台车）。

图2 线间输送系统

线间输送系统

如图2所示，线间输送系统国内基本采用两种传输方式：竖直位移方式与水平位移方式，机械手根据实际情况采用六轴（模具要求开口高度较小，图2a所示）或八轴（模具要求开口高度较大，图2b）。

六轴和八轴机械手可进行双工件变中心距调整（图3），单边调整量为最大值±200mm，各机械手通过制件端拾器上的气缸实现。

六轴和八轴机械手具备整体平移（图4）调整量为最大值±100mm（左右平移，中心线为参考点）的功能。

如图5所示，六轴、八轴机械手具备绕Y轴旋转最大值±20°（前后）的功能。

如图6所示，两条生产线压机中心距为6500mm，六轴和八轴机械手在压力机中心线上前后调整量为最大值±50mm。

图3 双工件变中心距调整

图4 整体平移

图5 绕Y轴旋转最大值±20°

图6 中心线上前后调整

考虑到在进行换模作业尤其是ADC作业时，可能会出现端拾器与模具干涉的情况（下模具较小，端拾器较长，换入相较大时）应规定一个除HOME点外的换模停止点，保证设备安全。

线尾装箱检查系统

（1）考虑到使用自动化生产线后，提高生产节拍，大约可以实现8～12件/min，而自动化线生产的主要是外板件，器具收容数小，平均2min左右就要更换器具，所以在后侧应设立滑动轨道，保证生产线不会因等待器具停止。

（2）为保证节拍，减少机械手Z轴位移，模具等高线应该与皮带机高度尽量一致，但作业人员就无法进行检查作业，所以应增加补高台补齐高度差。

（3）按节拍换算皮带机速度，并核定品质检查工位、速度，选择适合的皮带长度。

（4）结合皮带长度增加照明及相应的气路装置。整线封闭。通常封闭方式有半封闭式（金属网等）、全封闭式（框架、板），考虑到生产线内的洁净度，一般采用亚克力板、有机玻璃等材料的封闭方式，这样在保证可视的前提下，尽量降低粉尘对制品品质的影响。

模具识别与检测信号

设备换模（ADC方式）需要将模具参数存储于自动化设备内，以便于调用，减少误操作。这就需要有模具识别，每个模具编码惟一，有手动调用和自动调用两种形式。另外为保证模具、设备安全和品质，对投入材料或制品也需要一定的检测，这些电信号最终作为自动化启动条件传递至总控制系统。

图7 线尾装箱检查系统

⑴如图8所示，拉伸工序通常采用的是材料到位检测（接近开关）。

⑵非拉伸工序的制件定位检测（图9a、b）采用在模具型面上合理部位对角布置检测传感器的检测方式，一般采用在右前和左后角布置2个检测传感器。

图8 材料到位检测

图9 线盒相连

如图9a、b所示，总线集成后接入线盒，统一与台车的线盒相连。

⑶考虑到模具中经常使用氮气缸，为保证出现漏气后模具安全，所以也应加入压力检测装置。

⑷空工位。空工位每个制件应设置定位检测（2个）和识别检测装置（空工位识别检测与冲压模具识别检测相同）。

结束语

冲压自动生产线形式组合多种多样而且结构复杂，每个子系统又可细分为很多不同类型。汽车生产工艺的不断发展，必然导致冲压自动生产线的技术不断提升，冲压自动线使用需要考虑的因素也会不断变化。