浅析集烟罩人工冲压生产线自动化改造

2021-03-29陈海滨罗克清宁波方太厨具有限公司

锻造与冲压 2021年6期

文/陈海滨，罗克清·宁波方太厨具有限公司

现状分析

冲压工艺是厨电行业最重要的工艺之一，随着厨电行业的飞速发展，行业内的竞争、人工成本的不断增加，企业降本的压力逐年加剧，带动了冲压自动化技术的快速发展。多数传统的人工手动作业方式，已逐渐更新为自动化的作业方式。为提升人工冲压线生产效率、优化成本，对人工冲压线进行自动化升级改造，在对传统的人工手动冲压作业生产线改造时，需本着提升制造技术水平。重点提高冲压线输送系统的自动化程度，提高劳动生产率，减少作业人数，改善人工劳动强度，保证生产的安全性，降低制造成本。

全面掌握现有生产设备及产品工艺的各种数据，诸如生产线基本配置、压力机对自动化适应程度、压力机间距情况、物流方式等，是生产线自动化改造工作开始的基础。另外，还需对在线生产产品做全面剖析，是否适合自动化生产、是否需要对现有加工工艺调整、是否需要对专用工装进行调整改造等。综合以上设备与产品工艺，制定成本最优改造方案。

现有设备分析

图1 集烟罩人工冲压线

图2 产品的冲压工序

以方太电器工厂集烟罩人工冲压线为例，如图1所示。根据现场场地与产品工艺布置生产线。集烟罩产品生产工艺根据产品型号不同需要10 到11 道冲压工序。所以，生产线的布置将以最多工序为标准设置设备数量。11 台压机设备由于场地限制无法按照传统模式一线排开，现场采用分段模式，用过渡的高空输送线将产品流进行连接，实现连线生产。整线生产配置作业人员13 名。压机间产品物流采用滚筒线的形式单个连续传输。现有人工生产模式生产线，是单台设备形式上的摆放在一起，无法实现整线的自动生产。

产品冲压工艺分析

根据产品特点在产品开发阶段确定了产品的冲压工序，如图2 所示，一般的集烟罩产品分为10 道工序。结合上述生产线的排布，M1、M2 工序为前两台设备生产，不与后面的生产设备在一条线上。

为进一步说明产品冲压工艺对自动改造的影响，选取两种产品进行冲压工艺分析，如图3 示。从中可以发现，在冲压过程中，有的工位有废料产生，有的工位间产品传输需要有一个翻面的过程。因此在生产线的改造过程中必须考虑，满足生产工艺的要求。

自动化改造方案设计

总体方案设计

按现在的生产设备布局，产品生产工艺方式以及现有的生产模具，综合考虑成本、工期等因素，集烟罩生产线确定采用人工与自动化共存的方式实现升级改造，即高空输送线前M1、M2 工序采用人工方式生产，后面9 台设备(M3-M10)采用自动化方式生产。目前冲压行业内，冲压线自动化生产方式的主体结构，主要有机械手+穿梭机、机器人、高速横杆等。结合现实情况在不改变现有设备布局，不更换生产模具的情况下，选用机器人来实现自动化生产，在经济性、适用性、技术成熟度等方面都比较合适，如图4 所示。

采用六轴机器人完成压机与压机之间的物料搬运，设置总控系统来控制机器人与压机设计的动作控制，直接用机器人代替人工生产，实现生产线的自动化生产。

自动换模

现在冲压生产线生产产品型号，产品切换频率高，具备高效的换模作业能力已成为自动化生产过程的重要条件。其中，自动换模系统在整个自动化生产线中扮演着极其重要的角色。在自动化冲压线的改造过程中，首要任务就是实现冲床的自动换模功能。冲床自动换模系统由冲床、模具夹紧器、举模器、配套换模台车等组成。通过自动化设备的搭配，将模具换模时间、生产启动时间或调整时间等尽可能减少，使用者能够快速更换、夹紧模具，减少换模时间，对多品种少批量生产、减少存货、降低劳力成本具有重要意义。配置整线换模台车，如图5 所示。

图3 两种产品进行冲压工艺分析

图4 冲压线自动化生产方式的主体结构

机器人选择

冲压搬运机器人目前根据在过程中搬运形式上的不同，考虑到是老线改造，加之压力机间距和工装主体结构已成定局，故选择性价比高的六轴机器人。在六轴机器人系列里ABB 的IRB 6700 型和安川的MS165 型都是适合冲压领域的高性能机器人，可以为最大限度提高生产节拍打下基础。按现场设备布局间距尺寸，臂展须大于2.7 米，如图6 示。

图5 配置整线换模台车

图6 现场设备布局间距

图 7 ABB 与安川两款机器人参数

图7 分别现示了ABB 与安川两款机器人参数。通过比对，在端部负载、工作半径、安装要求、重复精度等方面。此两款机器人技术参数均可满足工艺需要，故两款机器人均可作为备选机型。

线首单元设计

由于此线改造为分段改造方式，整线前两台设备采用人工作业方式，所以自动化生产线部分的来料为人工成形后的产品。成形后的产品体积大，形状不规则，如果采用自动化的上料方式，风险较大，投入较高，自动线首采用人工上料方式有利规避风险，减少投入。

如图8 所示，采用万向滚珠的滑道做支撑面，整个滑道安装成一定角度，人工将半成品置于滑道上，由于滑道成一定角度，产品将在重力的作用下自动下滑到最低点，最低两个定位传感器感应到产品之后，定位传感器传输信号给机器人，机器人将产品取走，实现自动上料功能。

线间单元设计

集烟罩自动冲压线，除了按压机间布置机器人实现产品搬运外，还必须实现机器人端拾器的自动更换和产品的翻面。

图8 线首单元设计

图9 端拾器支架安装在机器人右后侧

重阳节，为每年的农历九月初九日，是中国传统节日。“重阳”也叫“重九”，因为《易经》中把“九”定为阳数，九月九日，两九相重，故曰“重阳”，古人认为重阳是一个值得庆贺的吉利日子。庆祝重阳节一般包括出游赏秋、登高远眺、观赏菊花、遍插茱萸、吃重阳糕、饮菊花酒等活动。

⑴端拾器自动更换。设计的端拾器支架安装在机器人右后侧如图9 所示。与机器人之间用围栏隔开，围栏高度约1.4m。当需要更换端拾器时，机器人向后旋转并将使用中的端拾器自行放在支座工位上，然后从支架的另一个方向取端拾器，完成端拾器更换后机器人进入工作原点，准备下一型号的产品生产。

⑵中转台。为实现产品的冲压生产工艺，在不重新开发新模具的情况下，产品在冲压过程中就必须具有自动翻面的功能。在改造的自动冲压线中，产品翻面采用机器人与中转台配合的方式来实现。机器人从压力机中取出产品后，利用机器人本身的第六轴旋转，实现产品翻面。机器人将翻面的产品放置于中转台上，机器人从对应位置退出中转台。中转台采用万向滚珠，实现产品的重力自定位，保证下道机器人的抓取精度，如图10 示。