一汽解放青島汽車有限公司 陳軍緒 祝成林 趙赦

自動化沖壓生產(chǎn)線壓機(jī)、模具及自動化設(shè)備之間關(guān)系研究

一汽解放青島汽車有限公司 陳軍緒 祝成林 趙赦

未來沖壓車間的生產(chǎn)，自動化沖壓生產(chǎn)線會越來越普遍，研究自動化沖壓線壓機(jī)、模具及自動化設(shè)備之間的關(guān)系使我們更清晰地了解沖壓自動化生產(chǎn)所需要的核心條件以及困難所在，有助于我們提升沖壓自動化水平。

隨著汽車行業(yè)產(chǎn)銷量的不斷擴(kuò)大，各大汽車生產(chǎn)商在生產(chǎn)線上也不斷要求提高生產(chǎn)效率。自動化生產(chǎn)作為提高生產(chǎn)效率最為有效的手段已經(jīng)大規(guī)模的發(fā)展起來。沖壓是汽車生產(chǎn)的第一工序，沖壓自動化的發(fā)展速度也十分迅猛。近幾年來自動化沖壓生產(chǎn)線在國內(nèi)主流汽車廠的普及程度已經(jīng)很高，而且節(jié)拍也是越來越快。本文就針對沖壓自動化生產(chǎn)線進(jìn)行剖析，將最為核心的壓機(jī)、模具及自動化設(shè)備這三大部分彼此之間的相互要求關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)研究。

一、典型的沖壓自動化形式

目前典型的沖壓自動化形式主要分為機(jī)器人形式和機(jī)械手形式兩種。其原理都是一致的，即通過機(jī)器人或者機(jī)械手代替人工搬運沖壓板料。本文以機(jī)械手形式為例（機(jī)器人的形式與此基本一致），整條沖壓自動線主要自動化設(shè)備分為：上料小車、拆垛機(jī)械手、皮帶機(jī)、清洗機(jī)、涂油機(jī)、對中系統(tǒng)、上料機(jī)械手、輸送機(jī)械手（若干）、下料機(jī)械手、下料皮帶機(jī)等。

圖 1

二、壓機(jī)、模具及自動化設(shè)備之間的關(guān)系

自動化沖壓生產(chǎn)線的主要工作流程為：車間工人將坯料用行車或叉車放置到上料小車上、將模具用行車放置到壓機(jī)移動工作臺上。上料小車進(jìn)入生產(chǎn)線，帶有模具的移動工作臺進(jìn)入壓機(jī)內(nèi)部，生產(chǎn)線啟動。每臺壓機(jī)邊廢料斗打開，廢料線自動運行（沖壓生產(chǎn)時產(chǎn)生的廢料自動滑落至地坑內(nèi)的廢料輸送線輸送至廢料收集間內(nèi)），拆垛機(jī)械手將一個料片從上料小車上抓取送至皮帶機(jī)，之后料片進(jìn)入清洗機(jī)、涂油機(jī)進(jìn)行清洗、涂油，隨后進(jìn)入對中裝置中對中，再由上料機(jī)械手抓取送入首臺壓機(jī)內(nèi)進(jìn)行沖壓成型，之后通過輸送機(jī)械手將料片送至每一工序的壓機(jī)內(nèi)完成指定的沖壓工作，最后由下料機(jī)械手將成品沖壓零件放置到下料皮帶機(jī)上，人工檢驗，最后下線裝筐。當(dāng)然也有更先進(jìn)的生產(chǎn)線下料時自動檢驗、機(jī)器人裝筐。

從沖壓線自動化生產(chǎn)的工作流程可以看出：從坯料上料到成品沖壓零件下線整個過程十分復(fù)雜，涉及多個設(shè)備之間的相互關(guān)聯(lián)，而整個沖壓自動線內(nèi)需要廢料線、壓機(jī)、模具、自動化設(shè)備之間相互配合、傳輸過程。若要使整個沖壓生產(chǎn)順利進(jìn)行，這些內(nèi)容之間需要怎樣的配合關(guān)系或者特殊的設(shè)置才能滿足生產(chǎn)需求呢？下面我們就這針對這個問題進(jìn)行分析。

1．通過空間

在沖壓生產(chǎn)過程中，壓力機(jī)是負(fù)責(zé)零件的沖壓生產(chǎn)，自動化設(shè)備是負(fù)責(zé)從壓機(jī)間將零件輸送的，模具則是負(fù)責(zé)將板料生產(chǎn)成所需要形狀的工裝期間，安裝在壓機(jī)的工作臺與滑塊中間，要使沖壓件順利的一臺壓機(jī)輸送到下一臺壓機(jī)，則必須充分考慮其通過性，與通過性有關(guān)的內(nèi)容涉及到壓機(jī)滑塊的行程、模具的基準(zhǔn)面高度以及自動化設(shè)備的運行空間。

壓機(jī)滑塊行程是指壓力機(jī)在沖壓生產(chǎn)過程中滑塊從下死點移動到上死點這段距離。由于自動化形式的不同，自動化設(shè)備通過壓機(jī)內(nèi)所需要的空間也有所不同，因此在定義滑塊行程時除考慮生產(chǎn)需求外，還需要結(jié)合自動化進(jìn)入壓機(jī)內(nèi)的設(shè)備所需要的空間定義滑塊行程。在滿足使用條件的情況下滑塊行程越低越好。

在沖壓自動化生產(chǎn)時，機(jī)械手要順利將沖壓零件從一臺壓機(jī)上運送到下一臺壓機(jī)過程中，機(jī)械手所需要占用到壓機(jī)內(nèi)的空間。通常對于不同的沖壓零件，由于其外形的不同，其所暫用的空間也不一樣，我們所指的空間是指機(jī)械手可以應(yīng)對各個零件時，其運動曲線所需要的最上限與最下限之間的空間。

圖2 兩個工序之間帶模具帶運動曲線

2．信息交換

（1）生產(chǎn)信息交換

在自動化沖壓生產(chǎn)中，信息數(shù)據(jù)交換就顯得尤為重要。在自動生產(chǎn)中，整個沖壓生產(chǎn)線的主導(dǎo)控制設(shè)置在自動化設(shè)備的總控臺上，當(dāng)生產(chǎn)一個零件時，操作人員只需在總控臺上將此零件調(diào)出，并設(shè)定需要的生產(chǎn)節(jié)拍，其他相關(guān)的一切生產(chǎn)信息則會由系統(tǒng)自動從事先設(shè)定好的程序中調(diào)用即可，如皮帶機(jī)的輸送速度、清洗機(jī)、涂油機(jī)棍子轉(zhuǎn)速、自動化機(jī)械手的輸送軌跡、壓機(jī)的成型力、模具夾緊器組合方式、模具調(diào)整位置等。

模具與壓機(jī)之間的信息交換。雖然生產(chǎn)時總控臺會調(diào)出所要生產(chǎn)的零件的相關(guān)參數(shù)，包含模具的信息，但是模具畢竟是人在生產(chǎn)線外更換的，不排除有放錯的可能，因此模具與壓機(jī)之間會有一個數(shù)據(jù)識別線，可以叫壓機(jī)識別所生產(chǎn)的模具，當(dāng)生產(chǎn)時若模具給壓機(jī)模具識別信號與自動化總控臺傳遞過來的零件信息不一致時，則無法生產(chǎn)，若傳遞的信息一致，說明是同一零件，人工換模正確，可以繼續(xù)生產(chǎn)。

自動化生產(chǎn)中模具與自動化之間的信息交換也必須有，當(dāng)一塊板料放置到模具上時，機(jī)器是無法識別其位置是否是合適的，因此在模具設(shè)計時，在適當(dāng)?shù)奈恢梦覀儠黾恿慵轿桓兄盘?，?dāng)自動化接收到到位感知信號時，說明板料已經(jīng)到位，壓機(jī)可以沖壓生產(chǎn)，反之，說明板料位置存在問題，整線停產(chǎn)。

圖 3

（2）安全信息交換

壓力機(jī)、自動化設(shè)備都帶有必備的安全保障裝置，但是對于整個沖壓自動化生產(chǎn)線需要有統(tǒng)一的安全保障措施，因此在自動生產(chǎn)時，壓機(jī)需將自身的安全信息交給自動化總控臺，由自動化統(tǒng)一控制。當(dāng)任何安全措施發(fā)生問題，無論是自動化設(shè)備帶有的安全實施，還是壓機(jī)帶有的安全實施被觸發(fā)時，都會引起整線的安全程序啟動。如生產(chǎn)時，安全門不小心被人為打開，為確保安全，整線需要停線。當(dāng)生產(chǎn)結(jié)束，換模過程中，移動工作臺外出時，人員違規(guī)操作進(jìn)入沖壓線內(nèi)，觸發(fā)安全光柵，整線也會停線。

3. 設(shè)備的特殊要求

（1）自動模具夾緊器

自動化沖壓生產(chǎn)與手動生產(chǎn)除了生產(chǎn)時無需人員勞作外，換模過程也是可以自動化完成的。這就需要壓機(jī)的滑塊上安裝自動模具夾緊器，換模時，移動工作臺至壓機(jī)內(nèi)部，滑塊按該套零件設(shè)定好的參數(shù)下降至所需的高度，自動模具夾緊器打開，通過U型槽深入至模具內(nèi)并夾緊，即完成了模具的安裝。由于自動模具夾緊器的價格也較為昂貴，因此其數(shù)量、位置、夾緊力都是需要和模具、壓機(jī)滑塊共同協(xié)調(diào)、仔細(xì)計算完成。要保證不同大小模具全部可以夾緊到位，需在滑塊兩側(cè)預(yù)先設(shè)定相當(dāng)?shù)臄?shù)量夾模器，分成各種組對，每種組隊與相應(yīng)的模具配對完成模具安裝。

（2）型面高度

自動化生產(chǎn)若要高節(jié)拍進(jìn)行，模具型面高度也是有要求的。要求所有的模具型面的高度要盡可能保持一致。當(dāng)然同一零件拉延工序與后續(xù)的沖孔整型等對模具的成型力要求不一樣，因此模具的型面不可能完全一致，同時不同零件形狀不同，也不可能做到完全一致，因此在模具設(shè)計時則會定義一個基準(zhǔn)面，所有在此生產(chǎn)線生產(chǎn)的模具其型面的高度在此基準(zhǔn)面上下浮動。這樣設(shè)計的原因是使機(jī)械手的運動曲線較為平緩，保證了高速的生產(chǎn)節(jié)拍，減少自動化設(shè)備的故障。

（3）下模模腔

自動生產(chǎn)所用的模具較手動線生產(chǎn)所用模具要有很大的不同，其主要的要求基本都在下模上得以實現(xiàn)。首先，模面上要留有板料到位檢測開關(guān)，除在模具上預(yù)留出其檢測開關(guān)的位置（根據(jù)零件不同位置不同，數(shù)量也不同），在下模的型腔內(nèi)同樣要考慮開關(guān)的走線，因此模腔內(nèi)要事先開出走線口。在下模腔的邊側(cè)還需要留出安裝接線盒的位置，主要為安裝模具識別插座、板料到位檢測插座用。對于一些節(jié)拍很高的高速沖壓生產(chǎn)線，其廢料的輸送要求也很嚴(yán)格，除每臺壓機(jī)前后帶后廢料出口外，壓機(jī)中間也帶有廢料出口，這樣設(shè)計可以將廢料沖切的更加小巧，使得廢料更有利于滑落輸送，與此同時除模具下腔考慮廢料排口外，相應(yīng)的移動工作臺也要考慮廢料排口。

（4）空工位

一條沖壓自動化線通常由多臺壓力機(jī)組成，以一條線5臺壓力機(jī)為例，并非每個沖壓零件生產(chǎn)時所需的工序都是5序，有的甚至才3序而已。若是人工生產(chǎn)這種情況很容易解決，直接在零件最后一序生產(chǎn)的壓機(jī)后進(jìn)行收料裝筐，但是自動線不一樣，由于安全緣故操作人員在生產(chǎn)過程中是無法進(jìn)入生產(chǎn)線內(nèi)部的，因此零件的工序少于壓機(jī)臺數(shù)的時候，零件同樣需要輸送到?jīng)_壓線線尾皮帶機(jī)。由于沒有沖壓任務(wù)的后工序的壓機(jī)上沒有模具，因此在其工作臺上可以設(shè)置一個零件支架，支架上可以放置零件支撐器具，滿足不同零件的空工位過渡。

圖 4

三、結(jié)束語

隨著生產(chǎn)節(jié)拍提升的要求以及人工成本的提升，在未來的汽車制造行業(yè)里，沖壓自動化生產(chǎn)會越來越普及。本文通過對當(dāng)下典型的沖壓自動化生產(chǎn)線壓機(jī)、模具以及自動化設(shè)備之間關(guān)系的研究，分析出了自動化沖壓生產(chǎn)線各個系統(tǒng)之間所必須的條件，為新接觸沖壓自動化項目或者進(jìn)行人工線升級改造自動線的項目同行提供一點技術(shù)分享。當(dāng)然沖壓自動化所涉及到的內(nèi)容及條件比本文所討論的內(nèi)容復(fù)雜得多，本文僅對最基本最核心的內(nèi)容進(jìn)行了分析?！?/p>