現(xiàn)狀分析
沖壓工藝是廚電行業(yè)最重要的工藝之一，隨著廚電行業(yè)的飛速發(fā)展，行業(yè)內(nèi)的競爭、人工成本的不斷增加，企業(yè)降本的壓力逐年加劇，帶動了沖壓自動化技術的快速發(fā)展。多數(shù)傳統(tǒng)的人工手動作業(yè)方式，已逐漸更新為自動化的作業(yè)方式。為提升人工沖壓線生產(chǎn)效率、優(yōu)化成本，對人工沖壓線進行自動化升級改造，在對傳統(tǒng)的人工手動沖壓作業(yè)生產(chǎn)線改造時，需本著提升制造技術水平。重點提高沖壓線輸送系統(tǒng)的自動化程度，提高勞動生產(chǎn)率，減少作業(yè)人數(shù)，改善人工勞動強度，保證生產(chǎn)的安全性，降低制造成本。
全面掌握現(xiàn)有生產(chǎn)設備及產(chǎn)品工藝的各種數(shù)據(jù)，諸如生產(chǎn)線基本配置、壓力機對自動化適應程度、壓力機間距情況、物流方式等，是生產(chǎn)線自動化改造工作開始的基礎。另外，還需對在線生產(chǎn)產(chǎn)品做全面剖析，是否適合自動化生產(chǎn)、是否需要對現(xiàn)有加工工藝調(diào)整、是否需要對專用工裝進行調(diào)整改造等。綜合以上設備與產(chǎn)品工藝，制定成本最優(yōu)改造方案。
現(xiàn)有設備分析
以方太電器工廠集煙罩人工沖壓線為例，如圖1所示。根據(jù)現(xiàn)場場地與產(chǎn)品工藝布置生產(chǎn)線。集煙罩產(chǎn)品生產(chǎn)工藝根據(jù)產(chǎn)品型號不同需要10 到11 道沖壓工序。所以，生產(chǎn)線的布置將以最多工序為標準設置設備數(shù)量。11 臺壓機設備由于場地限制無法按照傳統(tǒng)模式一線排開，現(xiàn)場采用分段模式，用過渡的高空輸送線將產(chǎn)品流進行連接，實現(xiàn)連線生產(chǎn)。整線生產(chǎn)配置作業(yè)人員13 名。壓機間產(chǎn)品物流采用滾筒線的形式單個連續(xù)傳輸。現(xiàn)有人工生產(chǎn)模式生產(chǎn)線，是單臺設備形式上的擺放在一起，無法實現(xiàn)整線的自動生產(chǎn)。
產(chǎn)品沖壓工藝分析
根據(jù)產(chǎn)品特點在產(chǎn)品開發(fā)階段確定了產(chǎn)品的沖壓工序，如圖2 所示，一般的集煙罩產(chǎn)品分為10 道工序。結(jié)合上述生產(chǎn)線的排布，M1、M2 工序為前兩臺設備生產(chǎn)，不與后面的生產(chǎn)設備在一條線上。
為進一步說明產(chǎn)品沖壓工藝對自動改造的影響，選取兩種產(chǎn)品進行沖壓工藝分析，如圖3 示。從中可以發(fā)現(xiàn)，在沖壓過程中，有的工位有廢料產(chǎn)生，有的工位間產(chǎn)品傳輸需要有一個翻面的過程。因此在生產(chǎn)線的改造過程中必須考慮，滿足生產(chǎn)工藝的要求。
自動化改造方案設計
總體方案設計
按現(xiàn)在的生產(chǎn)設備布局，產(chǎn)品生產(chǎn)工藝方式以及現(xiàn)有的生產(chǎn)模具，綜合考慮成本、工期等因素，集煙罩生產(chǎn)線確定采用人工與自動化共存的方式實現(xiàn)升級改造，即高空輸送線前M1、M2 工序采用人工方式生產(chǎn)，后面9 臺設備(M3-M10)采用自動化方式生產(chǎn)。目前沖壓行業(yè)內(nèi)，沖壓線自動化生產(chǎn)方式的主體結(jié)構(gòu)，主要有機械手+穿梭機、機器人、高速橫桿等。結(jié)合現(xiàn)實情況在不改變現(xiàn)有設備布局，不更換生產(chǎn)模具的情況下，選用機器人來實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，在經(jīng)濟性、適用性、技術成熟度等方面都比較合適，如圖4 所示。
采用六軸機器人完成壓機與壓機之間的物料搬運，設置總控系統(tǒng)來控制機器人與壓機設計的動作控制，直接用機器人代替人工生產(chǎn)，實現(xiàn)生產(chǎn)線的自動化生產(chǎn)。
自動換模
現(xiàn)在沖壓生產(chǎn)線生產(chǎn)產(chǎn)品型號，產(chǎn)品切換頻率高，具備高效的換模作業(yè)能力已成為自動化生產(chǎn)過程的重要條件。其中，自動換模系統(tǒng)在整個自動化生產(chǎn)線中扮演著極其重要的角色。在自動化沖壓線的改造過程中，首要任務就是實現(xiàn)沖床的自動換模功能。沖床自動換模系統(tǒng)由沖床、模具夾緊器、舉模器、配套換模臺車等組成。通過自動化設備的搭配，將模具換模時間、生產(chǎn)啟動時間或調(diào)整時間等盡可能減少，使用者能夠快速更換、夾緊模具，減少換模時間，對多品種少批量生產(chǎn)、減少存貨、降低勞力成本具有重要意義。配置整線換模臺車，如圖5 所示。
機器人選擇
沖壓搬運機器人目前根據(jù)在過程中搬運形式上的不同，考慮到是老線改造，加之壓力機間距和工裝主體結(jié)構(gòu)已成定局，故選擇性價比高的六軸機器人。在六軸機器人系列里ABB 的IRB 6700 型和安川的MS165 型都是適合沖壓領域的高性能機器人，可以為最大限度提高生產(chǎn)節(jié)拍打下基礎。按現(xiàn)場設備布局間距尺寸，臂展須大于2.7 米，如圖6 示。
圖7 分別現(xiàn)示了ABB 與安川兩款機器人參數(shù)。通過比對，在端部負載、工作半徑、安裝要求、重復精度等方面。此兩款機器人技術參數(shù)均可滿足工藝需要，故兩款機器人均可作為備選機型。
線首單元設計
由于此線改造為分段改造方式，整線前兩臺設備采用人工作業(yè)方式，所以自動化生產(chǎn)線部分的來料為人工成形后的產(chǎn)品。成形后的產(chǎn)品體積大，形狀不規(guī)則，如果采用自動化的上料方式，風險較大，投入較高，自動線首采用人工上料方式有利規(guī)避風險，減少投入。
如圖8 所示，采用萬向滾珠的滑道做支撐面，整個滑道安裝成一定角度，人工將半成品置于滑道上，由于滑道成一定角度，產(chǎn)品將在重力的作用下自動下滑到最低點，最低兩個定位傳感器感應到產(chǎn)品之后，定位傳感器傳輸信號給機器人，機器人將產(chǎn)品取走，實現(xiàn)自動上料功能。
線間單元設計
集煙罩自動沖壓線，除了按壓機間布置機器人實現(xiàn)產(chǎn)品搬運外，還必須實現(xiàn)機器人端拾器的自動更換和產(chǎn)品的翻面。
⑴端拾器自動更換。設計的端拾器支架安裝在機器人右后側(cè)如圖9 所示。與機器人之間用圍欄隔開，圍欄高度約1.4m。當需要更換端拾器時，機器人向后旋轉(zhuǎn)并將使用中的端拾器自行放在支座工位上，然后從支架的另一個方向取端拾器，完成端拾器更換后機器人進入工作原點，準備下一型號的產(chǎn)品生產(chǎn)。
⑵中轉(zhuǎn)臺。為實現(xiàn)產(chǎn)品的沖壓生產(chǎn)工藝，在不重新開發(fā)新模具的情況下，產(chǎn)品在沖壓過程中就必須具有自動翻面的功能。在改造的自動沖壓線中，產(chǎn)品翻面采用機器人與中轉(zhuǎn)臺配合的方式來實現(xiàn)。機器人從壓力機中取出產(chǎn)品后，利用機器人本身的第六軸旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)產(chǎn)品翻面。機器人將翻面的產(chǎn)品放置于中轉(zhuǎn)臺上，機器人從對應位置退出中轉(zhuǎn)臺。中轉(zhuǎn)臺采用萬向滾珠，實現(xiàn)產(chǎn)品的重力自定位，保證下道機器人的抓取精度，如圖10 示。
線尾單元設計
當下料機器人將工件從最后一臺壓機中拾取到線尾滾筒輸送機上時，完成了整個零件的沖壓過程。線尾出件系統(tǒng)由出料輸送滾筒、照明、工件檢驗臺、產(chǎn)品臺車等構(gòu)成，其主要任務是沖壓線成品人工檢查、裝箱方便進入下一道工序。
考慮到線尾裝箱是人工作業(yè)，設計時考慮下料滾筒線的長度，以保證一定的產(chǎn)品緩存，便于人工的檢驗工作，如圖11 所示。
結(jié)束語
經(jīng)過上述方案改造，可以實現(xiàn)機器人上下料，整線單班節(jié)省人員7 名，大大降低了生產(chǎn)成本。為實現(xiàn)整線自動化生產(chǎn)奠定了基礎，也為后期集煙罩的自動化生產(chǎn)線的建設，積累了技術基礎。
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