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更高的質(zhì)量、更大的產(chǎn)能以及更低的成本需求讓汽車生產(chǎn)商感受到前所未有的壓力，傳統(tǒng)的純手工生產(chǎn)方式正逐漸引退，自動化生產(chǎn)有了充分的施展空間。 沖壓作為整車生產(chǎn)龍頭工藝，實現(xiàn)自動化已經(jīng)為各主機(jī)廠廣泛接受。沖壓自動化如何實現(xiàn)，需要在生產(chǎn)線規(guī)劃初期就作出縝密考慮。 一、實現(xiàn)沖壓自動化的意義 傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)線，雖然在建設(shè)初期投入相對較小，但隨著市場需求的擴(kuò)大，其固有的效率低下、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性較差等缺點越來越影響企業(yè)的發(fā)展。自動化生產(chǎn)線恰好可以讓這些問題得到解決。較高的生產(chǎn)效率、穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量以及規(guī)模生產(chǎn)條件下更低的單件生產(chǎn)成本，正是自動化沖壓生產(chǎn)線的優(yōu)點，尤其對大型車身覆蓋件生產(chǎn)而言，這些優(yōu)點更為突出。因而，現(xiàn)今主機(jī)廠一般在大型沖壓生產(chǎn)線規(guī)劃初期，就會直接考慮采用自動化。 二、沖壓自動線的組成 就設(shè)備組成而言，沖壓自動線一般包括壓力機(jī)和自動化系統(tǒng)，這里主要談?wù)勛詣踊糠帧_壓自動化系統(tǒng)（見圖1）通常包含拆垛系統(tǒng)、自動傳輸系統(tǒng)和線尾出料系統(tǒng)。 1.拆垛系統(tǒng) 一套完整的沖壓自動化拆垛系統(tǒng)主要包括2臺軌道移動式上料小車（每個上料小車上配備4～8個活動可調(diào)磁力分張器通常為永磁鐵，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)（選項）、板料涂油機(jī)（選項）、板料對中臺及控制系統(tǒng)等組成，具體如圖2所示。 當(dāng)上料小車裝載料垛（可包括托盤）由換垛位置回到拆垛位置后，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)送到達(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)。 2.自動傳輸系統(tǒng) 自動傳輸系統(tǒng)用于各工序間毛坯或工件搬運傳輸。傳輸機(jī)構(gòu)主要有機(jī)械手和機(jī)器人兩種。 隨著沖壓自動化技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)械手自動傳輸機(jī)構(gòu)的形式也日新月異。自動傳輸機(jī)構(gòu)的形式差異，也是目前沖壓自動線不同形式的主要區(qū)別所在。上世紀(jì)末廣泛應(yīng)用的平行四邊型機(jī)械手結(jié)構(gòu)目前已經(jīng)逐步淘汰，取而代之的是高速、穩(wěn)定的單臂或雙臂橫桿式傳送機(jī)構(gòu)。瑞士Gudel的Robobeam、德國前MW的Speedbar以及日本Komatsu的H*TL系統(tǒng)中的傳輸機(jī)構(gòu)均是現(xiàn)今高速沖壓自動線傳輸機(jī)構(gòu)的典型代表，如圖3所示。 另外機(jī)器人傳輸方式由于自身特點獨樹一幟，在老線改造及速度較低、投入較少的生產(chǎn)線中仍有一定的應(yīng)用空間。 3.線尾出料系統(tǒng) 線尾出料系統(tǒng)由出料輸送帶、照明、工件檢驗臺、人工或自動裝箱機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)等構(gòu)成。主要任務(wù)是將成品沖壓件輸送至合適的位置便于裝箱（或自動裝箱），并為沖壓件檢測提供條件。 三、沖壓自動線的主要形式 目前沖壓自動線的形式主要有以下幾種： 1.“普通壓力機(jī)+機(jī)器人傳輸”形式 機(jī)器人傳輸形式柔性高，使用方便且成本較低，但穩(wěn)定性較差，速度相對較慢，不適合大批量高速生產(chǎn)。 2.“普通壓力機(jī)+單臂機(jī)械手”傳輸形式 單臂機(jī)械手傳輸形式由于成本相對較低、具有一定的靈活性，目前仍有一定的發(fā)展空間。 3.“高速壓力機(jī)+橫桿式”傳輸形式（高速線） 橫桿式傳輸形式具有高速、高穩(wěn)定性等特點，已經(jīng)在大型覆蓋件生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。 4.“多工位壓力機(jī)+步進(jìn)式”傳輸形式 多工位生產(chǎn)線已經(jīng)有多年的歷史，傳輸方式已經(jīng)由原來的機(jī)械式傳輸演變?yōu)榻裉斓碾娮涌刂剖絺鬏?，整體結(jié)構(gòu)也由單一的單滑塊發(fā)展為單滑塊、多滑塊并存。由于速度快、穩(wěn)定性高，一直以來為各主機(jī)廠廣泛使用。尤其多滑塊多工位，其特性基本與高速線接近。 各種沖壓自動線特性比較如表1所示。 四、沖壓生產(chǎn)線規(guī)劃選型原則 選擇什么樣規(guī)模的生產(chǎn)線，取決于需要生產(chǎn)什么樣的沖壓件。對于占汽車車身10%的超大型沖壓件，一般采用總噸位6000t以上的沖壓線；25%左右的大中型沖壓件，采用4000t左右沖壓線；25%左右的中型沖壓件，采用2500t左右沖壓線；其余40%左右中小件，基本采用1000t以下生產(chǎn)線。 至于沖壓線采用什么形式，則取決于需要生產(chǎn)的沖壓件的種類及產(chǎn)量。少品種小批量，通常采用普通人工線，而多品種大批量，則適合采用高速沖壓自動線。圖4所示為沖壓線選型參考原則。 五、沖壓自動線產(chǎn)能核算 產(chǎn)能核算是沖壓自動線規(guī)劃最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，產(chǎn)能核算結(jié)果直接決定生產(chǎn)線的投入數(shù)量，也就直接影響投資。 根據(jù)生產(chǎn)線選型結(jié)果，結(jié)合生產(chǎn)組織水平，參考前期及同行經(jīng)驗，可以獲得生產(chǎn)線的常用生產(chǎn)節(jié)拍（spm）、綜合故障率（由設(shè)備工裝故障及生產(chǎn)組織等問題造成的停線時間比例）和單次換模時間。另外，根據(jù)工廠生產(chǎn)管理實際情況，可以知道標(biāo)準(zhǔn)批量（每批次生產(chǎn)件數(shù)）、每日工作時間、日用餐停線時間和年工作天數(shù)。假定這些已知參數(shù)和我們需要核算的其他數(shù)值分別用字母表示如表2。 根據(jù)以上，不難得出方程： h = （e-f）×j/d 解方程可以得出 h = (e-f)×60×(1-b)×a/[c×a×(1-b)+d] 這樣，我們可以陸續(xù)得出需要知道的其他數(shù)值（如表2所示）。 只要知道年產(chǎn)能，結(jié)合規(guī)劃給定的生產(chǎn)綱領(lǐng)和沖壓件種類，便能很容易計算出需求的生產(chǎn)線數(shù)量。 六、沖壓自動線規(guī)劃需考慮的主要因素 沖壓自動線規(guī)劃是個比較復(fù)雜的過程，除了上面提到的產(chǎn)能核算，還有很多因素需要考慮。 1.是否采用同步技術(shù) 同步技術(shù)在沖壓自動化領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)得到廣泛的認(rèn)可，它對提升生產(chǎn)節(jié)拍有著重要的意義。 傳統(tǒng)的沖壓自動化生產(chǎn)過程中，壓機(jī)始終采用“單次”運行模式，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)域后開始啟動，而壓機(jī)滑塊又需等下料手完全退出壓機(jī)工作區(qū)域后再開始下行，每個循環(huán)周期較長，從而直接影響整線生產(chǎn)節(jié)拍。 同步技術(shù)是指生產(chǎn)過程中，壓機(jī)采用“連續(xù)”運行模式，通過精確的計算，讓上下料手和壓機(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，在保證整個過程不出現(xiàn)干涉的情況下完成取送件動作。同時為了保證下料手在完成取件后有足夠的時間將工件送入下道工序，相鄰兩臺壓機(jī)滑塊運動過程中始終保持合理的相位差，從而讓上下料手可以工作的周期相對加長。 尤其對于大批量大型覆蓋件沖壓生產(chǎn)而言，高速沖壓自動線加同步技術(shù)比包括單滑塊多工位在內(nèi)的其他方式有更為明顯的優(yōu)勢。圖5、圖6所示為同步技術(shù)的相關(guān)運動。
2.壓機(jī)重點參數(shù)—滑塊行程 生產(chǎn)線規(guī)劃時，要考慮的壓機(jī)參數(shù)很多，其中滑塊行程直接影響自動化實現(xiàn)的可行性及難易程度，在規(guī)劃時需重點關(guān)注。 滑塊行程的選擇，與需要生產(chǎn)的沖壓件的拉延深度、端拾器的高度等直接有關(guān)。規(guī)劃時所確定的滑塊行程，必須保證上下料手抓取工件水平運動過程中端拾器與上模最低點及下模最高點保持足夠的安全空間（見圖7）。 根據(jù)圖7，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，必須保證h≥a+b+c+d1min+d2min。 前期規(guī)劃時，可以認(rèn)為H = h+a（認(rèn)為模具工作型面深度與沖壓件拉延深度一致）。 根據(jù)行業(yè)經(jīng)驗，b通常取50mm，d1、d2最小一般為30～50mm，c根據(jù)端拾器的結(jié)構(gòu)形式有一定區(qū)別。 如果生產(chǎn)的沖壓件最大拉延深度為200mm，c為150mm，d1、d2均取50mm，則最小滑塊行程應(yīng)該為Hmin = h+a = 2a+b+c+d1+d2= 700（mm）。 如果模具結(jié)構(gòu)中有比較復(fù)雜的斜楔機(jī)構(gòu)，則滑塊行程應(yīng)根據(jù)實際情況加大。如果采用同步技術(shù)，則滑塊行程需進(jìn)一步加大。以上述數(shù)據(jù)為例，采用同步技術(shù)時，滑塊行程通常保證在900～1000mm，當(dāng)滑塊上行至可實現(xiàn)自動化理論最小行程Hmin即700mm時，下料手便可進(jìn)入壓機(jī)工作區(qū)域取件。 由于大型覆蓋件的拉延深度大多超過200mm，所以，大型高速沖壓自動線的壓機(jī)滑塊行程一般在1000mm以上。 3.模具及端拾器的結(jié)構(gòu)形狀 為了獲得理更為想的干涉曲線，除了滑塊行程、速度-加速度曲線等壓機(jī)固有參數(shù)或固有特性需要重點考慮外，模具及端拾器的結(jié)構(gòu)形狀，也應(yīng)納入考慮范疇。合理的模具及端拾器結(jié)構(gòu)，能夠有效彌補(bǔ)自動化方面存在的不足，從而提高沖壓自動化生產(chǎn)的可行性。 此外，模具設(shè)計時還應(yīng)考慮以下內(nèi)容：同一生產(chǎn)線模具閉合高度相差不宜過大（最好一致）；下模盡可能裝有制件到位傳感器；模具安裝槽的位置盡量統(tǒng)一（可以減少自動夾緊器的數(shù)量，降低成本）；廢料能夠順利排出工作臺外（部分排料困難位置加沖頂裝置）；成型類模具配備制件頂松裝置（如彈頂銷或頂出氣缸）和避免出現(xiàn)較大的斜楔機(jī)構(gòu)，盡量多采用旋轉(zhuǎn)斜楔。 4.對鋼板料垛的要求 與手動線相比，自動化沖壓生產(chǎn)，對鋼板毛坯料垛的規(guī)整程度有更為嚴(yán)格的要求。如果料垛不夠整齊，會造成磁力分張效果差（易產(chǎn)生雙料現(xiàn)象），拆垛手抓取板料位置不夠準(zhǔn)確等問題。因此，自動線投入之前，為保證生產(chǎn)效率達(dá)到目標(biāo)值，必須明確對鋼板料垛的要求。 5.對沖壓件工藝排布的要求 （1）同一件模具的送料中心與生產(chǎn)線中心對應(yīng)關(guān)系盡量一致； （2）盡量減少制件傳輸過程中的旋轉(zhuǎn)，尤其高速沖壓線及多工位，應(yīng)避免制件繞Z軸旋轉(zhuǎn)； （3）同一件生產(chǎn)過程中送料面高度盡可能一致（能夠有效較少節(jié)拍損失）。 6.對生產(chǎn)管理的要求 （1）及時做好模具線下保養(yǎng)，減少在線維護(hù)時間； （2）相鄰生產(chǎn)批次的模具閉合高度相差不大（可以減少裝模高度調(diào)整時間）； （3）毛坯及模具在生產(chǎn)批次切換前準(zhǔn)備就緒； （4）成品件及時轉(zhuǎn)移； （5）保持良好的環(huán)境清潔度； （6）設(shè)備操作和維護(hù)保養(yǎng)的規(guī)范化。 結(jié)語 沖壓自動線形式多樣而復(fù)雜，每個子系統(tǒng)又可細(xì)分為很多不同的類型。本文主要從規(guī)劃的角度，重點說明沖壓自動線產(chǎn)能核算、需考慮的因素等，對自動線及其各子系統(tǒng)的具體分類只作簡單介紹，不作詳細(xì)闡述。市場需求的不斷發(fā)展，必然導(dǎo)致沖壓自動線的技術(shù)含量不斷提升，沖壓自動線規(guī)劃需要考慮的因素也會不斷變化。
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