淺析集煙罩人工沖壓生產線自動化改造

文/陳海濱，羅克清·寧波方太廚具有限公司

現狀分析

沖壓工藝是廚電行業最重要的工藝之一，隨著廚電行業的飛速發展，行業內的競爭、人工成本的不斷增加，企業降本的壓力逐年加劇，帶動了沖壓自動化技術的快速發展。多數傳統的人工手動作業方式，已逐漸更新為自動化的作業方式。為提升人工沖壓線生產效率、優化成本，對人工沖壓線進行自動化升級改造，在對傳統的人工手動沖壓作業生產線改造時，需本著提升制造技術水平。重點提高沖壓線輸送系統的自動化程度，提高勞動生產率，減少作業人數，改善人工勞動強度，保證生產的安全性，降低制造成本。

全面掌握現有生產設備及產品工藝的各種數據，諸如生產線基本配置、壓力機對自動化適應程度、壓力機間距情況、物流方式等，是生產線自動化改造工作開始的基礎。另外，還需對在線生產產品做全面剖析，是否適合自動化生產、是否需要對現有加工工藝調整、是否需要對專用工裝進行調整改造等。綜合以上設備與產品工藝，制定成本最優改造方案。

現有設備分析

圖1 集煙罩人工沖壓線

圖2 產品的沖壓工序

以方太電器工廠集煙罩人工沖壓線為例，如圖1所示。根據現場場地與產品工藝布置生產線。集煙罩產品生產工藝根據產品型號不同需要10 到11 道沖壓工序。所以，生產線的布置將以最多工序為標準設置設備數量。11 臺壓機設備由于場地限制無法按照傳統模式一線排開，現場采用分段模式，用過渡的高空輸送線將產品流進行連接，實現連線生產。整線生產配置作業人員13 名。壓機間產品物流采用滾筒線的形式單個連續傳輸?，F有人工生產模式生產線，是單臺設備形式上的擺放在一起，無法實現整線的自動生產。

產品沖壓工藝分析

根據產品特點在產品開發階段確定了產品的沖壓工序，如圖2 所示，一般的集煙罩產品分為10 道工序。結合上述生產線的排布，M1、M2 工序為前兩臺設備生產，不與后面的生產設備在一條線上。

為進一步說明產品沖壓工藝對自動改造的影響，選取兩種產品進行沖壓工藝分析，如圖3 示。從中可以發現，在沖壓過程中，有的工位有廢料產生，有的工位間產品傳輸需要有一個翻面的過程。因此在生產線的改造過程中必須考慮，滿足生產工藝的要求。

自動化改造方案設計

總體方案設計

按現在的生產設備布局，產品生產工藝方式以及現有的生產模具，綜合考慮成本、工期等因素，集煙罩生產線確定采用人工與自動化共存的方式實現升級改造，即高空輸送線前M1、M2 工序采用人工方式生產，后面9 臺設備(M3-M10)采用自動化方式生產。目前沖壓行業內，沖壓線自動化生產方式的主體結構，主要有機械手+穿梭機、機器人、高速橫桿等。結合現實情況在不改變現有設備布局，不更換生產模具的情況下，選用機器人來實現自動化生產，在經濟性、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，實現生產線的自動化生產。

自動換模

現在沖壓生產線生產產品型號，產品切換頻率高，具備高效的換模作業能力已成為自動化生產過程的重要條件。其中，自動換模系統在整個自動化生產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，首要任務就是實現沖床的自動換模功能。沖床自動換模系統由沖床、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、生產啟動時間或調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、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。

圖3 兩種產品進行沖壓工藝分析

圖4 沖壓線自動化生產方式的主體結構

機器人選擇

沖壓搬運機器人目前根據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構已成定局，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節拍打下基礎。按現場設備布局間距尺寸，臂展須大于2.7 米，如圖6 示。

圖5 配置整線換模臺車

圖6 現場設備布局間距

圖 7 ABB 與安川兩款機器人參數

圖7 分別現示了ABB 與安川兩款機器人參數。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方式，所以自動化生產線部分的來料為人工成形后的產品。成形后的產品體積大，形狀不規則，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品之后，定位傳感器傳輸信號給機器人，機器人將產品取走，實現自動上料功能。

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產品搬運外，還必須實現機器人端拾器的自動更換和產品的翻面。

圖8 線首單元設計

圖9 端拾器支架安裝在機器人右后側

重陽節，為每年的農歷九月初九日，是中國傳統節日?！爸仃枴币步小爸鼐拧?，因為《易經》中把“九”定為陽數，九月九日，兩九相重，故曰“重陽”，古人認為重陽是一個值得慶賀的吉利日子。慶祝重陽節一般包括出游賞秋、登高遠眺、觀賞菊花、遍插茱萸、吃重陽糕、飲菊花酒等活動。

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，準備下一型號的產品生產。

⑵中轉臺。為實現產品的沖壓生產工藝，在不重新開發新模具的情況下，產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，產品翻面采用機器人與中轉臺配合的方式來實現。機器人從壓力機中取出產品后，利用機器人本身的第六軸旋轉，實現產品翻面。機器人將翻面的產品放置于中轉臺上，機器人從對應位置退出中轉臺。中轉臺采用萬向滾珠，實現產品的重力自定位，保證下道機器人的抓取精度，如圖10 示。

線尾單元設計

圖10 設計的中轉臺

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。線尾出件系統由出料輸送滾筒、照明、工件檢驗臺、產品臺車等構成，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，設計時考慮下料滾筒線的長度，以保證一定的產品緩存，便于人工的檢驗工作，如圖11 所示。

圖11 線尾單元設計

結束語

經過上述方案改造，可以實現機器人上下料，整線單班節省人員7 名，大大降低了生產成本。為實現整線自動化生產奠定了基礎，也為后期集煙罩的自動化生產線的建設，積累了技術基礎。