壳体冲压线自动化改造方案

一：拟改造冲压线概要
1：生产零件
该冲压线生产壳体（上、下）零件。坯料约为300mm X 300mm X 0.8mm的冷拉板。


零件完成后外廓尺寸约为200mm X 130mm X 100mm，零件上有多处凸起、沉台和孔，零件的加工需多序完成。另外上下壳体零件仅有细微差距、外形上大体一致、在产品装夹和物流转运方面按相同方式考虑。壳体零件大致如右图所示。

2：设备配置及工艺路线
现状生产线共配置7台压机，对应完成如下工艺内容：
工序设备工序内容备注
OP10    63T油压机一次拉延上下料2人
OP20    45T油压机二次拉延带整形上下料2人
OP30    63T冲床切边上下料1人
OP40    40T冲床冲孔上下料1人
OP50    63T冲床压痕上下料1人
OP60    35T冲床冲孔上下料1人
OP70    63T冲床整形上下料1人
油压机的一次拉延动作需用时7秒（其中加工时间5秒、上下料各1秒），是整过生产线耗时多的工序；冲床部分每分钟可完成40次冲压，即可认为动作节拍为1.5秒。
3：生产方式及效率
生产线目前为纯手工的生产方式。包括物料转运在内共配置10名操作员工（这是满额状态、实际组织生产时可采用工序间调剂等方式、实际在线操作人员要少于这个数）。
现状生产方式下的生产效率估算：
1）生产节拍按7S/件；
2）每班实际生产用时间6小时20分钟、计22800秒（单班8小时、其中吃饭休息1小时、班中生理及休息两次、每次20分钟）。
3）单班能生产3250件壳体。
4：秦川发展对生产线改造的基本要求
通过对自动化工艺装备的引入，继而尽可能提高单班有效工作时间、大幅减少操作员工，达到提高生产效率、降低单个零件生产成本的目的。
为此拟对该生产线进行自动化改造，并提出以下要求。
1）经改造后的生产节拍不低于现状；
2）重改造，相关工艺装备要尽可能能够重复利用；
3）每天能够完成7000个壳体的生产（包括上下壳体各3500个）；
4）实现包括上、下料在内的整线自动化、大幅度减少操作员工；
5）端拾器需同时适应上下壳体的夹持。
二：冲压线自动化改造方案
1：总体思路
冲压自动线包括压力机系统和自动化系统。
压力机系统方面（含模具）秦川发展已经具备、有必要对其做出相应改进以适应自动化生产。
自动化系统方面、我公司根据现场查勘并结合客户的基本要求将其分为四个子系统：
1）    拆垛系统；
2）    工序件自动传输系统；
3）    线尾出料系统。
4）    安全防护系统
2：方案简述
方案示意图中物料的流向为从右至左，即右侧板料上线、经自动拆垛后上线加工、左侧为线尾出料部分。
几个方案中，拆垛系统、线尾出料系统和安全防护系统采用了相同的实现方式，区别在于工序件自动传输系统中的取放料采用了不同的工艺装备，这也是当下冲压自动线的主要区别所在。
方案A:压机上下料使用多轴机器人。

 
方案B:压机上下料使用卧式单臂机械手。
 

方案C:压机上下料使用立式单臂机械手。
 

3：拆垛系统
该系统主要包括轨道式上料小车、带有分张器的可升降托盘、龙门式多轴系统、涂油机构、送料机构和控制系统等组成。

4：自动化传输系统
本方案中自动化传输系统包括为压机上下料的装备（根据该装备的不同对方案给予细分）和工件传送设备两部分。
另外上下料装备的端拾夹具部分拟采用自制气动夹具，兼容上下壳体的夹持、控制整体尺寸和重量并夹持无痕且可靠的目的。
1）    多轴机器人
多轴机器人的显著特点是柔性极高、适用范围广。本方案涉及零件重量~500克，考虑夹具的自重及加长臂等因素，初步选定5KG级加长臂机器人。同时为了让机器人工作在理想的高度位置需要给其加固定座。

2）    卧式单臂机械手

卧式单臂机械手主要由升降轴和进给轴构成，该装备有升降轴摆动系列。动作稳定可靠、执行端配上专用端拾夹具实现压机的上下料。


3）立式两轴机械手
该立式机械手结构简单主要由升降轴和进给轴两部分组成，配合端拾夹具组合后实现上下料动作。


4）工件传送平台
该平台的作用是将上工序放料位置的工件快速搬运到本工序的取料位置。平台由工件定位装置、支架和高速直线运动模块等几部分构成。该直线模块的运动速度超过2M/S,实现工件的快速移动。


5：线尾出料系统
壳体经过一道工序（OP70）加工后通过工件传送平台送至成品取料位置。在该位置由码垛机器人拾取后直接装入物料收纳箱由人力即刻运出。码垛机器人在规定的间隔直接在线上取样送至检验平台，操作人员对产品进行抽检。
该系统示意参见下图、主要由物料（收纳箱）传输装置、码垛机器人系统、检验平台（图中未示意）、物料收纳箱构成。
 
6：安全防护系统
安全是开展生产活动的大前提、安全防护系统在自动化生产线中又显的特别重要。该系统主要由完全围栏、安全插销、检修门和警示灯等构成。安全围栏的范围要考量到装备的检修和执行端更换等空间位置。

7：生产节拍
该冲压线的节拍短板在OP10工序、其耗时在8秒左右。其余工序时间基本在5~6秒、均可重叠在OP10的时间区间内，因此OP10的总体用时直接决定生产线的产品出料节拍。
 
受制于OP10工序、其余各工序在加工时会不同程度的出现等待的情况、当然可以通过调整速度的方式对整过生产线的生产做均衡处理。
冲压线自动化改造完成后：
1）冲压线操作员工将减至2人（1人负责为料垛上料、巡线和成品抽检；另1人负责成品物料的转运）；
2）相关工艺装备包括拆垛系统、自动化运输系统和出料系统90%以上可以重复利用以实现类似零件的冲压生产；
3）生产节拍为8秒（如果采用同步技术、节拍可以再略为缩短），每班8小时、按每天两班生产，可每天实现7200件壳体的生产（2*8*60*60/8）。
8：主要工艺装备
 

三：客户需完善的一些工作
对现状冲压线实施自动化改造客户需从以下几方面对装备作出相应改进以使其适应自动化的需要。
1：审视零件加工工艺并作出必要的调整（若需要）；
2：压力机的中心间距在允许的情况下尽可能收窄，以减少物料传输距离；
3：压力机的工作高度（零件取放）尽量一致；同时将压机的工作中心沿物流方向尽可能调整到一致；
5：模具作相应调整。
四：安全要素
1）机械人（机器人）工作范围内，禁止操作者进入，禁止操作者和机械手（机器人）在共同作业地域内同时工作。
2）机械手（机器人）工作范围周围设置封闭式安全围栏。
3）进入封闭式安全围栏内作业的人员必须安全培训，维护门上的安全开关的作用和动作视同紧急停止。
4）系统各可操作的控制器设置在安全围栏以外。
5）机械手(机器人)的自动启动、再启动和手动操作时，必须确认必要的操作条件。
6）其他的安全条件必须满足国家法律的有关规定。
7）其他的安全条件必须满足用户公司的有关企业安全规定。