钣金自动冲压线规划

陈健豪 陆凯雷 李 亮 邓礼兵 孟燕菲

（常州博瑞电力自动化设备有限公司，常州 213025）

随着二次保护类机箱产品的市场竞争日益激烈，成本低、强度高、美观性好的钣金机箱得到了快速发展[1]。目前，钣金机箱行业内普遍采用以激光切割和数控冲作为落料手段，以折弯作为主要成型方式的生产模式[2]。整个加工过程主要依靠人工作业，存在着生产效率低、周转时间长和单位工序成本高的缺点。随着工业机器人和信息化的发展，工业自动化技术也越发成熟[3]，采用自动生产线实现常规钣金机箱的加工已成为主要的发展趋势。因此，规划了一条钣金自动冲压线，该生产线能够将钣金机箱的6 种主要零件共线生产，实现了常规钣金机箱的自动化生产，为电气钣金类产品的生产制造提供了一个新思路。

1 钣金自动冲压线的组成

钣金自动冲压线的组成如图1 所示，主要包含自动送料整平系统1、自动加工系统2、高速移载机械手系统3、下料堆垛系统4 和安全控制系统5。各冲床工位和攻牙工位能够同步作业，工位间通过机械手搬运，实现了钣金件从原料到成品或半成品的自动化加工过程。

图1 钣金自动冲压线布局示意图

1.1 自动送料整平系统

自动送料整平系统是一套专门针对中薄板材进行冲压生产而开发的新型伺服三合一送料机，具备开卷、整平、送料等多种功能，可减少一名送料作业人员，其示意图如图2 所示。该设备各部分的制作工艺及功能分别为：整平部分夹持滚轮轮面采用了犁地喷砂电镀硬铬处理，增加了滚轮与料带之间的摩擦力，以保证送料过程中不会因打滑而影响送料精度；动力部分采用安川伺服马达，确保高精度送料；操作界面采用彩色液晶触摸显示器，配合安全控制系统，可实现安全简易的操作[4]。

图2 自动送料整平系统示意图

1.2 自动加工系统

自动加工系统包含两个部分，即五工位自动冲床系统和自动伺服攻牙机。其中五工位自动冲床系统是冲压线的核心，可一步完成钣金件的落料、冲孔、沉孔、折弯和成型等工序。它主要由5 台冲床和可快换模具组成，单工位的示意图如图3 所示。本系统采用的冲床单台冲压吨位达到了200 t，可满足常规钣金类产品的冲压加工。

图3 自动冲床系统单工位示意图

该系统配备的可快换模具装置包含移模臂、举模器和夹模器，便于快速更换模具。在冲床前端增加了一个可翻转的小滚筒输送线，减少了模具的安装与拆卸时间。模具的夹持方式由原本的螺钉联结改为采用4 个液压夹模器夹持，大大缩短了模具的夹紧时间[5]。冲床模具设计过程中，考虑到废料需要切碎处理，因此在冲床下设置了废料斜坡通道，斜坡通道对应地面放有废料收集盒，便于废料落料与收集[6]。自动伺服攻牙机采用伺服电机，可自由调整攻牙速度，便于根据产线节拍调整，其生产一件的用时可达2.0～3.5 s。在深孔攻丝过程中能设定正转反转圈数，以模拟人工攻丝，便于排屑。

1.3 高速移载机械手系统

高速移载机械手系统是指从冲压线第一台冲床的下料手到自动伺服攻牙机的下料手之间的传递运输装置，由6 台双臂横杆式机械手组成，能够用于各工序间的工件搬运，其单工位示意图如图4 所示。机械手采用专用伺服电机、进口高精度减速机、进口高精度斜齿轮及齿条，并配有自动润滑装置，可保证长期稳定运行。抓取部分采用了真空吸盘，可有效避免零件表面损伤，吸盘工装能够兼容钣金机箱的多种产品，可减少吸盘工装的更换次数，工装、吸盘可快速更换与调节。

图4 高速移载机械手系统单工位示意图

1.4 下料堆垛系统

下料堆垛系统由收料输送带和堆料机器人组成。由于部分零件的外形较为复杂，导致堆叠难度较大，因此采用输送带和人工配合下料。而比较容易堆叠的零件则在攻丝机攻牙后由堆料机器人将该产品码垛到栈板上，产品堆垛到一定高度后由人工将栈板及产品拉出。

1.5 安全控制系统

安全控制系统主要由监控系统和安全防护系统两部分组成。其中：监控系统通过安装在冲压线线首和线尾的摄像头对整线进行实时监测[7]，监控控制屏安装在生产线操作台位置，该系统具有生产监控及生产计数的功能，可将冲压线生产速度、生产数量等数据显示在显示屏上；安全防护系统采用安全围栏和智能光栅相结合的方式，若有人意外误入会触发报警并暂停生产，从而有效保障人员安全。另外，在风险较高的区域还采用了围栏以保障安全，在下料堆垛和快速换模区域设置光栅以提高生产效率，而且产线设置有紧急停止按钮，布置于便于操作的位置，以便于出现意外情况时能够迅速停机。

2 钣金生产工艺

以钣金机箱中常用的导轨板零件为例，对钣金冲压线的生产流程进行简单的介绍。该产品的具体加工流程图如图5 所示。

图5 导轨板冲压线生产流程图

（1）自动送料：将金属卷板放置在料架主轴瓦片上，伺服三合一送料机上料开卷并将卷板送至一号冲床。

（2）落料成形：一号冲床将板料冲切至指定大小，并将废料从板材分离，从而得到导轨板的基本外形。

（3）冲沉孔和翻孔：搬运机械手将导轨板搬运至二号冲床并固定，冲压得到沉孔和翻孔结构。

（4）左右两侧折弯：机械手将工件搬运至三号冲床，左右两侧冲压折弯成型。

（5）特征成型、预折和段差：机械手将工件搬运至四号冲床并固定，采用成型模将导轨特征和后侧段差结构一起冲压成型，并对导轨板前侧进行45°预折弯。

（6）前后两侧折弯：机械手将工件搬运至五号冲床，冲压得到工件前后两侧折弯结构。

（7）自动攻丝：机械手将工件搬运至自动攻丝机，对翻孔结构自动攻牙。

（8）自动下料：堆料机械手将攻丝完的导轨板成品搬运至栈板上，至此导轨板零件的生产流程完成。

分析导轨板的加工工序可知，钣金冲压线中的5台冲床和攻丝机同步完成了工件加工，不仅能够将传统加工方式的剪板、落料、冲孔、导轨结构成型以及钻床沉孔等多道工序合并同步完成，而且还兼顾了6道折弯工序，从而减少了工序周转，显著提升了整体加工效率，可有效缓解激光切割和折弯机的产能压力。

3 结语

钣金自动冲压线的建设具备提升生产能力、提高标准化水平、增加人员培训机会等多项功能，具体效果如下：

（1）降本增效成果显著，平均每台机箱可节约成本60 元左右，且加工效率提升了130%；

（2）冲压线对于产品标准化要求较高，可进一步推动钣金机箱的标准化发展；

（3）降低了钣金加工对于数控冲床和折弯设备的依赖，有效提高了落料和折弯的产能；

（4）提升了工艺人员的思维发散潜力，开阔了公众视野，增加了对自动化和钣金模具化生产的认知，也为新员工实习增加了学习机会。

钣金自动冲压线技术领先、思想超前，能大幅提高生产效率，减少产品生产成本，为二次保护等标准型钣金机箱提供了新的生产思路。作为国内第一条二次保护机箱的连续冲压线，已成为二次生产行业的标杆。