三次元大型冲压线体的研究与应用
文/张伟亮，关继凯·格力电器(石家庄)有限公司
随着冲压技术的不断发展、提升，在行业内呈现出了多样性的冲压方式，如小吨位单机连续模、大吨位单机连续模、小吨位工序模、大吨位工序模等等，其中在工序模自动化方面，又包含了连杆机械手自动线、独立机械手自动线、机器人冲压自动线以及三次元冲压线等。近几年三次元冲压线在家电、汽车等冲压行业来使用逐步增多，这种线体相比于机械手、机器人冲压线，展现出了自动化程度高、生产效率高的优势。
三次元线体通常包含压力机部分、三次元机械手部分、送料机部分、废料输送线、自动夹模系统等五大部分。通常，为确保三次元可以使用卷料、片料两种形式的来料，在三次元机械手前段配置双工位片料站，同步可实现来料切换不停机生产，进一步提升效率(图1)。
三次元大型冲压线
压力机部分
以某品牌800t 压力机为例，其设备整体尺寸高约11m，其中地面以上高度约8.5m，地面以下设备部分约2.5m；因此这种线体需要提前制作设备基础，考虑设备投入使用后期，废料线安装、人员维保等，可以在设备下方继续留出2.5m 的高度空间，即设备基础净深达到5 米左右；在我国南方，进行基建施工时，应考虑做好基础防水工作。
影响冲压自动线效率的一个关键因素，就是模具切换，换一次产品，需要换一次模具，普通的5 工序单工作台压力机的自动线，完成一次切换，通常耗时60 ～90min；因此三次元线体采用双工作台后，实现一备一用，可以大大缩短换模时间；在厂区空间以及行车高度充足的情况下，工作台的进出方式可以采用“直线型”进出方式，这种结构简单，便于使用；当厂区内空间和行车高度低于压力机设备，无法覆盖工作台区域时，可以采用“L 形”方式，如图2 所示。
图2 工作台采用“L 形”布局
三次元机械手部分
三次元机械手是以伺服电机、气动执行元件、液压驱动执行元件等作为动力源，通过各种传动机构带动气动吸盘、磁性吸盘、夹爪等形式的端拾器抓取物料实现不同方向的运动，从而达到工件移送目的的机械设备。
以某品牌三次元机械手为例，其X 轴进给行程可以达到0 ～1200mm 可调，Y 轴夹紧行程可以达到0～400mm可调，Z轴提升高度可以达到0～300mm可调；生产频率可以达到15 ～20 次/分钟，机械手配备两套主杆，分别安装在压力机的两个移动工作台上，可实现切换时自动装夹；在压力机工作台面、模具台面允许的情况下，可以实现多工序产品自动生产。在机械手工序前端，配置有一备一用片料站，以及片料上料机械手，可以实现片料方式的不停机生产。
送料机部分
三次元线体不同于普通机械手线体，来料往往需要为片料方式，普通的送料机是无法满足的，因此需要配备带有高频剪床的送料机，以某品牌送料机为例，采用的是伺服剪送料机(图3)，可以实现长度1000mm 的片料，每分钟0 ～20 片的送料，因剪床运行频率高，因此建议在剪床曲轴设置自动润滑装置，保障设备高频运转部位的润滑保养。
图3 伺服剪送料机
自动夹模系统部分
自动夹模系统目前在行业内使用比较广泛，自动推进方式也较多，本线体采用的是气缸式自行走夹模方式(图4)。而本方案中，我司设计使用了上夹模自动夹模、下夹模手持夹模的方式，员工在备用工作台上进行模具安装时，可直接采用手持方式锁紧下模，这部分时间往往不影响线体切换效率，工作台进行切换时，采用一键自动夹模，快速完成切换夹模。
图4 气缸式自行走夹模
废料输送线部分
本方案采用废料地下传输的方式，设置三个落料部分，在压力机工作台上，对应模具开有落料口；在工作台两侧也分别设置落料口，同时在工作台下焊接有导料槽，可以实现废料的准确落入；本项目采用的是刮板式废料线，结构较为简单，且周边废料散落少，可以较好的保持设备周边整洁度。在废料线线尾，设置有三工位废料收集箱，可实现箱满自动切换，进一步提升线体自动化程度。
结束语
冲压三次元线体已经较为成熟，它以高效率、高性能在行业内广为所知，在实施项目时，可以根据生产产品、车间工况等因素，进行进一步的创新提升，这样可以打造出与自身工厂匹配度、使用性更佳的线体。