文／史延辰，岳海軍，韓薇，任靜，王勛·南宮市精強(qiáng)連桿有限公司

近些年社會(huì)高速發(fā)展，制造行業(yè)的相關(guān)技術(shù)同樣也有了質(zhì)的變革，由原來(lái)的人工低端設(shè)備制造走向了自動(dòng)化生產(chǎn)。其中，最有代表性的行業(yè)就是汽車零部件的生產(chǎn)制造，但是汽車零部件的鍛造又是環(huán)境差、強(qiáng)度大、節(jié)拍快、批量大、精度高、要求產(chǎn)品一致性好的行業(yè)。發(fā)動(dòng)機(jī)連桿作為非調(diào)質(zhì)鋼鍛件，其整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的溫度控制直接影響到連桿的硬度、金相組織和機(jī)械強(qiáng)度，故實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)很有必要。本文以連桿生產(chǎn)為例，論述實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的各種技術(shù)設(shè)計(jì)。

工藝路線設(shè)計(jì)

根據(jù)車間現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地結(jié)合各設(shè)備尺寸、間距等情況，經(jīng)計(jì)算設(shè)計(jì)，該生產(chǎn)線需桁架機(jī)械手4臺(tái)，機(jī)器人4臺(tái)，連桿鍛件重量1 ～5kg，機(jī)器人設(shè)計(jì)型號(hào)為35kg。生產(chǎn)線布局見(jiàn)圖1。

圖1 生產(chǎn)線布局

自動(dòng)化生產(chǎn)的過(guò)程設(shè)計(jì)

⑴下料。下料設(shè)備主要有棒料剪和鋸床，棒料剪優(yōu)點(diǎn)是無(wú)材料浪費(fèi)，缺點(diǎn)是切口有變形，影響后工序的夾持，且棒料剪對(duì)于料節(jié)的長(zhǎng)度控制公差較大，而鋸床和棒料剪的優(yōu)缺點(diǎn)相對(duì)。經(jīng)綜合分析，采用數(shù)控鋸床實(shí)現(xiàn)下料。

⑵下好料的料節(jié)進(jìn)入中頻加熱爐需要相應(yīng)的設(shè)備來(lái)代替人工，故需設(shè)計(jì)一套自動(dòng)提升送料機(jī)構(gòu)(圖2)來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)紅色動(dòng)板上下提升，將料節(jié)有序的提升到加熱爐料道。加熱設(shè)備采用中頻加熱爐。棒料加熱溫度是關(guān)鍵參數(shù)之一，故在中頻加熱爐末端設(shè)計(jì)紅外測(cè)溫監(jiān)控設(shè)備，紅外測(cè)溫監(jiān)控設(shè)備和PLC 相連接，對(duì)溫度過(guò)高及溫度過(guò)低的料節(jié)進(jìn)行分選剔除。

圖2 自動(dòng)提升送料機(jī)構(gòu)

⑶溫度合格的料節(jié)流入自動(dòng)推送器卡口，感應(yīng)到料節(jié)信號(hào)后，推料器將加熱的料節(jié)推送到自動(dòng)輥鍛機(jī)處，自動(dòng)輥鍛機(jī)感應(yīng)到信號(hào)后，進(jìn)行自動(dòng)輥鍛。而輥鍛模的設(shè)計(jì)不同于人工操作生產(chǎn)線，因采用自動(dòng)生產(chǎn)線，連桿的輥坯不再需要鉗頭，這樣每支連桿可以節(jié)省30g 左右的鋼材，但同時(shí)也帶來(lái)弊病，人工用鉗子夾持能有效地防止輥坯滾動(dòng)，而自動(dòng)生產(chǎn)線需要一次定位合格，不能有滾動(dòng)發(fā)生。經(jīng)反復(fù)測(cè)試并根據(jù)VERACAD 模擬軟件模擬，設(shè)計(jì)出一套扁平式且無(wú)折疊的輥坯(圖3)。

圖3 扁平式且無(wú)折疊的輥坯

⑷經(jīng)輥鍛過(guò)后的輥坯經(jīng)過(guò)桁架機(jī)械手和機(jī)器人的配合操作，將輥坯放置在壓扁工序，壓扁過(guò)后機(jī)器人將輥坯放置在預(yù)鍛模腔上，輥坯經(jīng)過(guò)鍛壓后，需要機(jī)器人將連桿轉(zhuǎn)運(yùn)至終鍛工步，因機(jī)器人不同于人工操作，需要有一定夾持空間，故設(shè)計(jì)連桿頂出裝置，將連桿頂出一定高度，考慮預(yù)鍛、終鍛均需要頂出，故設(shè)計(jì)帶頂出裝置的模具來(lái)滿足自動(dòng)化生產(chǎn)要求(圖4)。

圖4 帶頂出裝置的模具

⑸預(yù)鍛終鍛完成后，機(jī)器人和桁架機(jī)械手配合將毛坯轉(zhuǎn)運(yùn)至切邊工序。切邊完成后，同樣需要機(jī)器人轉(zhuǎn)運(yùn)，故將切邊工裝與PLC 相連接，由機(jī)器人將連桿轉(zhuǎn)運(yùn)至熱矯正工序，然后切邊工裝下面將剩余切邊頂出，桁架機(jī)械手將飛邊轉(zhuǎn)運(yùn)至廢料箱。

⑹BY 處理、探傷、拋丸等工序均需轉(zhuǎn)運(yùn)車人工操作至設(shè)備處進(jìn)行相應(yīng)的作業(yè)。

設(shè)備安排及節(jié)拍分析

工藝流程設(shè)計(jì)完成后，設(shè)備已確定完畢，進(jìn)而對(duì)工序的節(jié)拍進(jìn)行分析，合理安排每臺(tái)設(shè)備的作業(yè)時(shí)間，力爭(zhēng)瓶頸工序與一般工序相差更少。對(duì)整個(gè)流程作業(yè)節(jié)拍統(tǒng)計(jì)(表1)。根據(jù)表1 統(tǒng)計(jì)，按照設(shè)備進(jìn)行節(jié)拍分析，其中，模鍛設(shè)備為瓶頸工序，其節(jié)拍Tpress=T7+T8+T9+T10+T11+T12+T13=16s，整合節(jié)拍，R1 機(jī)器人將輥坯轉(zhuǎn)運(yùn)至壓扁工步的同時(shí)，對(duì)預(yù)鍛模腔噴石墨，同樣，在R1 機(jī)器人將壓扁的輥坯轉(zhuǎn)運(yùn)至預(yù)鍛工步時(shí)終鍛模腔噴石墨。這樣就可以整合兩個(gè)工步，節(jié)省節(jié)拍6s，最終確定節(jié)拍為10s。

表1 各工序節(jié)拍統(tǒng)計(jì)

自動(dòng)化生產(chǎn)線的弊端控制

自動(dòng)化生產(chǎn)線其弊端有：輥鍛機(jī)械手抓取位置錯(cuò)誤導(dǎo)致輥鍛機(jī)悶車，鍛模粘模后下一個(gè)輥坯重復(fù)鍛造導(dǎo)致廢品甚至悶車，毛坯周轉(zhuǎn)位置偏離導(dǎo)致廢品甚至悶車，毛坯抓取失敗導(dǎo)致設(shè)備空打影響后工序的抓取及節(jié)拍等。

分析以上缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套完善的PLC 控制系統(tǒng)及位置監(jiān)控系統(tǒng)，任何動(dòng)作沒(méi)有完成或者位置錯(cuò)誤，均報(bào)警，此時(shí)自動(dòng)化生產(chǎn)線的監(jiān)控人員進(jìn)行人工干預(yù)，防止事故發(fā)生。同時(shí)在機(jī)器人的周邊設(shè)計(jì)紅外安全防錯(cuò)，當(dāng)人員靠近機(jī)器人時(shí)，機(jī)器人自動(dòng)停機(jī)，保證人員的安全。

結(jié)束語(yǔ)

工業(yè)自動(dòng)化作為現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的核心，是工業(yè)現(xiàn)代化的物質(zhì)基石和重要標(biāo)志。特別是現(xiàn)代汽車工業(yè)的發(fā)展，主機(jī)廠要求產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性。鍛造生產(chǎn)環(huán)境相對(duì)惡劣，一線操作人員匱乏，且生產(chǎn)過(guò)程需要多人操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，鍛造自動(dòng)化能夠有效的保證產(chǎn)品的一致性和解放生產(chǎn)力。對(duì)模具進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用機(jī)器人對(duì)鍛造連桿生產(chǎn)過(guò)程的熱料進(jìn)行夾鉗、轉(zhuǎn)運(yùn)，生產(chǎn)節(jié)拍由原來(lái)的13s 提升至10s，且避免了人為因素的節(jié)拍不一致，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了人力資源，提高了生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質(zhì)量得到了更大保證。