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使用冲床机械手的冲压自动化生产线的产能分析

2018-12-06 15:51:59 湖南沁峰机器人有限公司 阅读

冲压加工企业通过引进冲床机械手实现冲压自动化的升级改造,能够有效提升冲压线的工艺稳定性、稳定品质、优化管理,从而达到提升产能的生产效益。然而,仅仅只是简单的购买几台冲床机械手是不够的,还需对冲压自动化连线的整体生产节拍和速度(SPM)进行有效的优化,并且提升设备的开动率,才能有效提升产线的产能。

 

产能= 等效SPM × 每月设备有效开动时间

等效SPM = 冲压自动线的整体生产节拍速度= 冲压自动线上各工位零件生产节拍速度(SPMi ,i=1、2、3...N)倒数的平均值的倒数

参考数据: 若等效SPM达到7.5,30%的实动率月产5718套;40%的实动率月产7624套;50%的实动率月产9529套;60%的实动率月产11435套;70%的实动率月产13341套;80%的实动率月产15247套。 若等效SPM达到10.0,30%的实动率月产7624套;40%的实动率月产10165套;50%的实动率月产12706套;60%的实动率月产15247套;70%的实动率月产17788套;80%的实动率月产20329套。

从数据看,显然,等效SPM和设备开动率决定了自动冲压线的产能。

需要注意的是,在自动冲压线的“优化”过程中不能光注意提升快的、创造“指标”,更要特别想法提升慢的、形成适度均衡的格局。例如:SPM1=5.0, SPM2=6.0, SPM3=7.0, SPM4=8.0,其算术平均值为6.5;而等效SPM=6.30。当SPM1=3.0, SPM2=6.0, SPM3=7.0, SPM4=10.0,其算术平均值虽仍为6.5;但等效SPM= 5.38 。

在等效SPM一定的情况下要提高产能,只有增加有效冲压时间,最大限度地节约非生产时间(如换模、修模、擦模、等料、检查产品质量等时间),以增大设备开动率。 因此提高设备开动率将是下一阶段提高产能的主要任务。

 

提高冲床机械手冲压自动化生产线等效SPM的若干策略

1、我们可将整线分为:从料架抓料往皮带上放的拆垛机器人单元;板料在皮带上从拆垛端经清洗机到对中台停住被送料的冲床机械手抓取的传送单元;若干个带前、后冲床机械手的压力机单元;若干个从前模取件向后模送件的冲压机械手单元;以及从线末皮带上下载产品经检查合格装箱的线尾单元。全线运行的周期T必定大于、等于各单元在最理想状态下各自无干扰无等待地工作所需的最短时间Ti。“最慢”的单元决定着全线的节拍速度。找出并设法减小“最慢”单元的时间就是自动冲压线优化的工作内容。

2、对于压力机单元而言,在采取了相应安全联锁保护措施的前提下:

在滑块过了下死点升起到一定高度时下料冲床机械手即可提前进模;

加大真空抽气效率,下料端拾器皮碗刚一接触产品就应立即上提外撤;边走边检测真空度以确认产品是否真被抓住了;

在下料冲床机械手抬起开始外撤的同时上料冲床机械手即应同步进模上料,该措施可节约近一秒时间!

上料冲床机械手端拾器到达模腔中心上方时即应边吹气、边下行将板料或产品往模面上放;且不等产品到达模面,上料冲床机械手即应上抬外撤。

上料冲床机械手外撤的同时即可发信号令压力机起动,让离合器结合和滑块起动加速的过程同步进行,使端拾器刚离开模腔区域时滑块正好下来。

3、压力机间的距离对提速而言是越短越好。但由于压力机维护、部件拆装的需要、冲床机械手抓件的运动轨迹,都会对此有所限制。应尽可能小于7米,最好为6米甚至更短。

4、为了减小惯性、增加压力机间的搬运速度,对大件采用压力机间平移而不是旋转180°的方式是有效的。

5、当SPM增大后如果传送单元(拆垛-对中台间的板料输送和对中的周期)跟不上节拍速度,可将传输皮带速度加快并带刹车制动;在新线设计时可缩短拆垛-清洗机间的皮带而加长清洗机至对中台的皮带,在板料一出清洗机且距前后两个板料静止位等距处增设中间暂停位,这样步进式的板料输送距离就缩短了一半,不再成为加快节拍的瓶颈。

6、缩短每个冲次的周期(提高压力机rpm)受到冲压工艺条件的限制。为了产品的质量,有些零件的拉延需要较慢的速度。在条件许可的情况下可考虑采用DDC(Dynamic Drive Chain)技术对传统压机进行半伺服化改造,在利用储能飞轮以工艺要求的速度拉延作功的同时通过离合器在同步状态下的切换用伺服电机带动滑块快速走过下行前半程和上升空行程,既保证了产品质量又提高了效率,也避免了伺服压机作功时对电网的巨大冲击。

假设压力机对全线节拍周期即SPM有影响的是上下模开度小于800mm阶段、冲床机械手不能进模腔的时间,其中滑块下行时上下模开度在300-0mm阶段是冲压作功期;而上下模开度大于800mm阶段及滑块停于上死点的时间属冲床机械手可进出模腔取放件的正常工作时间。以2000吨多连杆压机运动曲线为例,全程中冲压作功段为(75°-180°),如滑块以10rpm速度运行这段过程需要(60/10)*(180-75)/360=1.75s,而在其前、后(0°-75°)和(180°-280°)两段,冲床机械手不能工作的行程里若滑块改以20rpm速度运行则要比用10rpm速度节省【(60/10)-(60/20)】*【(280-180)+75】/360=1.46s。如原来滑块全程以10rpm运行、SPM为8.0,T=60/8=7.5s,现采用DDC方式、以10rpm速度拉延作功而以20rpm速度完成空行程,T′=7.5-1.46=6.04s,SPM可提高为(60/6.04)=9.9。

 

影响冲床机械手冲压自动化生产线开动率的若干因素分析

在根据各产品模具的具体情况最大限度地提高SPMi后,整线有一个“等效SPM”值。根据“等效SPM”值可以估算满负荷情况下整线的产能。但这只是理想的、理论上的、整线始终处于连续正常冲压运行状态下的最佳情况。实际生产时出现的各种各样的情况都将影响自动冲压线的产能。真正“设备开动率”的大小才是关键。它不是一个简单的数字,而是企业综合管理水平的标志。

影响“开动率”的主要因素无疑是生产时发生的设备故障和模具问题。有些问题是事先无法预料的,我们能做的是尽量使这种情况减少到最低限度。例如:做好设备维护保养、定期检查润滑情况、及时加油、按规范更换或清洗各种气、油滤网、定期检查和紧固螺钉、做好必要备件的采购库存等等。一定要真正改变思想、改变作风、加强管理,变事后灭火为事前预防;一定要充实人员,制订制度,将设备管理的各项工作真正落实。

有些模具的问题是已经暴露、虽“模具能用”但严重影响生产效率的(例如由于模具设计、制造、调试或工艺问题使冲压速度被限制),也必须边生产边限期整改。

除了正常生产过程中压力机故障、模具毛病等事先无法预料的突发事件外,影响有效冲压时间(或“开动率”)的因素主要有:

1.短线生产、频繁换模。

2.更换模具速度慢(电、气接插头接插错误;自行夹紧器行走被卡、工作失误等)。

3.更换端拾器慢或经常需重新调整皮碗位置。

4.首件产品质量检查认可的时间过长。

5.拆垛时分张困难、掉料、切换料垛小车过程耗时过多等造成停线。

6.料片用完、无法完成原生产计划数量,原长线生产被迫变成短线。

7.产品储存箱用完、无法完成原生产计划数量。

8.线尾检查产品、装箱速度跟不上生产节拍,被迫限制整线速度。

9.模具表面经常需人工擦净、停机停线。

等等。针对每个因素制订相应的措施可以逐步提高冲压生产管理水平,提高整线的生产产能。

其中,冲压生产坚持长线是争取主动、提高效率的首选。要提前准备好足够的料片、产品储存箱和存放地。实时、动态地掌握所有产品的资源情况是做好生产计划的基础。(现场已多次发生虽未达产却因缺料或缺工位器具箱而不得不结束生产、换模的现象。)如能增加工位器具箱、由板料厂及时供足料、解决上述(6)、(7)问题就解决了(1),也可使(2)、(3)、(4)的影响减到最小。因素(8)也是常见的,只要有人应该不难解决;因素(5)尚在解决中。