汽車縱梁加強板沖壓自動線結構設計

龐在祥 王慶來 范質允 邵昱博

(1.長春工業大學工程訓練中心，吉林 長春 130012;2.長春工業大學機電工程學院，吉林 長春 130012)

1 引言

汽車縱梁是汽車上部結構中沿橋梁軸向設置并支承于橫梁上的梁，是汽車中承載車身及汽車有效載荷的基礎構件，是汽車的脊梁。汽車正朝著輕量化方向發展，梁類件使用頻率越來越高，但梁類件要求強度高、塑性變形小，所以成型較為困難且容易造成應力釋放后回彈，成形尺寸精度很難保證。所以在整車安裝中為了保證縱梁的剛度和強度以及減小縱梁的塑性變形量，在安裝過程對汽車的縱梁安裝上加強板。用以有效吸收、衰減車輛碰撞時的沖擊能量，使承力區的傳力性能增強，在產生變形時能夠吸收更多沖擊能量，減小對乘員的傷害。起到對汽車縱梁的加強及保護，并方便其他零部件的安裝。

傳統汽車縱梁加強板零件主要采用人工沖壓方式，勞動強度大、效率低、對操作人員的技術要求較高，產品一致性較差，操作中存在安全隱患。目前汽車行業正朝著大批量的生產方式發展，自動化沖壓生產線具有生產效率高、產品質量穩定以及生產成本低等優點越來越受到企業的青睞。

以汽車縱梁加強板沖壓自動線為研究對象，介紹其沖壓工藝參數及流程，基于CAD技術，對自動化生產線系統中升降臺車、鋼板分張器、皮帶機、視覺對中臺、端拾器等進行了設計完成了汽車縱梁加強板沖壓自動化生產線的整體結構設計。為沖壓自動化生產線模型的建立及仿真打下基礎。

2 沖壓工藝參數及工藝流程設計

表1 板料特性及垛料參數

縱梁作為整車中重要的承載部件和安全部件越來越受到各企業的重視。為了增強縱梁的剛度和強度以及減小縱梁的塑性變形量，且方便其它零部件的安裝，縱梁上都會加裝加強版。用以吸收和減少車輛碰撞時的沖擊能量，減小乘員傷害。提高縱梁強度，提高安全性。沖壓自動線的設計是以生產縱梁加強板為對象，所以在設計時要對加強板材料特性、垛料參數及工藝流程進行設計和分析，汽車縱梁加強板的板料特性及垛料參數如表1所示，工藝流程圖如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

3 沖壓自動線機械結構設計

3.1 升降臺車設計

升降臺車用于將垛好的板料由準備區運送至拆垛區，通過液壓系統控制臺面高度來滿足不同的生產需求，升降臺車結構圖如圖2所示。

圖2 升降臺車

3.2 鋼板分張器設計

由于加強版在加工前是將材料存放于碼垛區，碼垛后每層鋼板之間由于存在油膜或者真空負壓的現象，鋼板不容易隔開，為了將鋼板較為容易地隔開，通常采用磁力分張的方式進行鋼板之間的分離。磁力分張是運用磁極同名磁極相互排斥原理，把貼合很緊的鋼板材料分開。分張器安裝有兩組激光對射開關，用于控制升降臺車臺面高度。同時存在多組支架，以便適應不同大小的碼垛尺寸，達到柔性出產的功效。并設有頂起檢測和復位彈簧保護。在分層結束，將板料吸附取走進行退磁以便于取料。為了將模塊相配合安裝完成，需搭建支架主體。下支架通過膨脹螺栓固定在地面。如圖3所示為鋼板分張器整體結構圖。在升降臺車兩側對稱配置各兩套自動分張裝置，每套自動分張包含8個可自動調整的磁力分張。

圖3 鋼板分張器整體結構圖

3.3 皮帶機設計

移動皮帶機用于承接拆垛機器人送來的板料并將板料向下級設備輸送。移動皮帶機由8組皮帶組成，其中6條為普通皮帶，2條為真空皮帶，由一個變頻減速電機統一驅動，皮帶之間設置若干輔助流利條。皮帶機主體由氣缸驅動前進后退，行走到位后用插銷固定，插銷位置有開關檢測。皮帶機前端安裝有擺動流利條，清洗機開出后，氣缸驅動皮帶機移動替代清洗機工作位置，此時擺動流利條擺起用于承接板料。擺動流利條設有插銷檢測開關，用于檢測流利條的擺起狀態。

圖4 上料皮帶機皮帶組件

圖5 真空皮帶組件

3.4 視覺對中臺設計

板料通過清洗機、涂油機及皮帶機后，它的位置會相應的發生改變，如不進行校正，板料不能準確的放入模具中，會造成模具的損壞。因此在機器人抓取之前必須進行校正工作。視覺對中臺用于對板料進行對中定位，以便上料機器人準確抓取板料送入壓機。

視覺對中臺主要是為視覺對中功能及板料傳輸設計，視覺對中系統采用攝像頭對中。攝像頭需放置于視覺皮帶上方，因此設計視覺照明裝置。視覺對中臺主要結構設計分析后，將視覺對中系統照明設備通過膨脹螺栓固定地面，架于視覺對中臺上方。視覺攝像頭等針對視覺皮帶上部，整個設備即可完成視覺對中的系統要求。

圖6 視覺對中臺

3.5 機器人系統設計

本柔性自動化生產線主要由拆垛機器人、上料機器人、中間機器人和下料機器人組成。

拆垛機器人系統：用于將沖壓前的料垛分拆成單張板料，并輸送到下一道工序。完成板材料的吸取、雙料檢測、輸送等動作。

圖7 拆垛機器人系統

上料機器人系統：上料機器人的作用是將視覺對中皮帶機上的板料抓起，輸送到下一工序。系統具有參數存儲功能，可以根據板料尺寸規格的不同調用不同的配方，機器人運行到指定的位置上料。端拾器上真空吸盤吸住板料后抬起，將板料移至壓機內，真空吸盤吹氣放開板料后，機器人動作，端拾器再移動到視覺對中臺上空準備下次抓料。

圖8 上料機器人

中間機器人系統：中間傳輸機器人的作用是實現各壓力機內板料的傳輸。沖壓好后，沖壓件由中間傳輸機器人從壓力機模具中取出，直接放入下一臺壓力機模具中，然后機器人自動返回，準備再次取件，進行下一個操作循環。

圖9 中間機器人系統

下料機器人系統：機器人下料的作用是所有壓制完成的工件在得到最后一臺壓力機的信號許可后，都由最后一臺壓機后面的機器人取出，然后放置在線尾皮帶輸送機上，輸送至安全圍欄以外進行檢驗。

圖10 下料機器人系統

4 整線設備設計

系統采取柔性沖壓自動生產線方案，采取普通的液壓壓力機，結合工業機器人機皮帶等輸送設備，高效完成多個工序的操作。解決單工序壓力機出產效力低等問題。同時配備上述設計的鋼板分張器、視覺對中臺等整線設備，完成汽車縱梁加強板柔性沖壓自動線的整線配比設計。

圖11 整線布局圖

系統采取柔性沖壓自動生產線方案，滿足企業對多種規格產品的大批量生產需求。采取普通的液壓壓力機，結合工業機器人機皮帶等輸送設備，高效完成多機出產效力低等問題。

垛料小車開進(垛料小車自動更換)→板料分張→機器人拆垛→雙料檢測(3次雙料無法脫離-告警，人工處理-機器人重新取料-雙料檢測-無雙料，執行下序)→板料傳輸→清洗機→涂油機→板料對中(二次雙料檢測)→上料機器人送料→首臺壓機沖壓→下料機器人取料、送料→(壓機沖壓)→根據工序數量循環→機器人取料、送料→(末端壓機沖壓)→線尾機器人取料、放料→皮帶機輸送→人工碼垛。

5 結束語

基于CAD技術，對自動化生產線系統中升降臺車、鋼板分張器、皮帶機、視覺對中臺、端拾器等進行了設計完成了汽車縱梁加強板沖壓自動化生產線的整體結構設計。為自動化生產線的建模及仿真打下基礎，為技術方案的優化設計提供指導。