冲压自动化生产线工序间过渡系统优化设计.pdf

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上海交通大学工程硕士学位论文摘要I冲压自动化生产线工序间过渡系统设计摘要国内外汽车车身结构件及覆盖件的的冲压生产正在从纯手工生产方式过渡到全自动化生产方式，而全自动化冲压生产就牵涉到工序之间的零件过渡问题，目前国内生产普遍选用的是利用机械手端拾器（Tooling）、过渡托架、包括翻转夹爪来进行产品的过渡。

从目前上海大众制造部冲压中心生产来看，对机械手端拾器的组装是靠经验来完成的，而且均是一个冲压件对应一套机械手端拾器、过渡托架、包括翻转夹爪来完成生产的。

这样的操作及生产模式，浪费了大量的资金及资源，同时制约了劳动生产率的提高。

因此，对机械手端拾器的组装建立科学依据，同时对它进行通用性研究被提上了日程。

本文首先详细阐述了首先对国内外目前的研究现状进行了回顾，并确定了研究思路。

其次通过对成组技术的应用，建立了冲压件的编号规则，并对上海大众制造部冲压中心一车间自动化5线的零件进行了分类，并从中选出2个零件，对它们机械手端拾器的通用性展开研究。

再次，通过借鉴机器人的研究模型建立了机械手端拾器的静态及动态模型，通过对结构件应力的研究，确定了结构件的尺寸；通过两个冲压件的通用性研究，确定了能同时抓取2个冲压件的吸盘选择范围、及组装关系。

最后，通过在虚拟环境中的验证，又利用有限元分析对型面受力情况进行分析，以及在现实环境中的使用性验证，证明了研究的实用性。

关键词机械手端拾器，成组技术，优化模型，有限元分析上海交通大学工程硕士学位论文摘要IIDESIGNFORUNIVERSALTRANSITIONSYSTEMOFPRESSPARTSABSTRACTThepress-partsproductioninthevehicle-productionfieldisnowtransformingfromman-transitiontotransitionautomatically.Atpresentwhatisusedgenerallyisthecombinationoftooling,bracket,turning-clamp.IntheShanghaiVolkswagenfabricationdepartmentpress-shoptheassemblyoftoolingdependsonexperience.Andonepresspartneedsonesetoftooling,bracket,turning-clamp.Thisstyleofproductionandoperationwastesaplentyofmoneyandresource.Italsorestrictsproductivityimprovement.Thereforeitisverynecessaryforustobuildscientificmodelofuniversaltooling.Firstlywereviewthecurrentstudyingstatusofthetransitionsysteminthefield.Atthischapterthestudyingwayisconfirmed.SecondlythroughtheapplicationofGT,webuildanumber-ruleforpresspartsandnumberthepartsinpressshopline5.Ourstudyforuniversaltoolingisbaseonthetwopartsinthelist.Thirdlywebuildthetoolingstaticanddynamicmodelbasedonrobotmodel.Thesubassemblydimensionsaredefinedthroughthestudyofstructurestress.Thebelcupstyleandrelationofsubassemblyarealsodefinedbasedonstudyoftwopartscharacteristics.Finallythemodelisvalidatedinthevirtualandrealenvironment.ThestressofsurfaceisanalyzedbyFEM.Theresultisok.KEYWORDS:

Tooling,GT,optimizationmodel,FEA1上海交通大学上海交通大学学位论文原创性声明学位论文原创性声明本人郑重声明：

所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

学位论文作者签名：

陆国庆日期：

年月日2上海交通大学上海交通大学学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

保密保密，在年解密后适用本授权书。

本学位论文属于不保密不保密。

（请在以上方框内打“”）学位论文作者签名：

陆国庆指导教师签名;莫锦秋：

日期：

年月日日期：

年月日上海交通大学工程硕士学位论文第一章绪论1第一章绪论1.1论文研究的背景和意义1.1.1论文研究的背景国内外汽车车身结构件及覆盖件的的冲压生产正在从纯手工生产方式过渡到全自动化生产方式，由于手工生产存在着劳动生产率低、生产不稳定等缺点，包括一汽大众、广州本田以及上海大众这些国内一流的汽车制造商，在新建车身结构件及覆盖件的冲压生产线时，都选择了自动化生产线，而上海通用更是全自动化冲压生产。

而全自动化冲压生产就牵涉到工序之间的零件过渡问题，目前国内生产普遍选用的是利用机械手端拾器（Tooling）、过渡托架、包括翻转夹爪来进行产品的过渡。

通常机械手端拾器由底座、主杆、副杆、连接杆、吸盘、气管、感应开关及真空泵组成，根据冲压件工艺、冲压件形状、冲压件材料、冲压件尺寸、冲压件重量及冲压件表面质量要求，这些附件被组成一个个机械手端拾器，通过可编程控制器（PLC）利用已编制完成并存入的程序，来完成运行轨迹，以实现冲压件在工序间的传递，实现全自动化式生产。

从国内外的汽车制造商的冲压件生产情况来看，只要是选用机械手端拾器进行自动化生产线工序间传递的，一、均是一个冲压件对应一套机械手端拾器、过渡托架、包括翻转夹爪来完成生产的。

这样，1：

不但需要大量的机械手端拾器存放场地；2、而且由于每条自动化生产线每周需要生产几十种不同的零件，机械手端拾器的频繁拆装无形中增加了生产线的非生产时间，降低了劳动生产率，同时增加了机械手端拾器损坏的可能性，增加了维修调试时间，增加了备件费用的同时也降低了劳动生产率。

二、在设计时没有理论依据及受力分析的研究，只能通过现场调试研配，在不影响冲压件产品质量及过渡系统相对稳定的情况下完成设计。

而笔者所在的上海大众汽车有限公司（以下简称上海大众），冲压制造作为汽车生产的第一道环节是制造部下属的生产中心之一（其他还有汽车一厂、二厂、三厂、发动机厂），它共有1条1400T+5*600T的手工压机生产线、2条4*600T的手工压机生产线、6条1400T+5*600T的自动化压机生产线、2条2000T+5*1000T的自动化压机生产线、1条2100T+5*1000T的自动化压机生产线、1条多工位自动化压机生产线，共生产500种各种类型、各种车型的冲压件，其中自动化生产的零件占到3/5、共计300种各种类型、各种车型的冲压件。

每个零件一套机械手端拾器（对6道工序的零件，包含6个上料手、6个下料手、4个过渡托架、1个翻转机构），则有300套机械手端拾器，每套端拾器的价格在15万元左右，则总成本为4500万元，占用空间9立方米（由于上海大众冲压中心普遍采用立体仓库进行自动化仓储，所以这里单位使用立方米），则总占用空间为1800立方米；而且每批次零件生产完成需要更换零件生产时，不但要更换模具，同时要更换机械手端拾器，每次需要工时60分钟、增加停线时间10分钟、每天每条线更换2次，而且由于机械手端拾器经过搬运，每次更换后都需要对机械手端拾上海交通大学工程硕士学位论文第一章绪论2器进行局部调整来适应产品型面的要求，否则轻则影响产品质量，重则零件无法抓取，造成产品报废。

近年来，上海大众适应市场形势，也加快了新车型上市的步伐，在次基础上冲压件也在以成倍的比例增加。

按照传统模式，机械手端拾器的数量也需要成倍增加，生产场地、物流场地、机械手端拾器的成本、无谓的工艺消耗时间也将成倍的增加，在如此竞争激烈的市场上，这些都将成为影响产品竞争力的因素。

而作为上海大众的生产部门，应该始终把如何提高劳动生产率、如何降本增效作为工作重心。

1.1.2论文研究的意义提出“冲压自动化生产线工序间过渡系统优化设计”课题，旨在研究大量机械手端拾器通用的可能性，探索自动化生产线工序间过渡的机械系统的优化设计，结合现代科技的发展水平，用技术创新的思想，在实现机械手端拾器的通用上及系统运行路线的优化上进行研究、有益探索和实践，建立车身冲压件分类的标准，建立自动化生产线过渡系统最优化设计的标准，在保证生产稳定、可靠的情况下，有利于实现冲压件的成组分类、机械手端拾器的最优化设计、减少现场的存放面积、减少维修调试时间、提高劳动生产率，对整个汽车制造业的冲压件自动化生产工序间零件的过渡提出新的理念以及标准。

从现实意义来说，上海大众冲压中心每条自动线生产零件30个左右，也即需要30套机械手端拾器，如果通过本课题的研究，能够将30套机械手端拾器变成20套，则成本可以下降150万元、10条线为1500万元，空间可以节约90立方米、10条线为900立方米，节约工时600分钟，每周增加生产时间200分钟、每周可以多生产零件1000个，而且减少不可预计的由于搬运造成的机械手端拾器调整时间。

如果变成10套，那产生的经济效益更加明显。

从理论意义来说，通过本次有意义的探索并赋置于实践，建立了上海大众冲压件的分类标准（仅针对于机械手端拾器的通用性设计来说），为后续新车型冲压件的机械手端拾器的选择提供了标准；建立了机械手端拾器最优化设计的模型，使得机械手端拾器的设计有据可依，受力及零件变形可以从理论出发获得。

而传统模式是，有新冲压件投产，必须先依葫芦画瓢组装一套机械手端拾器（一般为过盈设计），先在线下实样模拟是否有问题，然后再在线上试样，看零件是否掉落，然后再由质保评价零件的表面质量，最终通过若干次的调试，才能得到一套可以投入生产使用但并不是最优化设计的机械手端拾器。

从行业意义来说，本课题研究可以推广到所有汽车行业的冲压自动化生产，各冲压车间可以以次为参考建立各车间的冲压件分类标准，产生更高的经济效益。

笔者经过查阅各类文献杂志调查发现，目前产学界对各类产品工序间过渡研究的较多，对多关节机器人的研究也较多，但对冲压自动化生产线工序间过渡系统设计研究的较少，对过渡系统的通用性研究更是凤毛麟角，更不用说通用性过渡系统的实践应用。

对于本课题的研究，要体现其实践价值、提高冲压件生产的劳动生产率、降低生产成本、减少物流场地，没有现成的研究成果可以应用。

因此，本课题的研究，对于工程领域、对于汽车行上