第4期典型新能源汽车的后悬为五连杆结构，包括两根下控制臂，一根下弹簧臂，以及两根上控制臂。汽车悬架弹簧臂作为传递横向和纵向载荷的重要零部件，其设计的好坏直接关系着悬架结构的性能，对汽车的平顺性和操控稳定性有重要影响。因此如何合理地加强悬架控制臂的结构强度，不仅可以提高整车的参数性能表现，对汽车整备质量和使用寿命也极为关键。
弹簧臂零件的结构特点是：产品尺寸较小，厚度较厚，零件型面复杂且材料屈服强度超过900M Pa ，其典型零件冲压工艺如表1所示。
本文将对该弹簧臂零件的自动化批量生产进行设计与应用。
1产品分析
汽车控制臂传统生产工艺主要是单机多工位生
产线模式，如图1所示。
上文所述新能源汽车弹簧臂工件，其产品尺寸小，虽然适合单机多工位模式生产，但是其拉伸深度较深，而且材料的屈服强度很高，导致多工位生产模式下产生较严重的压力机偏载，从而影响制件精度与机床寿命，所以该生产模式不太适合。
针对该典型工件，充分考虑到项目实施的可行性与经济性，本文提出一种由门式单点压力机与独
2产线设计
该典型的新能源汽车弹簧臂工件的自动化生产线设计为多机独立式机械手自动化方案。2.1机床
针对该新能源汽车弹簧臂工件的结构特点，选用门式单点压力机，可有效保证冲压精度同时具备可观的经济性。针对零件的除落料之外的9序冲压工序，前3序拉伸、成形工序的压力机选用630t门式压力机，后6台整形、翻边冲孔的压力机选用500t门式压力机。
2.2冲压生产线的组成
九连机生产线由1台伺服双工位自动上料机、9台门式单点压力机、10台伺服独立式机械手、1套控制系统组成。
(1)上料：线体前端采用伺服双工位自动上料机
进行循环供料，在替换料垛时自动切换，不停机换料;
(2)取料和工件移送：机械手的吸料手臂铝型材开有条形槽，手臂可视工件大小调节。抓取料采用真空吸
盘或电磁铁，声光报警装置等相关的安全措施。机械手每个手臂上都装有传感器检测装置(检测是否抓取到零件，模具与抓取装置双重防错);
(3)冲压：由9台门式单点压力机(3×630t +6×500t )组成；收稿日期:2023-02-20；修订日期:2023-03-22
作者简介：詹俊勇(1973—)，男，高级工程师，主要从事冲压生产
线设计与研究工作。E-m ai l :z hanj y@yangl i
新能源汽车弹簧臂冲压自动化生产线的设计与应用
詹俊勇，封
峰，项余建
(扬力集团股份有限公司，江苏扬州225104)
摘要：基于典型新能源汽车弹簧臂的结构与材料特性，分析传统冲压生产方式的弊端，提出一种由门式单点压力机与独立式机械手组成的生产线的形式来完成该弹簧臂零件的产线的设计方法。生产线主要包括伺服双工位自动上料机、门式单点压力机、伺服独立式机械手、控制系统等，可以经济而高效地完成
典型新能源汽车弹簧臂的冲压生产。关键词：新能源汽车；弹簧臂；冲压自动化；机械手中图分类号:TG 385.9
文献标识码:A
D O I :10.16316/j .i s s n.1672-0121.2023.04.001
文章编号:1672-0121(2023)04-0007-05
第58卷第4期V ol .58N
o.4
C H I N A M ETA LFO R M I N G EQ U I PM EN T &M A N U FA C TU R I N G TEC H N O LO G Y
2023年8月A ug.2023
第58卷
图1多工位冲压生产线示意图1.上料机 2.闭式双(四)点压力机 3.左伺服驱动机 4.右伺服驱动机5.横杆6.模具
1
3
56
4
2
(4)收料：采用独立式机械手的最后一个吸料臂
将工件从最后一道工位上移载到成品输送带上，进行成品的收集。
3生产线工作过程及生产效率
(1)工作过程。伺服双工位自动上料机—机械手
表1
典型弹簧臂零件冲压工艺零件图片
模具尺寸/m m
重量/t
材料/料厚
工序工序内容模具数量
模具类型冲压力/t
H R -500-560-LA -S-U C T-2.8m m
O P10
BL 下料O P20O P30O P40O P50O P60FO 成型U /FL 上翻边FL/折边TR +PI 修边冲孔C/TR +PI 侧修边冲孔1
铸模
1钢模3501钢模4001钢模3501钢模1501钢模150900×860×550 1.8
950×80×550 1.82
1170×840×610 2.6
920×890×570 1.4
汽车弹簧1110×1010×550 2.2
O P70O P80O P90O P100C/TR +BU R 侧修边翻边1钢模150U /FL 上翻边1钢模300C/R ST 侧整形1钢模300C/PI +PI 冲孔+侧冲孔
1钢模1501110×600×550 1.4
1110×840×550 1.7
1120×1020×560 2.3
1100×810×550 1.
8
第4期
詹俊勇，等：新能源汽车弹簧臂冲压自动化生产线的设计与应用
取/放料—630t冲床成形，机械手取/放料—630t冲床成形，机械手取/放料—630t冲床整形，机械手取/放料—500t冲床飞边，机械手取/放料—500t冲床成形，机械手取/放料—500t冲床整形，机械手取/放料—5
00t冲床侧成形、冲孔，机械手取/放料—500t 冲床侧成形、压毛刺，机械手取/放料—500t冲床整形、翻孔，机械手取/放料—皮带线输送，收料。(2)生产节拍。生产线工作及生产效率为8次/m i n 。产线设计年产量为150万件。(3)生产线占地面积。生产线最大长度约为
48.4m ，如图2所示。
4生产线各功能模块解析
4.1双工位上料机
上料机由上料台车、伺服驱动机构、手臂送料(移载机)机构等组成。如图3所示。
上料位置为前后上料，当叉车将料垛(含托盘)
放在台车上后，台车自动运动到移载机取料位置处，下方的油缸顶升机构将料片顶起相应高度，移载机手臂开始抓料并送往规定位置处，机械手臂再将料片抓住并开始送料；当料垛用完后，顶升机构下降至下限位置，原台车含托盘一起退出，另一台车再送料
至规定位置处，以此流程工作。4.2独立式机械手
独立式机械手整体结构由钢板焊接而成，专为搭配二台以上冲床连续自动化冲压作业所设计之全自动化移送机，以高性能伺服马达驱动，经由传动机构及材料之取放组件如真空吸盘、电磁铁或夹爪等，在两台冲床间将冲压工件作精密定位移送，能稳定并有效率全天候运转。如图4所示
。
图2弹簧臂冲压生产线布局图
图3双工位上料机示意图
1.上料小车A
2.上料小车B
3.液压顶升缸
4.伺服移载机
5.料垛
4
5
3
2
1图4独立式机械手示意图
1.移送X 轴
2.上下移送Y 轴
3.端拾器
4.中置站
1
2
3
4
第58卷
(1)左右移送行程(X 轴)：经同步皮带轮一段减速
后，以精密研磨斜齿轮/齿条驱动终端负载(移送杆及料片)，一端端拾器移送料片从一套模具至中置站，另一端端拾器移送料片从中置站至下一工序模具。(2)上下移送行程(Y 轴)：以伺服电机驱动丝
杆，直线滑轨作导向并配置有平衡气缸来补偿Y 轴重量可靠度高，用于搬运料片及半成品完全脱开模
具，保证左右移送不会干涉。
(3)根据典型弹簧臂零件的及其模具的尺寸，设
计独立式机械手左右行程2200m m ，上下行程10~200m m 。
(4)由于弹簧臂型面复杂，吸料采用传统真空吸
盘非常容易打滑，选用施迈茨公司的SG M 系列的电磁吸盘，经过测试，效果良好。
(5)独立式机械手运行轨迹。机械手抓取料手臂
在原点位置A 时,X 轴左移,Z 轴下降至B 点(冲床模具下模抓取产品)，后经Z 轴上升、X 轴右移、Z 轴下降后将产品放置于中置站C 点(冲床模具下模放产品)，后经Z 轴上升、X 轴左移回归至原点A 处。具体如图5所示。其中运行曲线起始位置及幅值可以通过H M I在线修改，以适应不同模具的产品。4.3门式单点压力机
门式压力机机身采用龙门整体钢板焊接，摒弃了传统闭式压力机分体机身需要组装调试的弊端，既提供了闭式压力机的良好精度、刚度和强度性能，又提供了开式压力机的安装简单、操作方便的特点。如图6所示。
该类型压力机具有高强度、高刚度，兼顾经济性的特点，适用于典型新能源汽车弹簧臂零件的冲压生产。4.4控制系统
整线控制系统采用西门子S7-1500系列的运动CPU ，与上料机、压力机及机械手之间采用Pr of i nt et 协议进行通讯，具体拓扑结构如图7所示，其中运动CPU 与上料机及冲压机之间采用Pr of i net -R T 方式通讯，通讯速率达到100M b/s ，响应时间在5m s 左右，以用来实现设备循环高性能的数据交换。
运动CPU 与独立式机械手之间采用Pr of i net -I R T 方式通讯，即一种对于时间要求更加严格同步的通信，该通信模式下，数据的循环刷新时间小于1m s ，循环扫描周期的抖动时间不大于1μs ，能够高效地保证运动控制的精度与响应，从而确保产品质量。
1000800600400200
原点A -200-400-600-800-1000
f (x )
X 轴
Z 轴
取料点B
放料点C
位置规范位置
图表1
15
30
45
60
75
90105120135150165180195210225240255270285300315330345
图5
独立式机械手运行轨迹示意图
图6龙门单点压力机外形图
第4期
5小结
分析了典型新能源汽车弹簧臂零件的材料与工
艺特点，发现传统适用于小型汽车零部件的单机多工位生产模式不适合此类零件的生产。提出了一种新型生产模式用于弹簧臂零件的生产，并针对典型零件进行设计，包括：上料、搬运、冲压、控制等方面。目前该生产线已经完成交付使用，产线及性能与各技术指标均达到技术要求。
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相机通信在冲压行业的应用[J ].锻压装备与制造技术,2021,56(4),68-71.
运动CPU
Pr of i net -R T
上料单元
冲压单元Pr of i net -l R T
上料X 轴滑台
冲床2
冲床4冲床6
冲床8
冲床1冲床3冲床5冲床7冲床9
上料Z 轴触摸屏
机械手2机械手4
机械手6
机械手8
机械手10
机械手1机械手3机械手5机械手7机械手9
图7整线控制系统拓扑结构图
詹俊勇，等：新能源汽车弹簧臂冲压自动化生产线的设计与应用D es i gn and appl i cat i on of s pri ng arm s t am pi ng aut om at i on product i on l i ne f or new energy vehi cl es
ZH A N J unyong,FEN G Feng,X I A N G Y uj i an
(Y angl i G r oup Co.,Lt d.,Y angz hou 225104,J i angs u Chi na )
A bs t ract :O n t he bas i s of t he s t r uct ur e and m at er i al char act er i s t i cs of t ypi cal new ener gy vehi cl e spr i ng ar m s,t he dr awbacks of t r adi t i onal s t am pi ng pr oduct i on m et hods have been anal yzed.A des i gn m et hod f or t he pr oduct i on l i ne of t he s pr i ng ar m par t s has been pr opos ed i n t he t ext ,whi ch i s com pos ed of a gant r y s i ngl e poi nt pr ess and an i ndependent m ani pul at or .The pr oduct i on l i ne m ai nl y i ncl udes s er vo dual s t at i on aut om at i c f eedi ng m achi ne,gant r y s i ngl e poi nt pr es s ,s er vo i ndependent m ani pul at or ,cont r ol s ys t em ,et c.,whi ch can e-conom i cal l y and ef f i ci ent l y com pl et e t he s t am pi ng pr oduct i on of t ypi cal new ener gy vehi cl e s pr i ng ar m s .K ey w ords :N ew ener gy vehi cl es ;Spr i ng ar m ;St am pi ng aut om at i on;M ani pul at or
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