文/馬昌波·奇瑞公司規(guī)劃設(shè)計(jì)一院

單臂機(jī)械手自動(dòng)沖壓線

文/馬昌波·奇瑞公司規(guī)劃設(shè)計(jì)一院

奇瑞公司沖壓車(chē)間生產(chǎn)線設(shè)備有手動(dòng)沖壓線、機(jī)器人自動(dòng)化沖壓線和單臂機(jī)械手自動(dòng)化沖壓線，三種生產(chǎn)線的加工特點(diǎn)大致為：手動(dòng)沖壓線的投入較低，效率低，安全系數(shù)較低；機(jī)器人自動(dòng)化沖壓線的投入及效率均高于手動(dòng)線，安全系數(shù)高；單臂機(jī)械手自動(dòng)化沖壓線的投入與效率在三者之中最高，安全系數(shù)高。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，三種生產(chǎn)線中的單臂機(jī)械手自動(dòng)化沖壓線具備高速性、準(zhǔn)確性的優(yōu)勢(shì)，員工的勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了減員增效的效果，得到公司使用部門(mén)的認(rèn)可。

影響汽車(chē)沖壓件的生產(chǎn)效率和質(zhì)量的因素較多，涉及到設(shè)備操作人員的技能與熟練程度、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、模具的質(zhì)量、壓機(jī)性能、設(shè)備動(dòng)力的穩(wěn)定與否和自動(dòng)化設(shè)備的性能等。只有充分考慮上述因素，整線生產(chǎn)的連續(xù)性才能保證。本文提及的整線自動(dòng)化搬運(yùn)技術(shù)中，高速?zèng)_壓線的單臂機(jī)械手部分由Gudel公司提供，其最高運(yùn)行速度可高達(dá)12次/min，重復(fù)定位精度達(dá)±0.2mm，不僅效率高而且精度也高，大大提高了生產(chǎn)效率和沖壓件的下線合格率，為后續(xù)生產(chǎn)提供了保障。

單臂機(jī)械手自動(dòng)沖壓線的自動(dòng)化系統(tǒng)，包括線頭拆垛、線中自動(dòng)化搬運(yùn)系統(tǒng)及安全控制系統(tǒng)，在本文中將分別予以介紹。

線頭拆垛系統(tǒng)

圖1 線頭拆垛系統(tǒng)

線頭拆垛系統(tǒng)（圖1）的工作流程是：拆垛機(jī)械手從板料小車(chē)拾取板件送到磁性皮帶機(jī)，磁性皮帶機(jī)攜板件經(jīng)過(guò)清洗機(jī)、涂油機(jī)、磁性皮帶機(jī)、掃描儀，最終送往對(duì)中臺(tái)，對(duì)中臺(tái)（圖2）根據(jù)掃描結(jié)果對(duì)板件位置進(jìn)行修正。其中，清洗機(jī)與涂油機(jī)可以選擇使用或不使用，不使用時(shí)可將設(shè)備開(kāi)出，然后控制兩個(gè)磁性皮帶機(jī)之間距離，能使板件平穩(wěn)通過(guò)。

圖2 對(duì)中臺(tái)

拆垛機(jī)械手動(dòng)作簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)Y方向（圖1中兩小車(chē)間的方向）和Z方向（垂直地面方向）的快速運(yùn)動(dòng)，滿足使用要求。機(jī)械手上安裝有雙板件檢測(cè)傳感器，可避免機(jī)械手拾取雙件送入模腔而損壞模具。機(jī)械手還安裝有光電傳感器，檢測(cè)板件的拾取情況，如果掉件拆垛手就會(huì)立即停止動(dòng)作，通過(guò)操作屏返回至原點(diǎn)重新動(dòng)作。

圖3 磁性分離器

線頭拆垛子系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程：當(dāng)生產(chǎn)完一個(gè)垛料堆，磁性分離器（圖3）安裝的接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到末料后，系統(tǒng)工控機(jī)就會(huì)發(fā)送轉(zhuǎn)移垛料堆的生產(chǎn)指令，機(jī)械手需要切換到另一垛料堆繼續(xù)生產(chǎn)。Y方向設(shè)有兩個(gè)垛料小車(chē)目的是為避免垛料切換造成停線，生產(chǎn)的連續(xù)性得以保證。并且，當(dāng)某邊小車(chē)出現(xiàn)故障需要離線維修時(shí)，生產(chǎn)線可使用另一小車(chē)維持生產(chǎn)。在板料小車(chē)定位方面，采用激光測(cè)距儀進(jìn)行檢測(cè)，提高小車(chē)行進(jìn)的精度和測(cè)距的穩(wěn)定性。

磁性分離器的主要目的是防止多板件同時(shí)進(jìn)入模腔而損壞模具，采取磁分離方式，為機(jī)械手的快速搬運(yùn)提供充分準(zhǔn)備，磁性分離器具有可消磁功能，保護(hù)操作工的安全，方便操作。

在高速生產(chǎn)過(guò)程中，為保證輸送質(zhì)量，采取措施避免板件滑移是非常重要的。磁性傳送帶在高速線中的使用，可以有效防止板件的滑移，為對(duì)中提供保證。磁性皮帶可將板件準(zhǔn)確傳輸至對(duì)中臺(tái)，避免二次定位出現(xiàn)過(guò)大調(diào)整。磁性皮帶設(shè)計(jì)為雙向運(yùn)行，當(dāng)兩軸機(jī)械手拾取到雙板件時(shí)，工控機(jī)將發(fā)送指令要求磁性皮帶反向運(yùn)行，將雙板件送往雙件回收料架。對(duì)中臺(tái)的作用是對(duì)板件進(jìn)行最終定位，以便讓上料機(jī)械手拾取到正確位置的板件準(zhǔn)確送入模腔。公司采用一種全新的掃描對(duì)中技術(shù)，其基本工作原理是將磁性皮帶送來(lái)的板件進(jìn)行掃描、獲取影像，然后與預(yù)先保存的標(biāo)準(zhǔn)影像對(duì)比得出位置差，工控機(jī)根據(jù)位置差計(jì)算出板件移動(dòng)的方向及移動(dòng)量，然后由擁有伺服軸的對(duì)中臺(tái)對(duì)板件的位置進(jìn)行修正。因掃描對(duì)中臺(tái)由獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行，在機(jī)械手運(yùn)送板件的過(guò)程足以完成對(duì)中，整個(gè)掃描對(duì)中無(wú)需占用整線的時(shí)間，即掃描對(duì)中先于機(jī)械手拾取板件完成。掃描儀工作原理見(jiàn)圖4。

圖4 掃描儀工作原理

線中自動(dòng)化搬運(yùn)系統(tǒng)

線中自動(dòng)化搬運(yùn)系統(tǒng)的運(yùn)行工作流程是：上料機(jī)械手拾取修正位置后的板件并送入第一號(hào)壓力機(jī)模腔，壓力機(jī)間機(jī)械手分別將完成拉深、切邊、翻邊和沖孔等工序的零件送入下一工位，機(jī)械手將沖壓完成的零件送到出料皮帶機(jī)，出料皮帶機(jī)將零件送出圍欄外，人工拾取零件裝框。單臂機(jī)械手結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。壓力機(jī)安裝有專(zhuān)門(mén)編碼器供前后機(jī)械手使用，以實(shí)時(shí)確認(rèn)壓力機(jī)、機(jī)械手的相互位置，實(shí)現(xiàn)壓力機(jī)與機(jī)械手的完全同步運(yùn)行，提高生產(chǎn)效率。線尾輸送主要由左、右兩個(gè)出料皮帶機(jī)組成，變頻控制皮帶機(jī)的速度，滿足生產(chǎn)速度需求。

圖5 單臂機(jī)械手結(jié)構(gòu)

除正常的生產(chǎn)搬運(yùn)功能以外，整線還有附加功能，可以使生產(chǎn)過(guò)程更加安全高效、更人性化。生產(chǎn)過(guò)程中由于產(chǎn)品切換不可避免，Gudel自動(dòng)化系統(tǒng)將整線設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)籌管理，在總控臺(tái)即可實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一切換。當(dāng)總控臺(tái)的產(chǎn)品切換指令發(fā)出，垛料小車(chē)、對(duì)中小車(chē)退出到非工作區(qū)域，所有機(jī)械手運(yùn)行到手動(dòng)就會(huì)更換端拾器位置。

不同的沖壓件有著不同的工序要求，一些簡(jiǎn)單的零件只需三個(gè)工序即可完成，故此類(lèi)零件只需運(yùn)行三臺(tái)壓力機(jī)就可以完成沖壓。Gudel自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使三個(gè)工序生產(chǎn)得以順利實(shí)現(xiàn)而無(wú)需運(yùn)行全部壓力機(jī)，只需在空運(yùn)行工位放置轉(zhuǎn)接工作臺(tái)，既節(jié)省能源、保證設(shè)備安全，又可提高生產(chǎn)效率。

整線自動(dòng)化設(shè)備設(shè)計(jì)有自潤(rùn)滑功能，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)到一定時(shí)間或一定循環(huán)，系統(tǒng)工控機(jī)將發(fā)出指令要求潤(rùn)滑系統(tǒng)對(duì)設(shè)備泵油，執(zhí)行自潤(rùn)滑維護(hù)保養(yǎng)

安全控制系統(tǒng)

安全防護(hù)系統(tǒng)采用圍欄和光柵配合，對(duì)于高速高危險(xiǎn)的區(qū)域，一律安裝安全圍欄。而低速運(yùn)行的區(qū)域，如板料小車(chē)退出的非工作區(qū)域安裝安全光柵若光柵被遮擋，在安全系統(tǒng)中就會(huì)有報(bào)警提示。

在安裝安全圍欄的封閉區(qū)域安裝安全門(mén)，當(dāng)生產(chǎn)或維修人員需要進(jìn)入封閉單元時(shí)，首先需要向安全門(mén)控制盒發(fā)出進(jìn)入的請(qǐng)求，此時(shí)單元內(nèi)的設(shè)備將運(yùn)行至安全位置并切斷能源供應(yīng)，安全指示燈指示安全后，人員方可進(jìn)入作業(yè)。在每個(gè)封閉區(qū)域內(nèi)還設(shè)置有逃生門(mén)，主要是區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)意外情況時(shí)，供緊急撤出使用。逃生門(mén)只允許從單元內(nèi)部打開(kāi)，并當(dāng)逃生門(mén)打開(kāi)狀態(tài)下整線設(shè)備都將處于安全狀態(tài)。為避免設(shè)備誤動(dòng)作并方便生產(chǎn)人員操作，整線集成所有機(jī)械手端拾器的光電傳感器和模具安裝的零件檢測(cè)傳感器，對(duì)生產(chǎn)全過(guò)程進(jìn)行有效跟蹤，當(dāng)零件意外掉落或零件在模腔的位置不正確時(shí)，傳感器檢測(cè)出意外情況發(fā)生，就會(huì)阻止系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行以保護(hù)設(shè)備。

結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的環(huán)境中競(jìng)爭(zhēng)異常激烈，各企業(yè)都在探索著如何提高生產(chǎn)效率、改變生產(chǎn)方式、降低能耗、節(jié)約成本，突飛猛進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)必將為企業(yè)的發(fā)展提供動(dòng)力、為社會(huì)的發(fā)展注入新的血液從而推動(dòng)著沖壓技術(shù)向前發(fā)展。