王寶海

（天津信泰汽車零部件有限公司，天津 300450）

機(jī)器人柔性沖切線技術(shù)研討

王寶海

（天津信泰汽車零部件有限公司，天津 300450）

伴隨著工業(yè)4.0時代的來臨及工廠自動化日益需求的不斷增大，結(jié)合工廠生產(chǎn)現(xiàn)狀，經(jīng)對現(xiàn)有人工沖切飾條（汽車類）現(xiàn)狀的評估與分析，探討了機(jī)器人替代人工作業(yè)的優(yōu)勢，并且詳細(xì)闡述了機(jī)器人柔性沖切線的技術(shù)要點。提出了以機(jī)器人為主體的柔性化生產(chǎn)模式。對其中所涉及的上件、夾取、快速換模、廢料清除等模塊的結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行了較深層面的探討，并且在實際生產(chǎn)過程中得到了充分驗證。在人工制造成本不斷上漲的背景下，運(yùn)用機(jī)器人自動化系統(tǒng)替代人工作業(yè)，可大大提升產(chǎn)品生產(chǎn)標(biāo)時、提升良品率，較大幅度降低企業(yè)的制造成本。本文所闡述的機(jī)器人沖切系統(tǒng)為人工沖切生產(chǎn)線改造升級提供了參考。

機(jī)器人沖切；柔性生產(chǎn)線；快速換模；自動化

1 機(jī)器人生產(chǎn)線的特點

機(jī)器人與人工兩種作業(yè)模式有著本質(zhì)的區(qū)別，尤其是在大批量生產(chǎn)模式下，越發(fā)體現(xiàn)出機(jī)器人作業(yè)的優(yōu)勢。主要有以下幾個方面：（1）產(chǎn)能標(biāo)時平均提升20%～30%。（2）產(chǎn)品加工品質(zhì)穩(wěn)定。（3）設(shè)備、模具故障率降低。（4）提升企業(yè)競爭力。

2 機(jī)器人生產(chǎn)線主要部件

機(jī)器人自動沖切線包含相關(guān)的工裝與設(shè)備，其運(yùn)行穩(wěn)定、功能完善是整個系統(tǒng)正常工作的保證。主要部件組成有：（1）上件工裝。自動、連續(xù)輸送待沖切半成品。（2）中轉(zhuǎn)工裝。各工位之間傳遞產(chǎn)品中轉(zhuǎn)臺。（3）夾取工裝。夾緊、定位產(chǎn)品，進(jìn)行沖切。（4）底座。設(shè)備、工裝安裝、穩(wěn)固。（5）廢料清除工裝。沖切廢料排出機(jī)構(gòu)。（6）沖壓設(shè)備。產(chǎn)品沖切壓機(jī)。

2.1 上件工裝

上件工裝用于輸送待沖切的產(chǎn)品，人工放置產(chǎn)品在上件工裝上，自動、連續(xù)輸送產(chǎn)品，且將產(chǎn)品進(jìn)行精確定位，滿足機(jī)器人夾取產(chǎn)品要求。上件工裝主要結(jié)構(gòu)及要求如下。

（1）鏈條。鏈條類型主要為輸送類鏈條，單側(cè)或雙側(cè)附帶連接板，治具塊。常用的鏈條的節(jié)距9.525mm、12.07mm、19.05mm。在鏈條選型時，需重點關(guān)注以下幾點：①鏈條單側(cè)或雙側(cè)連接板整體平面度。②鏈條連接板整體應(yīng)平齊。（2）治具塊。治具塊需根據(jù)產(chǎn)品斷面及放置姿態(tài)進(jìn)行設(shè)計，其斷面形狀直接決定產(chǎn)品放置精度。設(shè)計時需滿足以下幾點要求：①便于放置產(chǎn)品。②產(chǎn)品定位精度高且穩(wěn)定。③斷面設(shè)計簡單、容易加工。④相鄰治具塊進(jìn)行顏色區(qū)分，便于目視辨別。上件工裝中包含的治具塊數(shù)量較多，需先制作首件，進(jìn)行斷面輪廓驗證，確認(rèn)無誤后，方可批量投入生產(chǎn)，降低批量加工風(fēng)險。（3）頂緊工裝。人工放置產(chǎn)品具有不一致性，無法滿足機(jī)器人夾取精度要求。因此，需要對產(chǎn)品進(jìn)行二次精準(zhǔn)定位。此工裝根據(jù)需求主要分為兩類：①氣動型頂緊工裝：此方式需對氣缸頂緊力進(jìn)行限制，防止頂緊力過大，導(dǎo)致產(chǎn)品變形，造成品質(zhì)異常，成本較低。②伺服型頂緊工裝：此方式精度高，且可對頂緊行程進(jìn)行設(shè)定，易于控制，成本較高。（4）頂升模塊。為滿足輸送部分“產(chǎn)品多，尺寸小”的要求，需將產(chǎn)品間距降低至最小。在此狀態(tài)下，無法滿足夾取工裝夾取產(chǎn)品空間尺寸要求。為解決此問題，需要將待夾取的產(chǎn)品頂升至一定的高度，滿足夾取工裝自身的空間尺寸。頂升方案常用類型如下：①氣動型頂升方式。②伺服型頂升方式。以上兩種方式的特點可參考頂緊工裝。（5）產(chǎn)品檢測。產(chǎn)品檢測信號用于工裝停止即產(chǎn)品位置定位。當(dāng)系統(tǒng)收到此信號，工裝立即停止，此位置即為機(jī)器人夾取產(chǎn)品位置。因此，此位置必須精確，滿足夾取要求。檢測方式分為直接檢測與間接檢測兩種方式。①直接檢測：傳感器直接檢測產(chǎn)品，輸出信號。②間接檢測：檢測其余部位，輸出信號，如治具塊等。以上兩種方式均可滿足產(chǎn)品定位要求。在實際運(yùn)行過程中會出現(xiàn)產(chǎn)品位置超過定位傳感器造成產(chǎn)品定位不準(zhǔn)確現(xiàn)象。造成此問題的原因，主要是由于工裝傳輸速度過快，當(dāng)傳感器檢測到產(chǎn)品的瞬間，工裝無法立即停止，沖過檢測位置。解決此問題常用方法：一是降低工裝輸送速度，直至滿足定位精準(zhǔn)度要求。二是電機(jī)采用帶抱閘形式，保證定位準(zhǔn)確度；三是在此檢測點之前，增加慢速檢測點，配置相應(yīng)傳感器，自動進(jìn)行快、慢速調(diào)整。（6）上料檢測。當(dāng)工裝上的產(chǎn)品數(shù)量少于設(shè)定值時，系統(tǒng)發(fā)出報警進(jìn)行提示，以便補(bǔ)充產(chǎn)品，避免待料停機(jī)。

2.2 中轉(zhuǎn)臺

中轉(zhuǎn)臺作為沖切過程中放置產(chǎn)品的平臺，起到各個工序銜接的作用，對其定位精確度及產(chǎn)品放置姿態(tài)的穩(wěn)定性都有較高的要求。中轉(zhuǎn)臺包括產(chǎn)品定位型塊、頂緊機(jī)構(gòu)、檢測機(jī)構(gòu)三個部分，三者缺一不可。（1）產(chǎn)品定位型塊。產(chǎn)品與之直接接觸，起到支撐產(chǎn)品與控制產(chǎn)品姿態(tài)的作用。因此，斷面形狀設(shè)計尤為重要，遵循兩個原則：①簡單設(shè)計原則。識別產(chǎn)品斷面圖重要定位點（線型區(qū)間），設(shè)計最簡單的斷面。②便于加工原則；所設(shè)計的斷面可以采用最簡單的加工方式進(jìn)行加工，如線切割一次切割完成、數(shù)控銑床一次加工完成等；通常，同一生產(chǎn)線會生產(chǎn)多種不同的產(chǎn)品，其解決共用性的辦法，主要有以下幾種：一是設(shè)計1種共用的型塊斷面；二是在一種治具塊上，預(yù)留多個工位；三是治具塊實現(xiàn)快速更換。（2）頂緊機(jī)構(gòu)。產(chǎn)品在中轉(zhuǎn)臺放置時，由于受到?jīng)_切震動（主要因素）等外界不穩(wěn)定因素影響，會出現(xiàn)產(chǎn)品抖動、移位等現(xiàn)象，導(dǎo)致產(chǎn)品尺寸波動較大，甚至超出公差，造成不良。因此，需增加頂緊機(jī)構(gòu)消除此類不良影響。（3）檢測機(jī)構(gòu)。此模塊為中轉(zhuǎn)臺信息反饋部分。檢測產(chǎn)品有無輸出信號與控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊。其傳感器類型需根據(jù)產(chǎn)品材料進(jìn)行選擇。

2.3 夾取工裝

夾取工裝用于夾取產(chǎn)品，進(jìn)行產(chǎn)品加工（沖切、組立等）。為實現(xiàn)同一生產(chǎn)線加工不同產(chǎn)品，需要切換相應(yīng)的工裝零件。目前，切換工裝塊的方式主要有以下三種。（1）電、氣直接快換方式（整體更換）。此方式可整體切換工裝，包含氣路、電路及相關(guān)機(jī)械件?？蓪崿F(xiàn)復(fù)雜工裝切換，其成本較高。（2）機(jī)械快換方式（局部更換）。采用機(jī)械定位、鎖緊方式，進(jìn)行快速換模，如采用氣動件與定位銷組合方式等。（3）電磁快換方式（局部更換）。①電磁方式：電磁方式在工作過程中，需持續(xù)通電，消耗電能。連續(xù)工作一個生產(chǎn)班次，時間約為8～10小時，其自身會產(chǎn)生熱量，表面溫度約40～50℃。②電永磁方式：電永磁方式較為“安全、節(jié)能”，僅在充磁和消磁時通電消耗電能，工作過程中不使用電能，且自身無發(fā)熱狀況，較電磁方式節(jié)能95%，但是此方式費(fèi)用高。

2.4 底座

生產(chǎn)線中重要部件需配置專用底座（如機(jī)器人、油壓機(jī)等），才能保證整個系統(tǒng)運(yùn)行具有較高的精度。同時，也有利于裝配、調(diào)試工作。常用底座主要分為兩種類型如下。（1）整體型。生產(chǎn)線中所有部件均安裝在同一底座上，此類底座具有如下優(yōu)點：①便于布局調(diào)整。②線路、管路均可置于底座內(nèi)部。同時，此類底座也具有一些弊端。一是底座體積較大，需考慮空間尺寸（搬運(yùn)過程中、現(xiàn)場布局）；二是加工難度大，需進(jìn)行整體銑削；三是，成本較高。（2）分離型。生產(chǎn)線部件均配置單獨底座，如機(jī)器人底座、油壓機(jī)底座等。此類底座具有如下優(yōu)點：底座體積小，便于搬運(yùn)與布局；易于加工；成本較低。同時，此類底座也具有一些弊端，一是不便于布局調(diào)整；二是線路、管路均為外置。

2.5 廢料清除工裝

目前，汽車飾條類產(chǎn)品的材料主要分為兩大類型，其分類如下：①非金屬材料。主要為PVC、PE等。②金屬材料。主要為不銹鋼等，其厚度在0.2mm-0.3mm。飾條類產(chǎn)品沖切后，廢料會堆積在模具底部，如不及時清理，會造成模具落料口堵料，產(chǎn)品無法正常入模，出現(xiàn)產(chǎn)品品質(zhì)異常，造成系統(tǒng)故障。經(jīng)統(tǒng)計測算，產(chǎn)品殘余廢料重量基本小于0.1kg，重量較輕，可采取多種方式進(jìn)行清除，以下介紹了兩種主要的清除廢料方式。（1）直接落料型。在模具底板、沖切設(shè)備底板（油壓機(jī)底板、沖床底板等）開落料孔，產(chǎn)品沖切完成后，廢料通過落料孔直接掉落在下方廢料箱里。此方式簡單、有效，但是會降低模具及沖壓設(shè)備整體強(qiáng)度，需進(jìn)行校驗計算。（2）氣體排出型。由于廢料重量較輕，可采用壓縮氣體進(jìn)行吹除。目前，工廠壓縮空氣的壓力一般為0.4～0.6MPa，利用此壓力可將廢料排出。為提升排廢料效果，需在以下幾個方面做出改善：①由主管路單獨引出，不與其他管路相連。②此管路需串聯(lián)氣罐，作為壓力緩沖，提升氣體流量。③氣罐吹氣端部采用扁口型式，增加吹氣角度與面積。

2.6 產(chǎn)品沖壓設(shè)備

飾條類產(chǎn)品沖壓，一般為小型沖壓設(shè)備，主要分為以下幾類：①機(jī)械式?jīng)_床：此類設(shè)備為機(jī)械式?jīng)_壓設(shè)備，工作時噪音較大。②液壓機(jī)：此類設(shè)備壓力大，對環(huán)境污染較大。③氣液增壓機(jī)：此類設(shè)備潔凈度高，易受氣壓波動影響。④伺服壓機(jī)：此類設(shè)備精度高，潔凈度高，參數(shù)可設(shè)定，成本較高。

3 結(jié)語

現(xiàn)今，隨著企業(yè)生產(chǎn)制造成本的不斷增加，機(jī)器人柔性線的優(yōu)勢日益顯現(xiàn)出來，已經(jīng)廣泛應(yīng)用至企業(yè)中，其一定會取代傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，必將給現(xiàn)在的工業(yè)生產(chǎn)帶來巨大的變革。機(jī)器人技術(shù)正向高精度、高柔性化方向快速發(fā)展，加之其與主流自動化技術(shù)相融合，將給生產(chǎn)帶來很大改變。

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1671-0711（2017）03（上）-0102-02