丁剛強(qiáng)

（廣西汽車集團(tuán)柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州545007）

0 前言

在全球競(jìng)爭(zhēng)的新形勢(shì)下，為了改變制造業(yè)“大而不強(qiáng)”的現(xiàn)狀，我國(guó)提出了工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的發(fā)展戰(zhàn)略。制造業(yè)智能化已經(jīng)被國(guó)家列為未來(lái)行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵戰(zhàn)略。推廣應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人成為了提高企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，解決人力供求矛盾，提高核心競(jìng)爭(zhēng)力的必由之路。以汽車產(chǎn)業(yè)為例，在焊接、涂裝、裝配、上下料、搬運(yùn)等作業(yè)中，機(jī)器人都已逐步取代了人工作業(yè)。

汽車車身鈑金件沖壓領(lǐng)域，沖壓自動(dòng)化系統(tǒng)集成及應(yīng)用是沖壓生產(chǎn)線體現(xiàn)其生產(chǎn)能力的關(guān)鍵因素。與傳統(tǒng)手工沖壓相比，自動(dòng)化沖壓具有安全、高效、節(jié)材等優(yōu)點(diǎn)，是板材加工技術(shù)的發(fā)展方向[1]。六軸或七軸工業(yè)機(jī)器人將逐步成為當(dāng)前汽車車身鈑金件沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)中絕對(duì)重要的組成部份，它的大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用，對(duì)于加速實(shí)現(xiàn)汽車零部件產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)有非常明顯的推動(dòng)作用。

1 總體思路

結(jié)合產(chǎn)品特點(diǎn)及柔性要求，采用“普通壓力機(jī)+機(jī)器人傳輸”形式[2]。利用六臺(tái)六軸或七軸工業(yè)機(jī)器人、智能視覺(jué)對(duì)中系統(tǒng)、自動(dòng)模具更換系統(tǒng)、自動(dòng)清洗涂油、自動(dòng)更換端拾器系統(tǒng)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線項(xiàng)目建設(shè)。對(duì)沖壓線的總體設(shè)計(jì)、沖壓機(jī)器人協(xié)調(diào)作業(yè)、板料自動(dòng)清洗涂油、沖壓機(jī)器人端拾器自動(dòng)更換、沖壓模具自動(dòng)更換等技術(shù)進(jìn)行集成與應(yīng)用，最終開(kāi)發(fā)出了適合汽車零部件行業(yè)推廣的六軸或七軸工業(yè)機(jī)器人沖壓自動(dòng)化聯(lián)線技術(shù)集成及應(yīng)用系統(tǒng)。

2 主要特點(diǎn)

（1）采用沖壓專用的六軸或七軸工業(yè)機(jī)器人，結(jié)合壓力機(jī)的間距及產(chǎn)品柔性需求，實(shí)現(xiàn)了串聯(lián)式?jīng)_壓生產(chǎn)線自動(dòng)生產(chǎn)方式，自動(dòng)運(yùn)行率從0提高到90%.

根據(jù)壓力機(jī)設(shè)備間距數(shù)值及產(chǎn)品柔性要求，結(jié)合機(jī)械手與機(jī)器人的優(yōu)缺點(diǎn)，采用了ABB IRB6660-3.2/120沖壓專用的六軸或七軸工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)線的單機(jī)自動(dòng)化聯(lián)線。并通過(guò)自動(dòng)更換機(jī)器人的端拾器來(lái)吸取各種不同的沖壓件實(shí)現(xiàn)在制件傳輸?shù)摹笆叭　焙汀皵[放”。端拾器可通過(guò)快速更換系統(tǒng)在3 min內(nèi)完成自動(dòng)更換，實(shí)現(xiàn)柔性。

通過(guò)對(duì)六軸或七軸工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)板料拆垛、清洗涂油、光學(xué)對(duì)中系統(tǒng)、自動(dòng)上件、自動(dòng)傳送、自動(dòng)下線、自動(dòng)更換端拾器、自動(dòng)換模、廢料自動(dòng)收集等的集成，通過(guò)中央控制系統(tǒng)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)等技術(shù)手段及措施，實(shí)現(xiàn)沖壓自動(dòng)線較強(qiáng)的可靠性、穩(wěn)定性，使自動(dòng)運(yùn)行率達(dá)到90%。

工業(yè)機(jī)器人在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的應(yīng)用主要遵循：堆垛拆垛→板料傳送→清洗涂油→板料對(duì)中→上料機(jī)器人送料→首臺(tái)壓力機(jī)沖壓→下料機(jī)器人取、送料→壓機(jī)沖壓→根據(jù)工序數(shù)量循環(huán)→下料機(jī)器人取、送料→末端壓機(jī)沖壓→線尾機(jī)器人取、放料→皮帶機(jī)輸送→人工碼垛的循環(huán)方式。

其中，板料光學(xué)對(duì)中系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)板料在經(jīng)過(guò)清洗、涂油后，通過(guò)視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)，對(duì)板料的位置、角度進(jìn)行識(shí)別，按指定的板料抓取位置進(jìn)行抓取，放置到壓力機(jī)生產(chǎn)線上的第一臺(tái)壓力機(jī)的模具上。該項(xiàng)目所集成和應(yīng)用的板料光學(xué)對(duì)中系統(tǒng)，能夠可靠地將板料對(duì)中后放置到壓力機(jī)的沖壓模具上，提升板料抓取、輸送和放置的可靠性、維修維護(hù)的方便性。

（2）采用了智能視覺(jué)對(duì)中系統(tǒng)（見(jiàn)圖1），實(shí)現(xiàn)了對(duì)沖壓板料位置誤差的智能化識(shí)別及機(jī)器人自動(dòng)更新抓取程序軌跡，解決了板料從料垛到首臺(tái)壓力機(jī)上料間板料傳輸?shù)奈恢闷?，將生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍由手工的5 spm提高到10 spm。

圖1 視覺(jué)對(duì)中系統(tǒng)

主要影響生產(chǎn)線布局及輸出節(jié)拍的因素在于拆垛、對(duì)中以及壓機(jī)間搬運(yùn)等環(huán)節(jié)[3]，本研究通過(guò)采用ABB公司的沖壓專用機(jī)器人IRB6660與Rockwell PLC控制系統(tǒng)結(jié)合，通過(guò)COGNEX康耐視IS5403-11工業(yè)相機(jī)實(shí)施拍攝板料的圖像，運(yùn)用算法，對(duì)圖像進(jìn)行處理，獲取板料工件位置數(shù)據(jù)，再通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行位置比對(duì)，把位置變化量傳輸給機(jī)器人，機(jī)器人自動(dòng)通過(guò)調(diào)整抓件姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取工件。實(shí)現(xiàn)沖壓自動(dòng)線的可靠性、穩(wěn)定性，使自動(dòng)運(yùn)行率達(dá)到90%。

自動(dòng)化沖壓線視覺(jué)對(duì)中系統(tǒng)的組成自動(dòng)化沖壓線的起始工位為沖壓板料拆垛區(qū)域，拆垛區(qū)的拆垛速度決定了整條沖壓線生產(chǎn)節(jié)拍的快慢。該區(qū)域內(nèi)集中了眾多的工藝設(shè)備，線首單元具體包括拆垛、輸送、清洗、涂油、對(duì)中、上料模塊，傳送單元包括傳送模塊，線尾單元包括下料、檢驗(yàn)、裝框模塊。工藝設(shè)備布局分布如圖2所示。

圖2 工藝設(shè)備分布圖

通過(guò)板料自動(dòng)拆垛系統(tǒng)、自動(dòng)輸送系統(tǒng)、自動(dòng)清洗涂油系統(tǒng)等技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)沖壓自動(dòng)線較高的生產(chǎn)節(jié)拍，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)節(jié)拍7～10次/min。

其中，板料自動(dòng)拆垛系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在人工將沖壓板料以垛料形式放置到垛料臺(tái)車上之后的板料自動(dòng)磁性分張（防多張技術(shù)應(yīng)用）、ABB工業(yè)機(jī)器人抓取板料拆垛、自動(dòng)放料到皮帶輸送機(jī)上（進(jìn)入到清洗機(jī)及涂油機(jī)），解決了人機(jī)交互的安全問(wèn)題，并降低人力成本。

自動(dòng)清洗機(jī)、涂油機(jī)系統(tǒng)包括清洗和涂油，清洗機(jī)適合汽車外觀件的生產(chǎn)，板料經(jīng)過(guò)清洗、去除表面的雜質(zhì)顆粒，避免沖壓過(guò)程中損傷板料表面。涂油機(jī)可根據(jù)板料的形狀，進(jìn)行編程，需要涂油的部位進(jìn)行涂油，不需要涂油的部分不涂油，最大限度地節(jié)省防銹拉伸油。通過(guò)對(duì)清洗機(jī)及涂油機(jī)的集成與應(yīng)用，達(dá)到考慮沖壓件表面質(zhì)量的同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)型。

對(duì)于質(zhì)量要求比較高的汽車外板件，需要使用清洗機(jī)。對(duì)于質(zhì)量要求不高的汽車內(nèi)板件，則可以不使用清洗機(jī)，對(duì)其安裝位置進(jìn)行預(yù)留。

（3）采用碳纖維材料做端拾器主桿，降低端拾器重量10 kg，從而降低機(jī)器人負(fù)載，提高機(jī)器人運(yùn)行的可靠性。

板料在壓力機(jī)之間傳輸，因機(jī)器人的速度快、板料重，導(dǎo)致慣性大，機(jī)器人負(fù)載重，影響其可靠性，采用碳纖維材料，重量減輕，提高可靠性。

碳纖維（carbon fiber，簡(jiǎn)稱CF），是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機(jī)纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維“外柔內(nèi)剛”，質(zhì)量比金屬鋁輕，但強(qiáng)度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國(guó)防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強(qiáng)纖維。見(jiàn)圖3。

圖3 端拾器碳纖維主桿

（4）采用了自動(dòng)模具夾緊器，實(shí)現(xiàn)快速自動(dòng)換摸。將換摸時(shí)間從手工生產(chǎn)線的30～50 min，縮短到10 min內(nèi)完成，大幅提升自動(dòng)線柔性及生產(chǎn)效率。

該項(xiàng)目所集成和應(yīng)用的自動(dòng)換模系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)模具的自動(dòng)松模、自動(dòng)移出、自動(dòng)夾模，將換摸時(shí)間從手工生產(chǎn)線的30～50 min，縮短到10 min內(nèi)完成，大大提升自動(dòng)線柔性及生產(chǎn)效率，如圖5、圖6和圖7所示。

圖5 沖壓自動(dòng)線方案整體模型圖1

圖6 沖壓自動(dòng)線方案整體模型圖2

圖7 沖壓自動(dòng)線方案局部模型圖

沖壓自動(dòng)線柔性好，端拾器可在10 min內(nèi)快速、靈活更換，自動(dòng)換摸系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)模具在10 min內(nèi)自動(dòng)、快速更換。

其中，在端拾器快速更換系統(tǒng)方面，端拾器是具有柔性的工裝夾具，是沖壓自動(dòng)化線必不可少的組成部分。在沖壓生產(chǎn)中，機(jī)器人通過(guò)更換端拾器來(lái)吸取各種不同的沖壓件，利用端拾器實(shí)現(xiàn)在制件傳輸?shù)摹笆叭　焙汀皵[放”。隨著汽車生產(chǎn)線的柔性要求的提高，六軸或七軸工業(yè)機(jī)器人的端拾器要經(jīng)常進(jìn)行切換，以適應(yīng)不同的板料及產(chǎn)品。該項(xiàng)目所集成與應(yīng)用的端拾器快速更換系統(tǒng)，將實(shí)現(xiàn)端拾器的自動(dòng)更換，并在3 min內(nèi)完成，大大提升自動(dòng)線柔性及生產(chǎn)效率。為適應(yīng)更多的產(chǎn)品共線生產(chǎn)，也需要實(shí)現(xiàn)端拾器的自主集成和掌握編程技術(shù)，提高沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的多品種的適應(yīng)性。

在自動(dòng)換摸系統(tǒng)方面，自動(dòng)換摸系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)模具的自動(dòng)更換，具備自動(dòng)松模、自動(dòng)移出、新模具自動(dòng)夾模等功能。該項(xiàng)目所集成與應(yīng)用和應(yīng)用的自動(dòng)換模系統(tǒng)，將使換摸時(shí)間從手工生產(chǎn)線的30～50 min，縮短到10 min內(nèi)完成，大大提升自動(dòng)線柔性及生產(chǎn)效率。

該項(xiàng)技術(shù)集成與應(yīng)用，相比傳統(tǒng)手工生產(chǎn)線，產(chǎn)生的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)如表1所示。

表1 自動(dòng)線與手工線對(duì)比

3 結(jié)束語(yǔ)

機(jī)器人自動(dòng)化沖壓線技術(shù)，將提高企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率，提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。與傳統(tǒng)手工生產(chǎn)線相比，六軸或七軸工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化沖壓線的應(yīng)用，將生產(chǎn)線節(jié)拍提升至7～10次/min，從而使公司在沖壓產(chǎn)品方面的生產(chǎn)效率大幅提升。通過(guò)機(jī)器生產(chǎn)代替手工操作，提高產(chǎn)品的制造精度，從而提升沖壓產(chǎn)品的質(zhì)量，且六軸或七軸工業(yè)機(jī)器人沖壓自動(dòng)線作為一種靈活、可靠、通用的加工單元完全可以長(zhǎng)時(shí)間保持工作的穩(wěn)定性和安全性，通過(guò)更換端拾器和機(jī)器人程序簡(jiǎn)單的調(diào)整就可以應(yīng)用在不同的沖壓產(chǎn)品生產(chǎn)上。由于生產(chǎn)效率、產(chǎn)能和產(chǎn)品質(zhì)量的提升，為公司的核心競(jìng)爭(zhēng)力提升提供了有力支持，核心競(jìng)爭(zhēng)力的提升在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的汽車零部件行業(yè)中尤為重要。