雷玉霞，廖 勇，韋旺華，賈庚鳳，姜慧麗，吳秀桃

（東風(fēng)柳州汽車(chē)有限公司，廣西 柳州 545000）

沖壓自動(dòng)線以其特有的高效能、高安全性和穩(wěn)定性[1-5]，成為沖壓行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的汽車(chē)生產(chǎn)廠家采用自動(dòng)線以滿足高速的生產(chǎn)制造需求[6]。沖壓自動(dòng)線生產(chǎn)零件尺寸精度及A面質(zhì)量穩(wěn)定可靠，且生產(chǎn)效率高。端拾器作為自動(dòng)沖壓線體各工序之間工序件傳遞的主要載體，其安裝位置度和吸盤(pán)壓縮量的平衡性等問(wèn)題對(duì)工序件的搬運(yùn)過(guò)程以及放置情況均有不同程度的影響，從而影響零件的尺寸精度和A面質(zhì)量[7、8]。然而，目前沖壓自動(dòng)線用端拾器的組裝均與模具一次上線調(diào)試同時(shí)進(jìn)行，占用大量的線體時(shí)間（約為2h），且安裝匆忙，造成如下不良：吸盤(pán)位置的隨意性，角度的隨意性，與設(shè)計(jì)圖紙不相符；各個(gè)吸盤(pán)壓縮量不同，單個(gè)吸盤(pán)周圈壓縮量不同，導(dǎo)致運(yùn)輸過(guò)程的晃動(dòng)和不平衡，從而影響零件的尺寸精度和A面質(zhì)量。本文通過(guò)探討端拾器設(shè)計(jì)基本原則、吸盤(pán)安裝基本原則以及線外端拾器精確組裝等方面，得出用以指導(dǎo)沖壓自動(dòng)線端拾器安裝調(diào)試效率提升的方法。

1 生產(chǎn)線體參數(shù)背景

本文研究對(duì)象示意圖見(jiàn)圖1，板料經(jīng)上料工位，經(jīng)清洗涂油機(jī)，進(jìn)入4臺(tái)機(jī)械壓力機(jī)主線，傳輸為七軸ABB機(jī)器人（采用常規(guī)10點(diǎn)控制方式）。

圖1 自動(dòng)沖壓線示意圖

2 端拾器安裝調(diào)試效率提升方法

2.1 端拾器設(shè)計(jì)基本原則

2.1.1 端拾器的設(shè)計(jì)需關(guān)聯(lián)模具圖和機(jī)器人姿態(tài)

傳統(tǒng)的端拾器圖紙?jiān)O(shè)計(jì)方式，采用零件工法圖，按一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行設(shè)計(jì)，即全序模具端拾器為一套圖紙。按設(shè)計(jì)出圖后，進(jìn)行端拾器吸盤(pán)和橫桿的準(zhǔn)備。此種設(shè)計(jì)方式存在諸多弊端，與實(shí)際線體安裝存在差異，致使端拾器安裝調(diào)試效率低，占用線上時(shí)間多，且容易出現(xiàn)端拾器零部件不符合實(shí)際使用要求的情況，或者與實(shí)際模具干涉的情況（圖3）。線上安裝端拾器時(shí)，需要根據(jù)機(jī)器人姿態(tài)，以及對(duì)應(yīng)模具上零件的姿態(tài)，安裝各個(gè)吸盤(pán)和橫桿，可知，端拾器的組裝位置與機(jī)器人姿態(tài)和零件姿態(tài)存在密不可分的聯(lián)系。因此，端拾器設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)按對(duì)應(yīng)的模具圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)，考慮各類(lèi)零件軌跡調(diào)試方式，參考典型機(jī)器人下料和上料的姿態(tài)，最終確定取料點(diǎn)機(jī)器人的姿態(tài)，以設(shè)計(jì)準(zhǔn)確的端拾器。

圖2 端拾器與模具干涉

圖3 端拾器左右對(duì)稱設(shè)計(jì)案例

2.1.2 端拾器扁平化

線體調(diào)試時(shí)，在機(jī)器人取料需設(shè)置提前進(jìn)入角度這一參數(shù)，用以在實(shí)際線體運(yùn)行時(shí)，無(wú)需機(jī)臺(tái)走到上死點(diǎn)，提前啟動(dòng)機(jī)器人取料。因此，為了減小機(jī)器人的提前進(jìn)入角度，盡可能提前啟動(dòng)機(jī)器人，端拾器整體高度盡量減小，即盡可能扁平化。這就要求我們?cè)诓贾梦P(pán)的時(shí)候，整體考慮吸盤(pán)所處的Z向高度，使各吸盤(pán)的Z向高度差盡可能的小。

2.1.3 吸盤(pán)對(duì)稱布置

端拾器左右吸盤(pán)設(shè)計(jì)不均時(shí)，會(huì)導(dǎo)致端拾器在吸料過(guò)程中存在料片塌陷、運(yùn)輸過(guò)程晃動(dòng)甚至掉料現(xiàn)象。主要原因（圖3）：吸起料片后，由于A端至B端中間前部懸空部分長(zhǎng)，料片往下塌；吸起料片運(yùn)輸至OP10時(shí)，由于左右端拾器受力不均，造成運(yùn)輸過(guò)程晃動(dòng)，影響定位精度；當(dāng)視覺(jué)效果不佳、R2機(jī)器人識(shí)別有誤時(shí)，1號(hào)吸盤(pán)未吸到板料，造成A端僅有2號(hào)和3號(hào)吸盤(pán)吸料，運(yùn)輸過(guò)程晃動(dòng)，造成掉料。因此，在端拾器設(shè)計(jì)的時(shí)候需考慮吸盤(pán)布置的對(duì)稱性。

2.2 吸盤(pán)安裝基本原則

真空吸盤(pán)用于完成工件的搬運(yùn)工具。吸盤(pán)搬運(yùn)工件的過(guò)程中，并不是吸盤(pán)本身吸住了工件，而是吸盤(pán)內(nèi)部抽真空，在大氣壓力作用下，氣壓將吸盤(pán)與工件壓到一起，從而實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)。由此可知，吸盤(pán)的壓縮量不影響吸力，吸盤(pán)的吸力與壓差和吸附面積成正比，壓力差越大或吸附面積（吸盤(pán)直徑）越大，吸力就越大，工件就越穩(wěn)定。

2.2.1 合理計(jì)算理論吸力

當(dāng)吸盤(pán)的吸力不能大于理論吸力時(shí)，可能會(huì)發(fā)生掉件、抖動(dòng)等影響工件搬運(yùn)的效率，故在設(shè)計(jì)端拾器時(shí)，需要考慮單個(gè)吸盤(pán)的吸力以及吸盤(pán)個(gè)數(shù)和分布等參數(shù)。理論吸力，可按照以下經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算：

理論吸力=M×（g + a）×S（1）其中：M為工件重量；g為重力加速度；a為系統(tǒng)加速度；S為安全系數(shù)（建議安全系數(shù)大于2.0）。

2.2.2 吸盤(pán)Z向正面布置

當(dāng)吸盤(pán)Z向布置時(shí)，吸盤(pán)產(chǎn)生的吸力僅需要克服工件重力即可，當(dāng)吸盤(pán)非Z向布置時(shí)，則吸盤(pán)吸力產(chǎn)生的Z向摩擦力需要克服工件的重力，此時(shí)吸力則較前種情況增大。因此，在設(shè)計(jì)前期，盡可能的使吸盤(pán)Z向正面布置。工件的理論吸力在工件水平放置情況下要遠(yuǎn)小于豎直放置情況下所需吸力，因此，當(dāng)吸盤(pán)與工件成一定角度時(shí)，會(huì)對(duì)吸力的大小產(chǎn)生影響。

2.2.3 端拾器運(yùn)輸過(guò)程抖動(dòng)的防止

端拾器抖動(dòng)主要原因：吸盤(pán)布置不合理，端拾器需要盡可能對(duì)稱布置，使工件中心兩端，端拾器受到的載荷均勻布置；端拾器主桿的剛度不足，使其兩端產(chǎn)生撓度彈性變形；機(jī)器人運(yùn)行軌跡不平順，有卡頓，此時(shí)端拾器會(huì)在慣性作用下產(chǎn)生“抖動(dòng)”。

2.2.4 吸盤(pán)壓縮量均勻

吸盤(pán)在非壓縮狀態(tài)下，隨機(jī)器人的移動(dòng)，到取料點(diǎn)進(jìn)行取料，此時(shí)如果單個(gè)吸盤(pán)和各個(gè)吸盤(pán)之間的壓縮量不均勻，則會(huì)出來(lái)某些部分或者某個(gè)吸盤(pán)先接觸板料的情況，容易造成板件過(guò)壓而出現(xiàn)面品問(wèn)題。因此，端拾器上單個(gè)吸盤(pán)周圈的壓縮量，盡可能均勻，避免造成局部接觸，對(duì)工件產(chǎn)生過(guò)壓；端拾器上各個(gè)吸盤(pán)的壓縮量盡可能均勻，避免吸料時(shí)因個(gè)別吸盤(pán)先接觸料片而產(chǎn)生過(guò)壓。

2.3 線外端拾器精確組裝驗(yàn)證

近年來(lái)，線外組織端拾器成為一大熱門(mén)技術(shù)[9-10]。現(xiàn)已有多種線外端拾器預(yù)組裝裝備，線外大致確定端拾器各分支之間的位置以及吸盤(pán)的大概位置和安裝方向，但此類(lèi)裝備僅做預(yù)安裝使用，上線使用后各吸盤(pán)甚至吸盤(pán)連桿的調(diào)節(jié)量仍然很大。主要原因是：裝備僅與零件發(fā)生關(guān)系，與模具無(wú)關(guān)；設(shè)計(jì)裝置未考慮零件在各工序的轉(zhuǎn)動(dòng)角度問(wèn)題；未考慮機(jī)器人或者機(jī)械手抓取零件時(shí)所對(duì)應(yīng)的零件位置問(wèn)題；缺少端拾器的功能性驗(yàn)證。

每個(gè)零件結(jié)構(gòu)都有其特有的特征，而模具制造的工法設(shè)計(jì)與零件結(jié)構(gòu)息息相關(guān)。零件結(jié)構(gòu)決定著各工序的沖壓方向，沖壓方向則決定各工序零件的X、Y、Z方向的旋轉(zhuǎn)角度。因此，每個(gè)零件甚至每個(gè)工序件的端拾器都具有獨(dú)立性和特殊性，每個(gè)工序件需要配備相應(yīng)專(zhuān)用的端拾器。因此，線外端拾器精確組裝驗(yàn)證機(jī)（圖4）可從以下幾個(gè)方面考慮，以達(dá)到精確組裝和驗(yàn)證其功能性的目的：

圖4 線外端拾器調(diào)整機(jī)示意圖

（1）定位策略基準(zhǔn)從模具出發(fā)，建立實(shí)際狀態(tài)下零件和端拾器調(diào)整機(jī)之間的聯(lián)系。

線外端拾器精確組裝驗(yàn)證機(jī)通過(guò)固定機(jī)構(gòu)與模具對(duì)應(yīng)位置產(chǎn)生定位作用，建立模具和端拾器調(diào)整機(jī)之間的聯(lián)系，從模具引出基準(zhǔn)，通過(guò)模具建立實(shí)際擺放狀態(tài)下零件和線外端拾器的聯(lián)系。通過(guò)上述機(jī)構(gòu)確定X向和Y向端拾器調(diào)整機(jī)的位置。

（2）Z向可調(diào)，適應(yīng)650 mm至900 mm送料高度的所有模具。

可通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，達(dá)到Z向連續(xù)性調(diào)整的目的，適應(yīng)不同零件模具不同送料高度要求，達(dá)到650 mm至900 mm的調(diào)節(jié)量。

（3）增加旋轉(zhuǎn)角度θ自由度控制，以使端拾器適應(yīng)零件旋轉(zhuǎn)角度，增加端拾器裝配狀態(tài)種類(lèi)。

在安裝端拾器的接頭處，增加一個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，控制端拾器的旋轉(zhuǎn)角度θ，以適應(yīng)零件各序之間不同的旋轉(zhuǎn)角度。端拾器設(shè)計(jì)前期需要考慮零件旋轉(zhuǎn)角度和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡等多種因素，通過(guò)θ自由度的控制，可增加端拾器的裝配狀態(tài)種類(lèi)，增加端拾器狀態(tài)和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡之間的組合形式，從而提供多種選擇，則其優(yōu)而選之。

（4）配備真空發(fā)生器，線外可直接完成端拾器吸附狀態(tài)的驗(yàn)證。

配備真空發(fā)生器，在端拾器裝配完成后，通過(guò)氣管連接真空發(fā)生器和吸盤(pán)，通電通氣即可通過(guò)控制真空發(fā)生器以控制吸盤(pán)，達(dá)到端拾器吸附零件和放件的驗(yàn)證。同時(shí)可調(diào)節(jié)調(diào)整機(jī)Z向高度，模擬線上端拾器Z向運(yùn)輸零件，觀察運(yùn)輸過(guò)程端拾器吸附零件的平衡性和穩(wěn)定性。也可觀察和調(diào)整各個(gè)吸盤(pán)的壓縮量和單個(gè)吸盤(pán)周圈壓縮量的均衡情況。

3 效果驗(yàn)證

圖5 所示為優(yōu)化前后端拾器安裝調(diào)試時(shí)間情況統(tǒng)計(jì)，其中車(chē)型1-3是優(yōu)化前情況，4-7是優(yōu)化后的情況。由圖可知，優(yōu)化前發(fā)罩外板使用時(shí)間約為87 min，優(yōu)化后減少至1 min；側(cè)圍外板則由123 min降低至13.5 min；前門(mén)外板由92 min降低至1.3 min；后門(mén)外板由116 min降低至14.5 min；翼子板由112 min降低至13.7 min；頂蓋外板由84 min降低至2.5 min；后背門(mén)外板由116 min降低至18 min。優(yōu)化前，單個(gè)零件安裝調(diào)試需要85～120 min左右；優(yōu)化后，單個(gè)零件安裝調(diào)試需要0～15 min左右，其中，發(fā)罩外板、前門(mén)外板和頂蓋外板上線后基本無(wú)需調(diào)整，大大提升了端拾器安裝調(diào)試效率。

圖5 優(yōu)化前后端拾器安裝調(diào)試時(shí)間統(tǒng)計(jì)圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)深度剖析沖壓自動(dòng)線端拾器安裝調(diào)試工作內(nèi)容、影響因素，總結(jié)歸納其效率提升方式，具體結(jié)論如下：

（1）端拾器設(shè)計(jì)需關(guān)聯(lián)模具圖和機(jī)器人姿態(tài)；端拾器扁平化；吸盤(pán)對(duì)稱布置。

（2）吸盤(pán)安裝基本原則為：合理計(jì)算理論吸力；吸盤(pán)Z向正面布置；端拾器負(fù)載均勻，主桿強(qiáng)度充足；吸盤(pán)壓縮量均勻。

（3）采用線外組裝和調(diào)整端拾器，可減少端拾器調(diào)整占用線體時(shí)間；保證X、Y、Z、θ多維度精度保證，并配備真空發(fā)生器，線外可直接完成端拾器吸附狀態(tài)的驗(yàn)證。

通過(guò)上述方式，可將單個(gè)零件端拾器調(diào)試時(shí)間由85～120 min縮短至0～15 min左右，其中，發(fā)罩外板、前門(mén)外板和頂蓋外板上線后基本無(wú)需調(diào)整。