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轉(zhuǎn)發(fā)自：《裝備制造技術(shù)》2019 年第 01 期

作者：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）

摘 要：汽車車身鈑金件的沖壓線是汽車行業(yè)生產(chǎn)過程中的重要設(shè)備。為了適應(yīng)我國汽車質(zhì)量要求的不斷提高和智能制造規(guī)模的不斷擴(kuò)大，研究與應(yīng)用沖壓專用工業(yè)機(jī)器人、智能視覺對中系統(tǒng)、自動換模具系統(tǒng)等建設(shè)汽車車身鈑金件的串聯(lián)式自動化沖壓生產(chǎn)線，是行之有效的手段和途徑。

關(guān)鍵詞：自動化聯(lián)線；沖壓專用工業(yè)機(jī)器人；技術(shù)集成中圖分類號：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

前言

在全球競爭的新形勢下，為了改變制造業(yè)“大而不強(qiáng)”的現(xiàn)狀，我國提出了工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的發(fā)展戰(zhàn)略。

制造業(yè)智能化已經(jīng)被國家列為未來行業(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，提高核心競爭力的必由之路。

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化生產(chǎn)中絕對重要的組成部份，它的大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用，對于加速實(shí)現(xiàn)汽車零部件產(chǎn)業(yè)的自動化生產(chǎn)有非常明顯的推動作用。

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]。

利用六臺六軸或七軸工業(yè)機(jī)器人、智能視覺對中系統(tǒng)、自動模具更換系統(tǒng)、自動清洗涂油、自動更換端拾器系統(tǒng)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)的自動化沖壓生產(chǎn)線項(xiàng)目建設(shè)。

對沖壓線的總體設(shè)計(jì)、沖壓機(jī)器人協(xié)調(diào)作業(yè)、板料自動清洗涂油、沖壓機(jī)器人端拾器自動更換、沖壓模具自動更換等技術(shù)進(jìn)行集成與應(yīng)用，最終開發(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)線自動生產(chǎn)方式，自動運(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 IRB66603.2/120 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)自動化聯(lián)線。

并通過自動更換機(jī)器人的端拾器來吸取各種不同的沖壓件實(shí)現(xiàn)在制件傳輸?shù)?“拾取”和“擺放”。

端拾器可通過快速更換系統(tǒng)在 3 min 內(nèi)完成自動更換，實(shí)現(xiàn)柔性。

通過對六軸或七軸工業(yè)機(jī)器人自動板料拆垛、清洗涂油、光學(xué)對中系統(tǒng)、自動上件、自動傳送、自動下線、自動更換端拾器、自動換模、廢料自動收集等的集成，通過中央控制系統(tǒng)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)等技術(shù)手段及措施，實(shí)現(xiàn)沖壓自動線較強(qiáng)的可靠性、穩(wěn)定性，使自動運(yùn)行率達(dá)到 90%。

工業(yè)機(jī)器人在沖壓自動化生產(chǎn)線的應(yīng)用主要遵循：堆垛拆垛→板料傳送→清洗涂油→板料對中→上料機(jī)器人送料→首臺壓力機(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)對中系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)板料在經(jīng)過清洗、涂油后，通過視覺識別系統(tǒng)，對板料的位置、角度進(jìn)行識別，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)對中系統(tǒng)，能夠可靠地將板料對中后放置到壓力機(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）采用了智能視覺對中系統(tǒng)（見圖 1），實(shí)現(xiàn)了對沖壓板料位置誤差的智能化識別及機(jī)器人自動更新抓取程序軌跡，解決了板料從料垛到首臺壓力機(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 視覺對中系統(tǒng)主要影響生產(chǎn)線布局及輸出節(jié)拍的因素在于拆垛、對中以及壓機(jī)間搬運(yùn)等環(huán)節(jié)[3]

本研究通過采用 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 COGNEX 康耐視 IS540311 工業(yè)相機(jī)實(shí)施拍攝板料的圖像，運(yùn)用算法，對圖像進(jìn)行處理，獲取板料工件位置數(shù)據(jù)，再通過與標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行位置比對

把位置變化量傳輸給機(jī)器人，機(jī)器人自動通過調(diào)整抓件姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)自動抓取工件。實(shí)現(xiàn)沖壓自動線的可靠性、穩(wěn)定性，使自動運(yùn)行率達(dá)到90%。

自動化沖壓線視覺對中系統(tǒng)的組成自動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。

通過板料自動拆垛系統(tǒng)、自動輸送系統(tǒng)、自動清洗涂油系統(tǒng)等技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)沖壓自動線較高的生產(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車上之后的板料自動磁性分張（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)交互的安全問題，并降低人力成本。

自動清洗機(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)過清洗、去除表面的雜質(zhì)顆粒，避免沖壓過程中損傷板料表面。

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。

通過對清洗機(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)量的同時兼顧經(jīng)濟(jì)型。

對于質(zhì)量要求比較高的汽車外板件，需要使用清洗機(jī)。對于質(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。見圖 3。

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

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

結(jié)束語