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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

（廣西汽車集團柳州五菱汽車工業(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)過程中的重要設備。

為了適應我國汽車質(zhì)量要求的不斷提高和智能制造規(guī)模的不斷擴大，研究與應用沖壓專用工業(yè)機器人、智能視覺對中系統(tǒng)、自動換模具系統(tǒng)等建設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)機器人；技術(shù)集成中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A

0 前言

在全球競爭的新形勢下，為了改變制造業(yè)“大而不強”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。

推廣應用工業(yè)機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、搬運等作業(yè)中，機器人都已逐步取代了人工作業(yè)。

汽車車身鈑金件沖壓領域，沖壓自動化系統(tǒng)集成及應用是沖壓生產(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，是板材加工技術(shù)的發(fā)展方向[1]。

六軸或七軸工業(yè)機器人將逐步成為當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)應用，對于加速實現(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)品特點及柔性要求，采用“普通壓力機+ 機器人傳輸”形式[2]。

利用六臺六軸或七軸工業(yè)機器人、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)實現(xiàn)的自動化沖壓生產(chǎn)線項目建設。

對沖壓線的總體設計、沖壓機器人協(xié)調(diào)作業(yè)、板料自動清洗涂油、沖壓機器人端拾器自動更換、沖壓模具自動更換等技術(shù)進行集成與應用，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)機器人沖壓自動化聯(lián)線技術(shù)集成及應用系統(tǒng)。

2 主要特點

（1）采用沖壓專用的六軸或七軸工業(yè)機器人，結(jié)合壓力機的間距及產(chǎn)品柔性需求，實現(xiàn)了串聯(lián)式?jīng)_壓生產(chǎn)線自動生產(chǎn)方式，自動運行率從 0 提高到 90%.

根據(jù)壓力機設備間距數(shù)值及產(chǎn)品柔性要求，結(jié)合機械手與機器人的優(yōu)缺點，采用了 ABB IRB66603.2/120 沖壓專用的六軸或七軸工業(yè)機器人實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)線的單機自動化聯(lián)線。

并通過自動更換機器人的端拾器來吸取各種不同的沖壓件實現(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，實現(xiàn)柔性。

通過對六軸或七軸工業(yè)機器人自動板料拆垛、清洗涂油、光學對中系統(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，實現(xiàn)沖壓自動線較強的可靠性、穩(wěn)定性，使自動運行率達到 90%。

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

其中，板料光學對中系統(tǒng)可以實現(xiàn)板料在經(jīng)過清 Equipment Manufacturing Technology No.01，2019

洗、涂油后，通過視覺識別系統(tǒng)，對板料的位置、角度進行識別，按指定的板料抓取位置進行抓取，放置到壓力機生產(chǎn)線上的第一臺壓力機的模具上。

該項目所集成和應用的板料光學對中系統(tǒng)，能夠可靠地將板料對中后放置到壓力機的沖壓模具上，提升板料抓取、輸送和放置的可靠性、維修維護的方便性。

（2）采用了智能視覺對中系統(tǒng)（見圖 1），實現(xiàn)了對沖壓板料位置誤差的智能化識別及機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、對中以及壓機間搬運等環(huán)節(jié)[3]

本研究通過采用 ABB 公司的沖壓專用機器人 IRB6660 與 Rockwell PLC 控制系統(tǒng)結(jié)合

通過 COGNEX 康耐視 IS540311 工業(yè)相機實施拍攝板料的圖像，運用算法，對圖像進行處理，獲取板料工件位置數(shù)據(jù)，再通過與標準圖像進行位置比對，把位置變化量傳輸給機器人，機器人自動通過調(diào)整抓件姿態(tài)，實現(xiàn)自動抓取工件。

實現(xiàn)沖壓自動線的可靠性、穩(wěn)定性，使自動運行率達到90%。

圖 2 工藝設備分布圖

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、裝框模塊。

工藝設備布局分布如圖 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，實現(xiàn)沖壓自動線較高的生產(chǎn)節(jié)拍，實現(xiàn)生產(chǎn)節(jié)拍 7 ～ 10 次/min。

其中，板料自動拆垛系統(tǒng)，實現(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)應用）、ABB 工業(yè)機器人抓取板料拆垛、自動放料到皮帶輸送機上（進入到清洗機及涂油機），解決了人機交互的安全問題，并降低人力成本。

自動清洗機、涂油機系統(tǒng)包括清洗和涂油，清洗機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。

涂油機可根據(jù)板料的形狀，進行編程，需要涂油的部位進行涂油，不需要涂油的部分不涂油，最大限度地節(jié)省防銹拉伸油。

通過對清洗機及涂油機的集成與應用，達到考慮沖壓件表面質(zhì)量的同時兼顧經(jīng)濟型。

對于質(zhì)量要求比較高的汽車外板件，需要使用清洗機。

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，對其安裝位置進行預留。

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

板料在壓力機之間傳輸，因機器人的速度快、板料重，導致慣性大，機器人負載重，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，是新一代增強纖維。見圖 3。

圖 3 端拾器碳纖維主桿

（4）采用了自動模具夾緊器，實現(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。

該項目所集成和應用的自動換模系統(tǒng)，實現(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。

圖 5 沖壓自動線方案整體模型圖 1

圖 6 沖壓自動線方案整體模型圖 2

圖 7 沖壓自動線方案局部模型圖

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