衝壓生產線直線七軸工業機器人搬運係統應用細節

2018年09月17日 自動化生產線 144 views

 機器人直線七軸技術是衝壓機器人搬運係統的較新發展成果,通過分析在某汽車公司衝壓車間所采用的機器人直線七軸技術,闡述了該技術的特點和優勢。

  隨著我國汽車工業高速發展,金屬板材衝壓自動化技術取得長足進步,尤其是工業機器人搬運係統在自動化衝壓生產線上的廣泛應用,為高柔性、高效率的衝壓生產線提供了很好的解決方案。

  現代汽車工業具有生產規模化、車型批量小、品種變化快、多車型共線生產的特點,這些趨勢要求衝壓自動化技術不斷向高柔性和高效率方向發展。串列式單機聯線自動化衝壓線是當前我國汽車廠衝壓生產線采用的主流方案。采用機器人搬運係統的串列式單機聯線自動化衝壓生產線,具有低投入、高效率、高柔性等優點,並且隨著工業機器人技術不斷發展,衝壓機器人搬運係統的性能也在不斷提高。 

ABB七軸機器人應用:成都沃爾沃工廠衝壓車間

視頻來源:MFC

七軸機器人衝壓自動化線,一模雙件,自動換模、換端拾器

機器人搬運係統在衝壓自動化生產線上的運用

  在采用機器人搬運係統的自動化衝壓生產線上,機器人主要完成板料拆垛、各工序壓力機之間的衝壓工件傳送、線尾工件輸出等工作。通過PLC控製係統的協調,機器人與壓力機之間,上下料機器人之間,機器人與輸送設備之間具有準確可靠的運動協調關係,各機器人的功能布局如圖1所示。

圖1 衝壓機器人搬運係統功能布局

機器人直線七軸技術的介紹

  用於衝壓生產線的工業機器人,從國內已經投產的自動化衝壓生產線來看,大部分為標準六軸工業機器人,其優勢在於采購成本較低,柔性化程度高,後期維護簡便。但六軸工業機器人因為運動姿態的限製,衝壓工件在從上一台壓力機向下一台壓力機傳遞過程中,衝壓工件必須進行180度的水平旋轉,這就導致機器人運動軌跡複雜,衝壓工件在旋轉過程中容易脫落等問題,這就限製了機器人的運行速度,進而限製了生產節拍的提高。衝壓工件的水平旋轉動作,需要較大的空間,尤其在搬運“車身側圍”等大型衝壓件時,這個問題更加明顯。這就導致前後工序壓力機之間的間距較大,增加了生產線的占地麵積,進而增加廠房基建投資。

  機器人直線七軸技術正是為了克服標準六軸工業機器人的上述問題而開發來的,其基本原理就是在機器人第六軸的法蘭盤上增加外部軸平移裝置,該裝置配置有獨立的伺服電機和編碼器,通過電纜接入機器人控製電櫃內,由機器人的控製係統協調該直線七軸裝置與機器人的其他六個軸的協調運作,如圖2所示。 

圖2 配置直線七軸裝置的工業機器人

  通過在機器人第六軸上加裝直線七軸裝置,實現工件在前後壓力機之間的平行移動,大大簡化了機器人的搬運軌跡,不僅可以提高生產效率,還可以節省空間,如圖3所示。

圖3 衝壓工件在前後壓力機之間搬運過程中的平行移動

采用直線七軸技術的機器人衝壓生產線規劃時的注意事項

  在多個衝壓自動化生產線建設項目中采用了配置直線七軸技術的工業機器人搬運係統,積累了一些經驗,其中規劃期間的經驗重點總結如下:

  ① 如何選擇前後壓力機之間的中心間距;

  ② 如果選擇壓力機滑塊行程和模具開口度;

  ③ 有效的防碰撞措施。

  前後壓力機的中心距的選擇

  采用直線七軸技術的工業機器人對運行空間的要求不高,當首台壓力機噸位不小於2000噸,壓力機工作台前後寬度設定為2500mm時,前後壓力機之間的最小間距可以設定為約5800mm,間距越小,對節拍的提升肯定更好,但在實際規劃時,還需要綜合考慮以下三個因素。

  如果生產線還需要配置“機器人自動更換未端執行器”功能,當壓力機中心距過小時,必然會導致前後壓力機的立柱之間沒有足夠的空間,無法實現機器人原地轉身到機器人底座後方來更換未端執行器,這就隻能配置未端執行器移載小車,會增加土建和設備投資,並降低設備的運行穩定性。

  配置未端執行器移載小車,機器人底座也就不得不更換為門型底座,這又會導致前一台壓力機的左後立柱和後一台壓力機的左前立柱,與機器人的底座距離很近,壓力機立柱上的維修門將難於打開。

  壓力機中心距過小,壓力機底座前後就沒有足夠的空間用於配置維修平台,給布置在壓力機底座下的工作台夾緊頂起油缸的維修帶來困難,降低壓力機以後的維修方便性。

  壓力機滑塊行程和模具開口度的的選擇

  當生產線采用直線七軸技術,在進行壓力機和模具設計時,滑塊行程和模具開口度可以按照以下原則進行設定。

圖4 模具開口度的設定示意

  如圖4所示:G = A + B + C + D

  A  零件厚度 (單位 mm)

  B  下模安全距離:50mm

  C  直線七軸裝置 + 端拾器 厚度 :250mm

  D  上模安全距離:50mm

  模具的有效開口高度必須要大於G,機器人才可以順利的將衝壓件從模具內送入或取出。

當模具的有效開口高度小於G時,則需要對模具和衝壓件進行具體分析,才能確認該衝壓件是否能在該衝壓線上生產。

  有效的防碰撞措施

  直線七軸工業機器人,在進行衝壓生產過程中,直線七軸裝置要伸入到模具型腔內進行上下料,所以在軟硬件係統上必須采用以下有效措施來減少發生碰撞的風險。

  ① 在壓力機控製係統中,設置合理的保護角度,並留出足夠的滑塊製動距離;

  ② 當壓力機滑塊運行的行程次數發生變化時,自動取消“下料機器人的提前進入取料”和“壓力機滑塊提前下行”的優化動作 ;

  ③ 當下料機器人的速度設定低於100%時,自動取消“上料機器人的提前進入上料”的優化動作;

  ④ 當上料機器人的速度設定低於100%時,自動取消“壓力機滑塊提前下行”的優化動作;

  ⑤ 當壓力機滑塊在上行過程中突然停止時,立即自動停止“下料機器人的運行”;

  ⑥ 當下料機器人在模腔內取料過程時,如果因故障突然停止,應立即停止上料機器人的運行。並且故障排除後,必須手動將下料機器人移出模腔後,再啟動生產循環。

  ⑦ 全線自動換模時,第一個流程必須是全部機器人先回HOME位,然後才允許壓機工作台開動。

  ⑧ 全線自動換模時,必須是在壓力機的換摸流程全部完成後。由人工確認後,按下“生產線循環啟動按鈕”,才允許機器人運行到“等待下料位置”。

  ⑨ 在壓力機上增設一個檢測滑塊位置的絕對值編碼器,並與壓力機自身的滑塊角度編碼器信號進行實時對比,如果出現偏差,立即停止滑塊和機器人的運行;

  ⑩ 在直線七軸裝置的兩端配置橡膠防撞塊,當發生輕微碰撞時,保證七軸本體不會損壞 。

通過機器人直線七軸技術在多個項目中的實際應用,對該技術的優點總結如下:

  (1)工件在生產過程中始終保持平行移動,無須旋轉。這有益於提高工件在上下工序壓力機之間的傳送速度,進而提高生產線的效率,尤其是在生產“車身側圍”等大型覆蓋件時,優勢更明顯。

  (2)工件在上下工序壓力機之間傳遞時保持平行移動方式,可以使大型工件在較小的空間內傳遞,減小壓力機之間的間距,也就減少整條衝壓線在廠房內的占地麵積,進而降低廠房的建設成本。

  (3)采用直線七軸技術的機器人搬運係統適應性強,柔性化高,小至輪罩,大至“車身整體側圍”等衝壓件均可以全自動高效生產。

  (4)配合大型機器人,直線七軸裝置的有效負載能力強。例如配置直線七軸技術的機器人選用的是ABB IRB7600 325/3.1型機器人,直線七軸裝置端部的負載能力可以達到90Kg。減去未端執行器和“未端執行器快換夾具”的質量,還可以提供至少60Kg的負載能力給衝壓工件,這已經遠遠超過了一般轎車和SUV的整體側圍衝壓件的質量。

機器人直線七軸技術存在的局限性

  (1)基於承載能力的考慮,直線七軸裝置的長度是有限製的,這就對前後壓力機的最大中心距存在限製。一般情況下,前後壓力機中軸線之間的間距不能大於8.5m。如果是老式手動衝壓生產線改造,前後壓力機中心距大於上述數值,將無法采用機器人直線七軸技術。

  (2)衝壓生產過程中,直線七軸裝置是需要伸入到壓力機模腔內的,如果發生機器人與機器人、機器人與模具的碰撞,可能造成七軸裝置的損壞,直線七軸裝置的修複難度較大。

  隨著我國汽車市場競爭的不斷加劇,汽車的製造成本和品質成為各汽車製造廠家角逐市場的先決條件,因此,采用機器人搬運係統進行衝壓生產是降低汽車製造成本,提高車身製造品質的重要手段。機器人直線七軸技術更是充分發揮了衝壓機器人搬運係統的優勢,將高柔性,高效率,低投入的特點更推進了一步。

文章來源:《金屬加工》

作者簡介:董鍇、徐鋒、徐宏文、周曉舟,東風汽車集團技術中心。

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