機(jī)器人用于鈑金沖壓上下料

　　從20世紀(jì)80年代末，世界上歐、美、日等多家汽車生產(chǎn)廠加強(qiáng)了對(duì)鋁制汽車車身的研究，幷取得了令人鼓舞的成就。1995年德國奧迪公司首先開始批量生產(chǎn)鋁制車身，把車身用鋁的研究推向了高潮，鋁合金在整車使用材料中的比例逐年提高。利用鋁板來逐步代替構(gòu)成汽車車身的鋼板被越來越多的汽車廠商作為提高汽車綠色含量的現(xiàn)階段重要途徑。當(dāng)然，這種鋁板的機(jī)械特性需要滿足與鋼板相當(dāng)?shù)膭傂院统叽绶�(wěn)定性，然而不可否認(rèn)的是，構(gòu)成汽車車身的覆蓋件由於輪廓尺寸較大且具有空間的不同形狀，所以在短時(shí)間內(nèi)，只能是局部車身零件能完全被鋁板代替。

　　另一方面，由於目前的汽車沖壓生產(chǎn)線大多采用自動(dòng)化上下料，不可能專為鋁板的生產(chǎn)投資一條生產(chǎn)線，所以如何利用已有的沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線來進(jìn)行鋁板的自動(dòng)化生產(chǎn)，而且能夠保證與鋼板生產(chǎn)相媲美的生產(chǎn)效率，是一個(gè)值得探討和創(chuàng)新的課題。同時(shí)，面臨的難題還包括鋁板的自動(dòng)快速拆垛。眾所周知，鋼板的拆垛分張利用的是磁性相斥的工作原理，這一原理不能用於鋁板的拆垛。

　　目前，ABB利用其專利產(chǎn)品RotAx伺服旋轉(zhuǎn)第七軸和專用於沖壓車間的IRB 6650型機(jī)器人成功集成了一種嶄新的鋼板與鋁板共存的沖壓生產(chǎn)線，經(jīng)過一年多時(shí)間的實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，各項(xiàng)工藝滿足了沖壓件質(zhì)量的要求，生產(chǎn)線效率也達(dá)到了生產(chǎn)要求。

改進(jìn)前的鋼板拆垛系統(tǒng)
　　原有的拆垛系統(tǒng)(圖1)為1998年12月ABB安裝調(diào)試完成的磁性皮帶配備垂直提升氣缸方式，集成利用了左右移動(dòng)拆垛工作臺(tái)以實(shí)現(xiàn)不間斷生產(chǎn)換板料，生產(chǎn)線平均節(jié)拍在10件/分鐘以上。
　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 圖1改進(jìn)前的鋼、板拆垛系統(tǒng)

改進(jìn)後的鋼、鋁板拆垛系統(tǒng)
　　圖2為經(jīng)過改造後的系統(tǒng)，增加了鋁板拆垛系統(tǒng)。通過對(duì)比可以看出，整線在增加了鋁板拆垛系統(tǒng)幷沒有增加占地面積。由於替代皮帶機(jī)通過折疊式設(shè)計(jì)（當(dāng)板料無需清洗時(shí)，只作為傳送單元）安裝在了原鋼板拆垛系統(tǒng)下方，整個(gè)拆垛系統(tǒng)看起來更緊湊合理。事實(shí)證明，在生產(chǎn)線的鋼板和鋁板生產(chǎn)之間生產(chǎn)轉(zhuǎn)換，只需要在總控臺(tái)同過生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)換即可快速實(shí)現(xiàn)。
　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖2 改進(jìn)後的鋼、鋁板拆垛系統(tǒng)

關(guān)鍵技術(shù)
1. RotAx伺服旋轉(zhuǎn)第七軸
　　由於受空間所限，在拆垛速度必須滿足整線節(jié)拍的要求下，如果利用傳統(tǒng)的六軸機(jī)器人和端拾器，由於板料的運(yùn)行軌跡在進(jìn)行180度旋轉(zhuǎn)時(shí)需要避讓鋼板拆垛系統(tǒng)部分結(jié)構(gòu)，故不能充分使用機(jī)器人的柔性速度。同時(shí)，可以看出，如果使板料在拆垛完成後以直線運(yùn)動(dòng)姿態(tài)進(jìn)入替代皮帶機(jī)將會(huì)大大縮短運(yùn)行時(shí)間。而ABB機(jī)器人和其專利產(chǎn)品RotAx伺服旋轉(zhuǎn)第七軸完全適應(yīng)於這一要求。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖3 ABBRotax旋轉(zhuǎn)7軸

　　區(qū)別於在機(jī)器人第六軸通過增加連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)附加第7軸，ABBRotAx伺服旋轉(zhuǎn)第七軸是采用伺服控制，真正意義上的第7軸。借助於其360度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在工序間傳遞板料時(shí)，能保持零件方向不變。它不僅使端拾器布置靈活，而且操作編程簡(jiǎn)便，另外，因?yàn)樗欧�軸與機(jī)器人完全融為一體，可實(shí)現(xiàn)緊湊型生產(chǎn)線（壓機(jī)間距離最小）的設(shè)置。更重要的是，由於板料在傳遞時(shí)的姿態(tài)平穩(wěn)，機(jī)器人柔性的動(dòng)力性能也因此發(fā)揮至最佳。自2006年首次在國內(nèi)推出後，已成功使用於多家國內(nèi)外知名汽車廠商，幫助其生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)得到大幅提高。

2.鋁板分張
　　眾所周知，由於鋁板的非磁性特性，采用同鋼板相同的分張方式，即利用同極相斥的原理制造磁力分張器是不可行的，通過考察當(dāng)今汽車廠家，對(duì)於鋁板分張主要在采用以下兩種方式：

　　吹氣分張：通常直接與鋼板的磁力分張相結(jié)合，如圖示，這種設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以直接利用工廠氣源，只需通過增設(shè)一儲(chǔ)氣罐來滿足吹氣分張的瞬時(shí)耗氣量。同時(shí)，在生產(chǎn)鋼板時(shí)，也可以作為其分張效果的輔助。缺點(diǎn)是由於板料間普遍存在的油膜，致使雙料產(chǎn)生的機(jī)率大大增加，從而使生產(chǎn)節(jié)拍得不到保證。
　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖4 鋼板磁力分張

　　鋸條輔助+吹氣分張：通過在端拾器上增加條形鋸條，即使板料間存在油膜，可以借助鋸條的細(xì)齒帶起最上面板料，同時(shí)進(jìn)行吹氣。這種工作方式提高了板料分張的可靠性，生產(chǎn)節(jié)拍能在一定程度上得到保證。不足之處是由於鋸條在工作時(shí)，容易產(chǎn)生微細(xì)的碎鋁屑，一旦帶入模具，會(huì)給零件品質(zhì)和模具帶來損失�；蛘撸瑢�(duì)於新的鋁板沖壓自動(dòng)化線，可以考慮在對(duì)中前增加清洗單元。
　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖5 輔助齒鋸分張

　　在綜合考慮以上兩種鋁板分張方式後，ABB通過改進(jìn)機(jī)器人氣路附屬裝置成功開發(fā)研制了自動(dòng)剝離+高壓吹氣的分張系統(tǒng)，其具體工作原理如圖6所示：借助於編碼器控制的升降拆垛臺(tái)始終將垛料上鋁板位置保持在工作高度，機(jī)器人完成示教後吸盤每次在建立真空前首先由輔助提升氣缸將板料的四個(gè)直角部分提氣。同時(shí)空氣噴嘴吹出高壓氣體，在板料提氣直角部分和第二張板料間建立充氣層。與此同時(shí)，其它工作吸盤開始建立真空幷最終將這張板料提起，在機(jī)器人第七軸的直線運(yùn)動(dòng)下將板料送至生產(chǎn)線。
　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖6 自動(dòng)剝離分張示意

　　可以看出，在調(diào)試中去協(xié)調(diào)優(yōu)化各部分的工作時(shí)間和順序是成功分張的關(guān)鍵。ABB機(jī)器人制造車間工藝人員通過實(shí)驗(yàn)，將復(fù)雜的氣路控制與機(jī)器人本身具備的附件氣路裝置成功集成在一起，這樣一來，既保證了端拾器功能的實(shí)現(xiàn)，又簡(jiǎn)化了端拾器重量，對(duì)最終該系統(tǒng)達(dá)到生產(chǎn)線節(jié)拍要求創(chuàng)造了有利條件。
　　　　　　　　　　　　　　　　　  
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖7 鋁板吹氣分張機(jī)構(gòu)

　　該生產(chǎn)線成功的改進(jìn)，使其既能生產(chǎn)鋼板件，又能適應(yīng)於鋁板生產(chǎn)，而且平均生產(chǎn)節(jié)拍均超過9次/分鐘（如果空間允許，經(jīng)過進(jìn)一步的軌跡優(yōu)化，節(jié)拍可以達(dá)到11次/分鐘）。