單臂機(jī)械手自動(dòng)沖壓線

　　沖壓件的生產(chǎn)效率和質(zhì)量除了與產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具相關(guān)外，與搬運(yùn)的過(guò)程也有很大的關(guān)系。自動(dòng)化搬運(yùn)不僅快速而且準(zhǔn)確，能夠大大提高沖壓生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率和沖壓件的下線合格率，為汽車生產(chǎn)的后續(xù)工藝提供保障。

自動(dòng)沖壓線的最佳選擇

　　對(duì)于汽車沖壓線，目前，國(guó)產(chǎn)壓機(jī)在單次模式下的最快節(jié)拍為12次/min，配備何種自動(dòng)化設(shè)備將直接決定沖壓線的生產(chǎn)能力，并且由于壓機(jī)的投資遠(yuǎn)高于自動(dòng)化設(shè)備，若自動(dòng)化設(shè)備的生產(chǎn)效率低于壓機(jī)，則會(huì)造成壓機(jī)投資的部分浪費(fèi)，如果整線采用機(jī)械手與壓機(jī)完全同步的運(yùn)行方式，就能保證整線的最高運(yùn)行速度達(dá)到12次/min。

　　我公司目前擁有數(shù)條手動(dòng)沖壓線、機(jī)器人自動(dòng)化沖壓線和Gudel單臂機(jī)械手自動(dòng)化沖壓線。手動(dòng)沖壓線投入較低，但存在一定的人身安全隱患，效率較低；機(jī)器人自動(dòng)化沖壓線投入中等，不存在人身安全隱患，但生產(chǎn)線無(wú)法同步運(yùn)行，效率中等；Gudel單臂機(jī)械手自動(dòng)化沖壓線投入稍高，不存在人身安全隱患，生產(chǎn)線可以完全同步，效率較高。三種生產(chǎn)線的產(chǎn)出投入比大致為1:1.089:1.26。相比而言，Gudel單臂機(jī)械手在汽車沖壓自動(dòng)化應(yīng)用中以其高速、準(zhǔn)確的傳輸和較高的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)受到我公司的青睞。

　　Gudel單臂機(jī)械手最高運(yùn)行速度可高達(dá)12次/min，重復(fù)定位精度達(dá)±0.2mm。由于是直接傳送，每個(gè)自動(dòng)化單元只需要一套端拾器，而傳統(tǒng)的自動(dòng)化單元卻需要三套端拾器。在端拾器方面可大大減少運(yùn)行成本。

　　我公司Gudel單臂機(jī)械手自動(dòng)沖壓線的自動(dòng)化系統(tǒng)包括線頭拆垛和壓力機(jī)線零件傳輸兩個(gè)子系統(tǒng)（整體組成見(jiàn)圖1）。
 　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖1 自動(dòng)化沖壓線

線頭拆垛子系統(tǒng)的運(yùn)行

　　線頭拆垛子系統(tǒng)（見(jiàn)圖2）的工作流程是：拆垛機(jī)械手從板料小車拾取板件送到磁性皮帶機(jī)，磁性皮帶機(jī)攜板件經(jīng)過(guò)掃描儀送往對(duì)中臺(tái)，對(duì)中臺(tái)根據(jù)掃描結(jié)果對(duì)板件位置進(jìn)行修正。

　　拆垛機(jī)械手動(dòng)作簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)Y方向（圖2中兩小車之間的方向）和Z方向（垂直地面方向）的快速運(yùn)動(dòng)，滿足使用要求。機(jī)械手上安裝有雙板件檢測(cè)傳感器，可避免機(jī)械手拾取雙件送入模腔從而損壞模具。機(jī)械手還安裝有光電傳感器，檢測(cè)板件的拾取情況。
 　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖2 線頭拆垛子系統(tǒng)

　　生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)生產(chǎn)完一個(gè)垛料堆，磁力分離器安裝的接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到末料，系統(tǒng)工控機(jī)發(fā)送轉(zhuǎn)移垛料堆生產(chǎn)指令，機(jī)械手需要切換到另一垛料堆繼續(xù)生產(chǎn)。本線在Y方向設(shè)置有兩個(gè)垛料小車，避免垛料切換造成停線，使生產(chǎn)的連續(xù)性得以保證，并且當(dāng)某邊小車出現(xiàn)故障需要離線維修時(shí)，生產(chǎn)線可以使用另一小車維持生產(chǎn)。在板料小車定位方面，我們改變了傳統(tǒng)的接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)方式，采用激光測(cè)距儀進(jìn)行檢測(cè)，提高了小車行進(jìn)的精度和測(cè)距的穩(wěn)定性。

　　分離主要目的是防止多板件同時(shí)進(jìn)入模腔而損壞模具。對(duì)于鐵板件，分離的方式可采取磁力分離方式，為機(jī)械手的快速搬運(yùn)提供充分準(zhǔn)備。磁力分離器具有可消磁功能，保護(hù)操作工的安全，方便操作。

　　在高速生產(chǎn)過(guò)程中，為保證輸送質(zhì)量，避免板件滑行是非常必要的。磁性傳送帶在高速線的使用可以有效防止板件的滑移，為對(duì)中提供保證。磁性皮帶可將板件準(zhǔn)確傳輸至對(duì)中臺(tái)，避免二次定位出現(xiàn)過(guò)大調(diào)整。磁性皮帶設(shè)計(jì)為雙向運(yùn)行，當(dāng)兩軸機(jī)械手拾取到雙板件時(shí)，工控機(jī)將發(fā)送指令要求磁性皮帶反向運(yùn)行，將雙板件送往雙件回收料架。

　　對(duì)中臺(tái)的作用是對(duì)板件進(jìn)行最終定位，以便讓上料機(jī)械手拾取到位置正確的板件準(zhǔn)確送入模腔。我公司采用的是一種全新的掃描對(duì)中技術(shù)，其基本工作原理是將磁性皮帶送來(lái)的板件進(jìn)行掃描取影像，然后與預(yù)先保存的標(biāo)準(zhǔn)影像對(duì)比得出位置差。工控機(jī)根據(jù)位置差計(jì)算出板件所需移動(dòng)的方向及移動(dòng)量，然后由擁有7個(gè)伺服軸的對(duì)中臺(tái)對(duì)板件的位置進(jìn)行修正。

　　因掃描對(duì)中臺(tái)由獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行，在機(jī)械手運(yùn)送板件的過(guò)程足以完成對(duì)中，整個(gè)掃描對(duì)中無(wú)需占用整線的時(shí)間，即掃描對(duì)中先于機(jī)械手拾取板件完成。

壓力機(jī)線傳輸子系統(tǒng)的運(yùn)行

　　壓力機(jī)線傳輸子系統(tǒng)的工作流程是：上料機(jī)械手拾取位置修正后的鐵板件并送入第一號(hào)壓力機(jī)模腔；壓力機(jī)間機(jī)械手分別將完成拉伸、切邊、翻邊和 沖孔等工序的零件送入下一工位；機(jī)械手將沖壓完成的零件送到出料皮帶機(jī)；出料皮帶機(jī)將零件送出圍欄外；人工拾取零件裝框。

　　新型機(jī)械手（見(jiàn)圖3）剔除了不必要的運(yùn)動(dòng)，只保留兩個(gè)X方向的線性運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)繞Y方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，機(jī)體機(jī)械結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，不僅有利于高速運(yùn)行，而且電氣控制也得到簡(jiǎn)化。機(jī)械手還安裝有光電傳感器，檢測(cè)板件的拾取情況。

　　壓力機(jī)安裝有專門編碼器供前后機(jī)械手使用，以實(shí)時(shí)確認(rèn)壓力機(jī)、機(jī)械手的相互位置，實(shí)現(xiàn)壓力機(jī)與機(jī)械手的完全同步運(yùn)行，提高生產(chǎn)效率。

　　線尾輸送主要由左、中、右三個(gè)水平出料皮帶機(jī)組成。左、右皮帶機(jī)只能分別向左或右運(yùn)行，而中間皮帶機(jī)則允許向左或右運(yùn)行。當(dāng)生產(chǎn)線高速運(yùn)行時(shí)，要求裝框的速度也隨之加快。雙邊皮帶出料裝框的設(shè)計(jì)可以提高裝框的速度，并可大大減輕工人裝框的勞動(dòng)強(qiáng)度。左右皮帶機(jī)的端頭安裝有光電傳感器供零件檢測(cè)作用，當(dāng)零件來(lái)不及裝框而運(yùn)行至皮帶端部時(shí)，光電傳感器將做出反饋并使工控機(jī)發(fā)出單邊皮帶停止的信號(hào)，避免零件掉落；同時(shí)防止機(jī)械手再次放置零件至皮帶機(jī)導(dǎo)致堆積而損傷零件。當(dāng)某邊皮帶機(jī)出現(xiàn)故障短時(shí)間無(wú)法恢復(fù)時(shí)，生產(chǎn)線允許單邊皮帶機(jī)進(jìn)行降級(jí)運(yùn)行維持生產(chǎn)，而損壞或存在故障的皮帶機(jī)則可進(jìn)行離線修復(fù)或故障排除。
 　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖3 新型機(jī)械手

產(chǎn)品切換及三工序生產(chǎn)

　　除正常的生產(chǎn)搬運(yùn)功能以外，整線還有其他附加功能，使生產(chǎn)過(guò)程更加安全高效，更人性化。

　　生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)品切換不可避免，因切換時(shí)需要停線，故如何減少切換時(shí)間是每一廠家都在研究的課題。Gudel自動(dòng)化系統(tǒng)將整線設(shè)備（包括壓力機(jī)）進(jìn)行統(tǒng)籌管理，在總控臺(tái)即可實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一切換。當(dāng)總控臺(tái)的產(chǎn)品切換指令發(fā)出，垛料小車、對(duì)中小車退出到非工作區(qū)域，所有機(jī)械手運(yùn)行到手動(dòng)更換端拾器位置，所有壓力機(jī)自動(dòng)切換新產(chǎn)品模具。

　　不同的沖壓件，有著不同的工序要求，一些簡(jiǎn)單的零件只需三個(gè)工序即可完成。故此類零件只需運(yùn)行三臺(tái)壓力機(jī)就可以完成沖壓。多運(yùn)行一臺(tái)設(shè)備不僅浪費(fèi)能源，而且會(huì)增加設(shè)備安全、故障的風(fēng)險(xiǎn)。Gudel自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使三工序生產(chǎn)得以順利實(shí)現(xiàn)而無(wú)需運(yùn)行全部壓力機(jī)，只需在空運(yùn)行工位放置轉(zhuǎn)接工作臺(tái)，既節(jié)省能源，保證設(shè)備安全，又可提高效率和速度。

　　整線自動(dòng)化設(shè)備設(shè)計(jì)有自潤(rùn)滑功能，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)到一定時(shí)間或一定循環(huán)，系統(tǒng)工控機(jī)將發(fā)出指令要求潤(rùn)滑系統(tǒng)對(duì)設(shè)備泵油，執(zhí)行自潤(rùn)滑維護(hù)保養(yǎng)。

安全系統(tǒng)及零件跟蹤

　　我公司沖壓線的安全防護(hù)系統(tǒng)采用圍欄和光柵配合。對(duì)于高速、高危險(xiǎn)的區(qū)域，一律安裝安全圍欄；只有低速運(yùn)行的區(qū)域，如板料小車退出的非工作區(qū)域和模具工作臺(tái)退出的非工作區(qū)域，可以安裝安全光柵，并在安全光柵啟動(dòng)時(shí)配有聲光報(bào)警。

　　在安裝安全圍欄的封閉區(qū)域安裝安全門。當(dāng)生產(chǎn)或維修人員需要進(jìn)入封閉單元時(shí)，首先需要在安全門控制盒發(fā)出進(jìn)入的請(qǐng)求，此時(shí)單元內(nèi)的設(shè)備將運(yùn)行至安全位置并切斷能源供應(yīng)，安全指示燈指示安全后，人員方可進(jìn)入作業(yè)。在每個(gè)封閉區(qū)域內(nèi)，還設(shè)置有逃生門，主要目的是當(dāng)區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)意外情況，人員需要緊急撤出時(shí)使用。逃生門只允許從單元內(nèi)部打開(kāi)，并且當(dāng)逃生門打開(kāi)狀態(tài)下，整線設(shè)備都將處于安全狀態(tài)。

　　為避免設(shè)備誤動(dòng)作并方便生產(chǎn)人員操作，整線集成所有機(jī)械手端拾器的光電傳感器和模具安裝的零件檢測(cè)傳感器，對(duì)生產(chǎn)全過(guò)程進(jìn)行有效跟蹤。當(dāng)零件意外掉落或零件在模腔的位置不正確時(shí)，傳感器檢測(cè)出意外情況發(fā)生，阻止系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行，以保護(hù)設(shè)備。

結(jié)束語(yǔ)

　　在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的環(huán)境當(dāng)中，競(jìng)爭(zhēng)異常激烈，各企業(yè)都針對(duì)市場(chǎng)深入研究合理的生產(chǎn)方式，以求人盡其才，物盡其用。類似Gudel單臂機(jī)械手自動(dòng)沖壓線等綜合性價(jià)比優(yōu)異的工業(yè)化方式將獲得更多生產(chǎn)企業(yè)的認(rèn)可和應(yīng)用。