七軸機(jī)器人和機(jī)械手在沖壓生產(chǎn)線中的比較

文/石海達(dá),劉敬偉,劉俊鋒·上汽通用五菱汽車股份有限公司

七軸機(jī)器人和機(jī)械手在沖壓生產(chǎn)線中的比較

文/石海達(dá),劉敬偉,劉俊鋒·上汽通用五菱汽車股份有限公司

沖壓生產(chǎn)線上的自動(dòng)化搬運(yùn)設(shè)備是決定生產(chǎn)節(jié)拍和產(chǎn)能的重要因素。正確分析各種自動(dòng)化設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、有針對(duì)性地選擇不同結(jié)構(gòu)類型的自動(dòng)化設(shè)備，能夠使企業(yè)獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益，并使企業(yè)的沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線更趨安全和高效。

在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)中，不管是機(jī)器人還是機(jī)械手搬運(yùn)設(shè)備都被統(tǒng)稱為自動(dòng)化設(shè)備。最早投入沖壓生產(chǎn)線使用的自動(dòng)化設(shè)備是六軸機(jī)器人，隨著各廠家對(duì)沖壓生產(chǎn)線節(jié)拍的要求日益提高，搬運(yùn)速度更快的機(jī)械手開(kāi)始逐漸嶄露頭角，但機(jī)械手存在價(jià)格高、設(shè)備穩(wěn)定性稍差的缺點(diǎn)，這樣又促進(jìn)了七軸機(jī)器人的誕生。七軸機(jī)器人兼具機(jī)器人價(jià)格低和機(jī)械手速度高的優(yōu)點(diǎn)。

目前廣泛使用的機(jī)器人為六軸機(jī)器人，即該機(jī)器人總共有6個(gè)可動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸。為了提高機(jī)器人的搬運(yùn)速度，在第5軸和第6軸的關(guān)節(jié)上又添加了一個(gè)附加的第7軸，專門用于零件在壓力機(jī)間的高速搬運(yùn)。七軸機(jī)器人有電氣七軸和機(jī)械七軸之分。機(jī)械手也是目前國(guó)內(nèi)企業(yè)使用比較廣泛的搬運(yùn)設(shè)備，總共有4個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，在壓力機(jī)間來(lái)回?cái)[動(dòng)進(jìn)行零件的搬運(yùn)。

本文將就七軸機(jī)器人和機(jī)械手在性能參數(shù)、投資成本、安裝方式、可靠性、柔性、可操作性和可維修性等幾個(gè)主要方面進(jìn)行描述和對(duì)比，希望能夠幫助企業(yè)在以后建造出性價(jià)比更高的沖壓生產(chǎn)線。下文所涉及的節(jié)拍均是凈節(jié)拍和理論值，生產(chǎn)線為斷續(xù)模式，機(jī)械手為單臂機(jī)械手，七軸機(jī)器人為電氣七軸機(jī)器人。

性能參數(shù)

性能參數(shù)是各生產(chǎn)企業(yè)在項(xiàng)目前期需要著重考慮的一個(gè)參數(shù)，因?yàn)樗苯佑绊懙角捌诘耐顿Y和后期的產(chǎn)能，進(jìn)而影響整個(gè)工廠的運(yùn)營(yíng)和管理。在自動(dòng)化設(shè)備的性能參數(shù)里主要有設(shè)備所能達(dá)到的節(jié)拍、柔性、運(yùn)動(dòng)軌跡、對(duì)壓力機(jī)的間距要求等，機(jī)械手與七軸機(jī)器人性能參數(shù)的對(duì)比如表1所示。

投資成本

依據(jù)筆者的工作經(jīng)驗(yàn)，一條普通的國(guó)內(nèi)壓力機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)線，一條機(jī)械手和一條七軸機(jī)器人生產(chǎn)線投資成本分別是2000萬(wàn)元和1500萬(wàn)元（該數(shù)據(jù)僅作為本文的參考對(duì)比，不作為實(shí)際項(xiàng)目投資的價(jià)格參考）。

安裝方式

自動(dòng)化結(jié)構(gòu)確定下來(lái)后，接下來(lái)的事情就是現(xiàn)場(chǎng)安裝了。七軸機(jī)器人和機(jī)械手的現(xiàn)場(chǎng)安裝方式明顯不同，具體的對(duì)比如表2所示。

從表2中可以看出，就對(duì)地面的要求而言，機(jī)械手的適應(yīng)能力更強(qiáng)。且現(xiàn)在的廠房建造是為了方便設(shè)備的吊裝和后期的維護(hù)，建造較多的是鋼蓋板的地面。但在受壓力機(jī)振動(dòng)影響方面，機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)更大。因?yàn)闄C(jī)械手鋼梁與壓力機(jī)的立柱的連接幾乎是剛性連接，雖然中間有緩沖裝置，但緩沖效果有限，所以壓力機(jī)的振動(dòng)和前后晃動(dòng)對(duì)機(jī)械手的影響十分嚴(yán)重，在振動(dòng)大時(shí)，肉眼即可清楚地看到機(jī)械手本體的晃動(dòng)。

表1 機(jī)械手與七軸機(jī)器人性能參數(shù)對(duì)比

表2 機(jī)械手與七軸機(jī)器人的安裝方式對(duì)比

設(shè)備的可靠性

可靠性應(yīng)該說(shuō)是設(shè)備最重要的參數(shù)之一。當(dāng)設(shè)備可靠性無(wú)法保證時(shí)，投資成本、性能參數(shù)等都無(wú)足輕重了。

本公司的一個(gè)生產(chǎn)基地有兩條六軸機(jī)器人自動(dòng)化線和一條機(jī)械手生產(chǎn)線。機(jī)械手生產(chǎn)線于2012年投入生產(chǎn)，兩條六軸機(jī)器人生產(chǎn)線分別于2006年和2009年投入生產(chǎn)。從使用情況來(lái)看，機(jī)器人設(shè)備的可靠性要遠(yuǎn)高于機(jī)械手。機(jī)械手設(shè)備的停線指標(biāo)每個(gè)月都超出規(guī)定，其故障率是六軸機(jī)器人的5～10倍。但筆者所在公司的另一個(gè)生產(chǎn)基地，機(jī)械手的可靠性又比較高，和機(jī)器人不相上下。

七軸機(jī)器人生產(chǎn)線在國(guó)內(nèi)還不多，所以無(wú)法客觀地對(duì)七軸機(jī)器人的可靠性做出確切評(píng)價(jià)。但可以肯定的是，六軸機(jī)器人是一個(gè)很成熟的產(chǎn)品，七軸是作為六軸的一個(gè)附加軸，如果有問(wèn)題，最多也就是第七軸會(huì)有不穩(wěn)定的表現(xiàn)。

設(shè)備柔性

設(shè)備的柔性即自動(dòng)化設(shè)備適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)零件變動(dòng)、壓力機(jī)設(shè)備安裝尺寸公差、模具的結(jié)構(gòu)變化等情況自動(dòng)化設(shè)備所具有的應(yīng)變能力。鑒于七軸機(jī)器人和機(jī)械手二者的安裝方式和各自本身機(jī)械結(jié)構(gòu)、工作方式的限制，機(jī)械手的柔性遠(yuǎn)低于七軸機(jī)器人。機(jī)械手在前、后壓力機(jī)間只能做往返的直線運(yùn)動(dòng)，對(duì)前、后壓力機(jī)的定位、模具的定位要求很高，要求前后壓力機(jī)的對(duì)中性為2mm，如果壓力機(jī)或模具錯(cuò)誤精度大于2mm，機(jī)械手將無(wú)法準(zhǔn)確取到料或者無(wú)法準(zhǔn)確把料放到位。機(jī)器人則不存在這樣的問(wèn)題，由于機(jī)器人前六軸的柔性化，可隨意調(diào)整機(jī)器人的姿態(tài)和取、放料的位置，無(wú)論壓力機(jī)或模具的錯(cuò)誤是2mm還是2cm，都可以通過(guò)調(diào)整機(jī)器人的取、放料位置來(lái)適應(yīng)。

可操作性和可維修性

設(shè)備安裝好后，將交付業(yè)主使用。接下來(lái)面對(duì)的便是設(shè)備的操作和維修。對(duì)于設(shè)備的操作，主要體現(xiàn)在新零件的調(diào)試和日常的操作上。機(jī)器人和機(jī)械手的操作都是通過(guò)一個(gè)手持器式樣的設(shè)備進(jìn)行操作，在各種模式下對(duì)設(shè)備進(jìn)行單軸或多軸的聯(lián)動(dòng)操作，使設(shè)備滿足操作者所需要的要求。從筆者使用體驗(yàn)而言，可操作性上機(jī)器人和機(jī)械手是相同的。對(duì)于設(shè)備的維修，主要是維修人員對(duì)設(shè)備的維修簡(jiǎn)便性及技術(shù)掌握上，七軸機(jī)器人和機(jī)械手在可維修性上各有優(yōu)劣，無(wú)法用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量。

結(jié)束語(yǔ)

在中、小零件的生產(chǎn)領(lǐng)域，多工位壓力機(jī)的存在使得自動(dòng)化設(shè)備可能無(wú)用武之地。無(wú)論是七軸機(jī)器人，還是各種各樣的機(jī)械手或多工位壓力機(jī)，企業(yè)在項(xiàng)目初期進(jìn)行設(shè)備選用時(shí)，要結(jié)合自身零件的特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)安裝條件、投資成本等各種條件進(jìn)行綜合考慮，最好的自動(dòng)化設(shè)備就是最適合的設(shè)備。