端拾器通用化工藝分析

文/李奇，王愛(ài)華，李峰，李志明·奇瑞汽車(chē)股份有限公司乘用車(chē)公司沖壓廠

端拾器通用化工藝分析

文/李奇，王愛(ài)華，李峰，李志明·奇瑞汽車(chē)股份有限公司乘用車(chē)公司沖壓廠

李奇，工程師。主要研究方向?yàn)闆_壓工藝管理。

本文通過(guò)對(duì)機(jī)器人自動(dòng)化線(xiàn)端拾器通用化工藝進(jìn)行分析，并對(duì)端拾器進(jìn)行安裝調(diào)試，降低了自動(dòng)化線(xiàn)端拾器開(kāi)發(fā)成本，減少了端拾器存放面積，為自動(dòng)化線(xiàn)降本提供了新的思路和方法。

汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)件及覆蓋件的沖壓生產(chǎn)正在從純手工生產(chǎn)方式過(guò)渡到全自動(dòng)化生產(chǎn)。全自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)牽涉到拆垛、上料及工序間零件過(guò)渡的問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)普遍選用的是利用端拾器實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的過(guò)渡。每組制件端拾器投資成本約3～5萬(wàn)元。本文通過(guò)對(duì)端拾器通用化工藝進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)拆垛上料端拾器通用、同類(lèi)型端拾器通用，降低車(chē)型開(kāi)發(fā)時(shí)端拾器投資成本。

沖壓機(jī)器人自動(dòng)化線(xiàn)工藝流程

沖壓機(jī)器人自動(dòng)化線(xiàn)工藝流程，如圖1所示。在準(zhǔn)備好各工序模具的情況下，將垛料輸送到拆垛工位定位后，拆垛機(jī)器人通過(guò)端拾器從垛料上吸取單張板料并把它輸送到磁性皮帶機(jī)上。磁性皮帶機(jī)將板料涂油后送到對(duì)中臺(tái)。經(jīng)過(guò)對(duì)中定位后，上料機(jī)器人取料將板料送入第一臺(tái)壓力機(jī)第一道工序的模具中。沖壓后工件通過(guò)搬運(yùn)機(jī)器人從壓力機(jī)內(nèi)取出放入下一套模具進(jìn)行沖壓。這一過(guò)程重復(fù)到最后一道工序，下料機(jī)器人在最后一臺(tái)沖壓機(jī)完成沖壓后取走工件并將其放到皮帶機(jī)上，由人工檢查和裝箱。

端拾器可行性工藝分析

圖1 沖壓機(jī)器人自動(dòng)化線(xiàn)工藝流程

端拾器指安裝聯(lián)接在工業(yè)機(jī)器人或機(jī)械手上的裝置，利用真空吸盤(pán)或夾鉗與被抓取物接觸，將其從一個(gè)位置搬運(yùn)到指定的位置。沖壓機(jī)器人自動(dòng)化線(xiàn)端拾器為單桿快換鋁制端拾器（圖2），采用鋁制模塊化結(jié)構(gòu)形式，利用真空吸附的工作原理抓取工件或板料。端拾器的組成主要包括快換主接頭、鋁桿、轉(zhuǎn)接頭、T形接頭、吸盤(pán)連接臂、連接臂接頭、吸盤(pán)接頭、吸盤(pán)、直通/三通接頭、氣管等。真空吸盤(pán)布置在用鋁合金制作的延長(zhǎng)臂支架上，吸盤(pán)個(gè)數(shù)及其布置形式根據(jù)具體的制件而定。機(jī)器人上安裝有真空發(fā)生器，用于產(chǎn)生真空并檢測(cè)真空度，判定制件是否吸牢。

端拾器通過(guò)真空吸盤(pán)與制件接觸吸取制件。吸盤(pán)種類(lèi)很多，波紋吸盤(pán)最常用，在使用中有多重優(yōu)點(diǎn)：⑴適用于不同尺寸和形狀的工件，如波紋吸盤(pán)SAB吸盤(pán)直徑尺寸從22mm到110mm；⑵對(duì)曲面和不平整工件具有很強(qiáng)的適應(yīng)性；⑶接觸工件時(shí)有良好的緩沖性能、吸力強(qiáng)，吸盤(pán)壓縮行程3～10mm。波紋吸盤(pán)的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 單桿快換鋁制端拾器

圖3 波紋吸盤(pán)結(jié)構(gòu)

端拾器吸盤(pán)吸取點(diǎn)選擇時(shí)，需重點(diǎn)考慮兩個(gè)因素：⑴工件最小曲率半徑是否符合吸盤(pán)要求；⑵端拾器吸盤(pán)吸力與橫向力是否滿(mǎn)足要求等。

工件最小曲率半徑表明吸盤(pán)能夠安全吸取工件的最小半徑，如圖4所示。利用CATIA V5“曲面分析”工具分析所選取吸盤(pán)吸取曲面的曲率半徑。將工藝數(shù)模導(dǎo)入后進(jìn)入CATIA機(jī)械設(shè)計(jì)模塊下的線(xiàn)架與曲面設(shè)計(jì)模塊，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取吸盤(pán)所在的曲面，在曲面分析工具欄中單擊“曲面曲率分析”按鈕，在分析類(lèi)型欄選擇“最小值”，即顯示曲率最小值。當(dāng)曲率最小值大于工件最小曲率半徑（表1）時(shí)，吸盤(pán)吸取曲面的曲率半徑滿(mǎn)足吸盤(pán)工件最小曲率半徑要求，如圖5所示。

圖4 工件最小曲率半徑

圖5 制件曲面的曲率半徑

吸盤(pán)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的受力分為吸力和橫向力。為了確保端拾器在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不掉件，需考慮一定的安全系數(shù)。通過(guò)吸盤(pán)吸力理論數(shù)值和對(duì)我公司生產(chǎn)200余組制件端拾器吸盤(pán)分布分析，自動(dòng)化線(xiàn)端拾器真空吸盤(pán)的安全系數(shù)n最小取4，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)加速度最大取12m/s2。將工藝數(shù)模導(dǎo)入后進(jìn)入CATIA機(jī)械設(shè)計(jì)模塊下的線(xiàn)架與曲面設(shè)計(jì)模塊，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取吸盤(pán)所在的曲面，然后再根據(jù)曲面大小和曲率選擇吸盤(pán)大小，完成吸盤(pán)位置選擇，并對(duì)端拾器吸盤(pán)吸力和橫向力進(jìn)行校核。同時(shí)需考慮機(jī)器人取料點(diǎn)相對(duì)于制件的位置，方便員工取下（裝上）端拾器。

以包裹件本體制件為例，制件重量為3.54kg，其重力為35.4N，在自動(dòng)化運(yùn)行過(guò)程中制件最大 切 向 力 為3.54kg×12m/s2=42.48N。 在 包裹件本體制件數(shù)模上選取4點(diǎn)安裝吸盤(pán)——4個(gè)SAB50，對(duì)吸力和橫向力進(jìn)行校核，端拾器吸力為53×4/4=53N＞35.4N，橫向力為55×4/4=55N＞42.48N，故制件能夠被吸起，滿(mǎn)足機(jī)器人自動(dòng)化線(xiàn)生產(chǎn)要求。通過(guò)核算，力學(xué)條件滿(mǎn)足，再在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)吸盤(pán)位置進(jìn)行精確調(diào)整。

表1 吸盤(pán)型號(hào)、尺寸及技術(shù)參數(shù)

圖6 拆垛上料端拾器通用化分析

端拾器通用化工藝分析

拆垛上料端拾器通用

運(yùn)用成組技術(shù)分析端拾器通用化工藝的可行性。成組技術(shù)揭示和利用事物間的相似性，按照一定的準(zhǔn)則分類(lèi)成組，同組事物能夠采用同一方法進(jìn)行處理，以便提高效益。成組技術(shù)的核心是成組工藝，即把結(jié)構(gòu)、材料、工藝相近似的零件組成一個(gè)零件族，按零件族制定工藝進(jìn)行加工，從而擴(kuò)大了批量、減少了品種，便于采用高效方法和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。零件的相似性是廣義的，在幾何形狀、尺寸、功能要素、精度、材料等方面的相似性為基本相似性，以基本相似性為基礎(chǔ)，在制造、裝配及生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理等方面所導(dǎo)出的相似性，稱(chēng)為二次相似性或派生相似性。

結(jié)合端拾器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，運(yùn)用AutoCAD軟件分析制件拆垛上料端拾器通用的可行性。沖壓自動(dòng)化線(xiàn)每條線(xiàn)生產(chǎn)20～30組制件。根據(jù)自動(dòng)化線(xiàn)制件板料尺寸，按長(zhǎng)寬尺寸間距600mm內(nèi)對(duì)板料進(jìn)行分類(lèi)，把尺寸相似的板料歸類(lèi)成組，確定拆垛上料端拾器通用的可行性。如圖6所示，在AutoCAD軟件中，在不同圖層繪制不同制件的板料（板料的中心為同一點(diǎn)），確定板料的重疊部分，根據(jù)吸盤(pán)均勻分布的原則選擇吸盤(pán)位置點(diǎn)，另外對(duì)于拆垛端拾器需考慮雙料檢測(cè)傳感器位置。分析端拾器吸盤(pán)吸力和橫向力是否大于板料重力和橫向力，如滿(mǎn)足，則端拾器通用。在現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試時(shí)進(jìn)一步優(yōu)化端拾器。每條生產(chǎn)線(xiàn)約4套端拾器滿(mǎn)足該線(xiàn)所有制件的拆垛上料需求。

另外，拆垛上料端拾器通用化實(shí)現(xiàn)時(shí)，需進(jìn)一步考慮拆垛小車(chē)上料垛的位置公差在每個(gè)方向上為±10mm。放置板料的托盤(pán)對(duì)中通過(guò)定位銷(xiāo)及托盤(pán)上相應(yīng)的對(duì)中面來(lái)實(shí)現(xiàn)。定位銷(xiāo)必須插在料垛車(chē)上相應(yīng)于托盤(pán)的安插位置上。每垛板料最下面板料到最上面板料的平度要在10mm之內(nèi)。

搬運(yùn)端拾器通用

根據(jù)成組技術(shù)原則將制件按照類(lèi)型分類(lèi)，再根據(jù)吸盤(pán)壓縮行程確定吸盤(pán)布置點(diǎn)，然后分析確定工序間搬運(yùn)端拾器通用可行性，確定吸盤(pán)位置點(diǎn)，校核端拾器吸力、橫向力等，確定端拾器的通用可行性。

如圖7所示，以A/B兩車(chē)型發(fā)動(dòng)機(jī)蓋外板為例研究搬運(yùn)端拾器的通用可行性。在CATIA的裝配設(shè)計(jì)模塊中，導(dǎo)入A/B兩車(chē)型發(fā)動(dòng)機(jī)蓋外板相同工序數(shù)據(jù)，利用指南針對(duì)零件進(jìn)行移動(dòng)，使A/ B發(fā)動(dòng)機(jī)蓋外板處于相對(duì)平行的位置。使用Space Analysis(空間分析）工具欄中的Sectioning(剖切）工具，在設(shè)計(jì)環(huán)境中自動(dòng)生產(chǎn)一個(gè)剖切面，通過(guò)對(duì)話(huà)框可以調(diào)整剖切名稱(chēng)、剖切對(duì)象和剖面定位等多個(gè)與剖切相關(guān)的因素，測(cè)量截面線(xiàn)上各點(diǎn)之間的距離。

圖7 工序間搬運(yùn)端拾器通用化分析

端拾器通用的條件如下：⑴吸盤(pán)選取點(diǎn)各截面線(xiàn)之間的距離應(yīng)在5mm內(nèi)，如圖7所示；⑵吸盤(pán)選取點(diǎn)最小曲率半徑大于所選吸盤(pán)要求的工件最小曲率半徑；⑶端拾器吸盤(pán)均勻分布在制件上，端拾器吸盤(pán)吸力與橫向力大于制件重力與橫向力。所有條件都符合后，根據(jù)吸盤(pán)選取點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試端拾器。

結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)端拾器通用化工藝要求，對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)的沖壓件進(jìn)行分析，確定通用的拆垛上料端拾器及搬運(yùn)端拾器類(lèi)型。目前我公司沖壓機(jī)器人自動(dòng)化線(xiàn)拆垛上料端拾器已實(shí)現(xiàn)通用，端拾器通用有助于降低端拾器開(kāi)發(fā)成本，減少端拾器存放面積，提高生產(chǎn)效率。