汽車沖壓領(lǐng)域端拾器真空吸盤優(yōu)化改進(jìn)

文/唐士東，方安勇·一汽-大眾汽車有限公司

汽車沖壓領(lǐng)域端拾器真空吸盤優(yōu)化改進(jìn)

文/唐士東，方安勇·一汽-大眾汽車有限公司

帶有真空吸盤的端拾器在汽車制造行業(yè)沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。汽車制造業(yè)的沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線不僅運(yùn)行節(jié)拍高，還對(duì)板料運(yùn)送定位的精度要求很高，本文以生產(chǎn)某車型頂蓋加強(qiáng)框?yàn)槔?，針?duì)該制件在生產(chǎn)過程中間斷掉件問題，通過理論計(jì)算分析，確定其掉件原因，并對(duì)該制件的端拾器吸盤進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，提高了生產(chǎn)效率。

真空系統(tǒng)在自動(dòng)化領(lǐng)域多用于抓取和傳遞工件，它主要包括真空產(chǎn)生裝置、過濾器和連接部件、開關(guān)和系統(tǒng)監(jiān)控、安裝部件、真空吸盤或特殊夾具。目前，帶有真空吸盤的端拾器在汽車制造行業(yè)沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)過程中得到廣泛應(yīng)用。本文通過理論計(jì)算，確定真空吸盤的選用規(guī)格，并在實(shí)際生產(chǎn)過程中進(jìn)行驗(yàn)證，最終解決了輔具吸盤掉件的問題，提高了生產(chǎn)效率。

吸盤選型

吸盤是工件和搬運(yùn)系統(tǒng)之間的連接件，將真空發(fā)生器連接到吸盤上，同時(shí)將吸盤和工件之間的空氣抽走，就能形成壓差。如果吸盤和工件表面接觸面良好，并且沒有空氣可以進(jìn)入，真空就此形成。這個(gè)過程并不是真空本身吸住了工件，而是在大氣壓力大于吸盤內(nèi)部壓力時(shí)，在吸盤的內(nèi)外表面形成了一個(gè)壓力差，氣壓將吸盤與工件緊緊地壓在了一起。

此時(shí)，吸盤的吸力與吸盤內(nèi)外的壓力差成正比，真空吸盤的選型，取決于其實(shí)際的應(yīng)用場合。在實(shí)際的沖壓生產(chǎn)過程中，應(yīng)該怎樣去選擇合適的吸盤類型呢？下文通過幾個(gè)相應(yīng)參數(shù)的引入介紹，闡述吸盤的選型過程。

安全系數(shù)S與摩擦系數(shù)

在實(shí)際的運(yùn)用過程中還必須考慮到很多重要因素，如吸盤的大小和形狀、工件的表面光潔度和硬度、表面油膜等。因此，需要設(shè)定一個(gè)安全系數(shù)S，建議安全系數(shù)至少為1.5，如果零件在抓取和轉(zhuǎn)運(yùn)過程中還需要旋轉(zhuǎn)或翻轉(zhuǎn)，建議設(shè)定安全系數(shù)為2或者更高，以保證滿足在該過程中需要的吸力。

通常真空吸盤與零件之間的摩擦系數(shù)不是固定值，因此必須通過測試來確定。零件表面狀況或吸盤的屬性都對(duì)摩擦系數(shù)有著顯著的影響。對(duì)沖壓板材而言，由于零件表面需經(jīng)過防銹油處理，摩擦系數(shù)確定為0.1。

垂直移動(dòng)吸力FY吸與水平移動(dòng)吸力FX吸

真空吸盤水平放置，垂直移動(dòng)時(shí)，如圖1所示，吸盤吸取沖壓制件所需的吸力為：FY吸=m×(g+a)×S。真空吸盤水平放置，水平移動(dòng)時(shí)，如圖2所示，吸盤吸取沖壓制件所需的吸力為：FX吸=m×(g+a/μ)×S。

實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用

圖1 吸盤垂直移動(dòng)

圖2 吸盤水平移動(dòng)

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，根據(jù)上述分析，可綜合考慮沖壓制件的板料大小、可布置的吸盤位置等信息確定所需的吸盤規(guī)格型號(hào)；或者根據(jù)已有的吸盤型號(hào)，確定吸盤的數(shù)量。在生產(chǎn)某車型頂蓋加強(qiáng)框時(shí)，在把生產(chǎn)節(jié)拍從12次/分鐘提升至14次/分鐘的過程中，出現(xiàn)間斷掉件現(xiàn)象，導(dǎo)致生產(chǎn)節(jié)拍提升工作未能按期完成，并因此造成大量的停機(jī)時(shí)間。

在分析過程中發(fā)現(xiàn)，頂蓋加強(qiáng)框制件的形狀特殊，安裝真空吸盤的位置有限，吸盤布局與型號(hào)選擇受限，從而造成吸力不足導(dǎo)致掉件，如圖3所示。

生產(chǎn)該頂蓋加強(qiáng)框時(shí)，吸盤所需理論吸力為：F吸=FX吸=m×(g+a/μ)×S=2.1×(9.8+11.4/0.1)×1.5=390(N)。

其中：

制件質(zhì)量m=2.1kg

重力加速度g=9.8m/s2

制件在垂直軸方向的加速度a=11.4m/s2

摩擦系數(shù)μ=0.1

安全系數(shù)S=1.5

改進(jìn)措施

在實(shí)際生產(chǎn)中，該制件共使用SAB50型號(hào)（最大吸力87N)吸盤2個(gè)，SAOF50×16型號(hào)（最大吸力31N)橢圓吸盤2個(gè)，其總吸力為F=87N×2+31N×2=236N。由此可知，生產(chǎn)中使用的4個(gè)吸盤的總吸力遠(yuǎn)小于理論吸力，導(dǎo)致在提速過程中間斷掉件。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果、零件形狀及現(xiàn)有的吸盤型號(hào)，在生產(chǎn)該制件時(shí)將SAOF50×16型號(hào)吸盤更換為30BT型號(hào)（最大吸力31N)吸盤；同時(shí)，增加4個(gè)SGM30型號(hào)（最大吸力35N)磁性吸盤，以解決空間不足無法安裝真空吸盤的問題。

圖3 某車型頂蓋加強(qiáng)框

圖4 改進(jìn)后的吸盤布置

圖5 端拾器吸盤優(yōu)化對(duì)比

改進(jìn)后共使用SAB50型號(hào)吸盤2個(gè)，30BT型號(hào)吸盤2個(gè)，SGM30型號(hào)磁性吸盤4個(gè)，改進(jìn)后的輔具端拾器吸盤布置如圖4、圖5所示。優(yōu)化改進(jìn)后，吸盤總吸力為：F=87N×2+31N×2+35N×4=376N，接近理論吸力390N。

通過對(duì)端拾器吸盤的優(yōu)化改進(jìn)，該車型頂蓋加強(qiáng)框的生產(chǎn)節(jié)拍順利提升至14次/分鐘，在提速過程中未出現(xiàn)掉件情況，有效地提高了生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。頂蓋加強(qiáng)框每周生產(chǎn)3000件，提速前每批次需要生產(chǎn)用時(shí)250分鐘，提速后只需214分鐘，每批次節(jié)省用時(shí)36分鐘，一年可以節(jié)省1872分鐘，每年可以多生產(chǎn)制件兩萬六千余件。

結(jié)束語

本文通過理論計(jì)算分析，論述了真空吸盤在生產(chǎn)汽車沖壓件時(shí)的型號(hào)規(guī)格選取計(jì)算方法。并對(duì)實(shí)際案例——某車型頂蓋加強(qiáng)框在生產(chǎn)過程中間斷掉件，進(jìn)行端拾器吸盤優(yōu)化改進(jìn)，解決了掉件問題，提高了沖壓生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，為后續(xù)汽車沖壓件生產(chǎn)的端拾器優(yōu)化提供了改進(jìn)方向。