以ROBOBEAM為例的高速壓力機移送裝置

文/全冠宇，徐躍娣，秦亞鵬，董浩·東風(fēng)悅達起亞汽車有限公司

隨著汽車行業(yè)對高效率，多產(chǎn)能的要求，沖壓領(lǐng)域生產(chǎn)節(jié)拍要求逐步提高，移送方式從傳統(tǒng)壓力機搭配人工移送轉(zhuǎn)變到了機械自動化移送。

移送裝置作為在壓機工序間對毛坯或工件搬運的機構(gòu)，主要分為機械手和機器人兩種。隨著沖壓自動化技術(shù)的不斷進步，機械手自動移送機構(gòu)形式也日新月異。自動移送裝置的形式差異，也是目前沖壓自動線不同形式的主要區(qū)別所在。

20世紀末廣泛應(yīng)用的平行四邊形機械手結(jié)構(gòu)目前已經(jīng)逐步淘汰，取而代之的是高速、穩(wěn)定的單臂或雙臂橫桿式傳送機構(gòu)。瑞士Gudel的ROBOBEAM、德國前MW的Speedbar以及日本Komatsu的H*TL系統(tǒng)中的傳輸機構(gòu)均是現(xiàn)今高速沖壓自動線傳輸機構(gòu)的典型代表。另外機器人傳輸方式由于自身特點獨樹一幟，在老線改造及速度較低、投入較少的生產(chǎn)線中仍具有一定的應(yīng)用空間。

本文將介紹移送裝置的歷史演變過程及對現(xiàn)階段普遍使用的ROBOBEAM進行詳細說明（從結(jié)構(gòu)，特性，操作使用等角度）。

壓力機移送裝置發(fā)展史

20世紀70年代到80年代初期其上件/取件都是人工操作（圖1）,工序間用皮帶輸送機進行輸送。人工生產(chǎn)效率低(SPH：200件)，存在諸多安全隱患，勞動強度大，人工上件/取件時容易對沖壓件造成碰傷、變形，沖壓件品質(zhì)較低。

圖1 20世紀70～80年代壓力機間零件移送方式

20世紀80年代末期移送方式（圖2)發(fā)生轉(zhuǎn)變，這時采用人工上件，機械手取件。工序間用皮帶輸送機輸送，可以減少4個人。此種半自動移送方式雖然提升了生產(chǎn)效率 (SPH：250件),但仍然具有安全隱患，勞動強度大，沖壓件易發(fā)生碰傷、變形，品質(zhì)低下。同時因為機械手移送裝置結(jié)構(gòu)不成熟經(jīng)常發(fā)生壓機與機械手碰撞事故，影響生產(chǎn)效率，增加了維護成本。

圖2 20世紀80年代末期壓機間零件移送方式

20世紀90年代初期～90年代后期移送方式（圖3)變?yōu)榘宀淖詣硬鸲?，機械手上件，機械手取件,工序間通過小車輸送，可以減少4個人。采用該全自動化的移送方式后，效率大幅度提高（SPH：320件）,存在的不足是機械手工作曲線單一(上升/下降,前進/后退)。對于模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜的情況難以應(yīng)對，影響生產(chǎn)線速度。

圖3 20世紀90年代初期～90年代后期壓機間零件移送方式

20世紀90年代后期移送方式（圖4)進一步改變，為上件/取件/移送，機器人全程執(zhí)行。相較前期，這次改進解決了機械手單一曲線，可柔性的進行曲線設(shè)定，生產(chǎn)效率略有提高（SPH：360件）,機器人結(jié)構(gòu)更加成熟。多軸機器人可應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境進行曲線設(shè)定。

圖4 20世紀90年代后期壓機間零件移送方式

現(xiàn)階段高速生產(chǎn)線搭配移送桿（圖5），每分鐘可達到15次，生產(chǎn)效率大幅度提高(SPH：600件)。它不僅需要高速的移送裝置，還得需要滿足移送裝置的壓機搭配，壓力機速度與生產(chǎn)線的速度需要保持一致。以5400t壓機為例，第一序是2400t壓機，后面的三個1000t壓機通過一個軸連接，每個工序可連續(xù)行程，減少了壓機之間等待時間。

圖5 現(xiàn)階段高速生產(chǎn)線

移送軌跡類型

⑴二維直線。移送裝置軌跡最初比較簡單，只具有升降、前進、后退的形式。通過吸盤壓力移送裝置運送板材，運動軌跡為二維直線。其主要應(yīng)用在最初的機械手簡單的機械結(jié)構(gòu)中，因移送軌跡單一受到諸多局限，生產(chǎn)速度無法提高到最佳。

⑵三維直線。在二維直線的基礎(chǔ)上，后續(xù)增加了左右方向的移動，并且?guī)в袏A緊、放松功能，移送過程中速度更快，適用于多工位小件生產(chǎn)，但不適合大件生產(chǎn)。

⑶曲線。拋開傳統(tǒng)的直線移送，研發(fā)了全新移送裝置。通過曲線移送沖壓件，可以設(shè)定曲線，可避開模具特殊結(jié)構(gòu)，提高生產(chǎn)速度。結(jié)合壓機可以構(gòu)成與壓機同等速度的生產(chǎn)線。

ROBOBEAM介紹

ROBOBEAM（下面簡稱RB）是GUDEL公司研發(fā)的高速移送裝置。以5400t舉例說明，它包括12套RB，每套RB左右對稱，兩個RB之間通過CROSSBAR連接（圖6）。為了減輕移送裝置重量，CROSSBAR采用纖維材質(zhì)制作，具有一定的彈性。RB可移送的重量為40kg，側(cè)圍之類的大型部品也可移動。

RB擁有三個軸，分別是上下方向的Z軸，前后方向的Y軸，旋轉(zhuǎn)方向的A軸。每套RB有4個驅(qū)動Z軸的電機，2個驅(qū)動Y軸的電機，2個驅(qū)動A軸的電機。在這些電機的驅(qū)動下，CROSSBAR可以畫出完美曲線。

圖6 RB連接方式

RB特性-TLLTING(旋轉(zhuǎn))

RB不僅可通過3個軸的伺服電機形成完美曲線，更為值得一提的特點是RB上的A軸可旋轉(zhuǎn)，使移送桿可以隨著旋轉(zhuǎn)避開干涉物。在實際生產(chǎn)時，成形件取出時與OP10下模發(fā)生干涉。如果沒有旋轉(zhuǎn)這個功能，移送過程中成形件會變形或在移送過程中掉落（圖7）。放件時OP20下模干涉，沖壓件發(fā)生變形，發(fā)生品質(zhì)不良，這種情況下可用RB的旋轉(zhuǎn)特性充分避開，順利移送沖壓件。

圖7 成形件移送過程中發(fā)生干涉現(xiàn)象

RB特性-2倍移送距離

RB通過皮帶，幫助伺服電機移送A距離，但CROSSBAR其實移動了2A的距離（圖8）。利用皮帶后，它的速度，加速度，行程增加到?jīng)]有使用皮帶時RB的2倍。提高了速度，也減少了電機功率負荷。

圖8 2倍移送距離

RB特性-自我保護裝置

為了保護RB,CROSSBAR偏差正負4度時關(guān)停設(shè)備保護CROSSBAR。假設(shè)發(fā)生碰撞引起偏差后，RB自動報警停止設(shè)備,再加上本身具有的一定彈性可以有效地減少碰撞CROSSBAR造成的破損。

RB操作

RB移送曲線雖然非常復(fù)雜，但實際操作并不復(fù)雜，曲線設(shè)定畫面通過辦公用EXCEL（圖9）操作，把抽象的RB曲線，以拋物線的形式顯示在畫面上，避開不必要的實際調(diào)試時間。當超出規(guī)定角度及范圍后，發(fā)出報警。該操作可復(fù)制類似大小部品的曲線，靈活的操作減少了不必要的設(shè)定工作，適用普遍性比較廣泛。

⑴Y軸設(shè)定。

Y軸是前后方向的調(diào)整軸，RB上件進/出時，各包含3個點，通過總共6個點的參數(shù)設(shè)定來控制整個Y軸前后距離。同樣在取件時用同樣的參數(shù)設(shè)定它的曲線。一般Y軸是前后距離，這個參數(shù)一般已經(jīng)設(shè)定搭配好，無需特別設(shè)定，除非模具之間中心有偏差時，利用數(shù)據(jù)作細微調(diào)整。

⑵Z軸設(shè)定。

Z軸是上下方向的調(diào)整軸，RB通過上件進/出時，各包含3個點，通過總共6個點的參數(shù)設(shè)定來控制整個Z軸的上下距離。同樣在取件時，用同樣的參數(shù)設(shè)定它的曲線。Z軸一般是在調(diào)整曲線時常用的參數(shù)，對Z軸的設(shè)定來調(diào)整高度。在不同的角度，不同的高度可以形成曲線避開障礙物。

圖9 RB操作界面

⑶A軸設(shè)定。

A軸是旋轉(zhuǎn)調(diào)整軸，RB通過上件進/出時，各包括3個點，通過總共6個點的參數(shù)設(shè)定來控制整個A軸的旋轉(zhuǎn)角度。同樣在取件時，用同樣的參數(shù)設(shè)定它的曲線。通過旋轉(zhuǎn)角度合理地避開障礙物。不用刻意調(diào)整Z軸，小幅度曲線對高速生產(chǎn)有利。

結(jié)束語

移送裝置是沖壓領(lǐng)域自動化的標志性設(shè)備，移送裝置的速度決定了整個生產(chǎn)線的節(jié)拍。雖然RB達到了每分鐘15個節(jié)拍，但移送裝置的發(fā)展不應(yīng)停留在現(xiàn)有狀態(tài)。隨著生產(chǎn)速度的加快，更快、更簡便的移送裝置會被陸續(xù)研發(fā)出來。筆者想要提到的是這些研發(fā)不僅要靠研究所，還需要結(jié)合現(xiàn)場實際情況。只有堅持更深入的學(xué)習(xí)，在面對將來的最新移送裝置時，才可以迅速的理解原理及結(jié)構(gòu)，并把相應(yīng)的精髓投入到現(xiàn)場生產(chǎn)中。