如何降低沖壓搬運(yùn)機(jī)器人掉件故障率

文/方鎮(zhèn)斌,蘇喜·廣汽乘用車有限公司

目前，汽車覆蓋件沖壓生產(chǎn)線基本都實(shí)現(xiàn)整線自動化生產(chǎn)，通過利用機(jī)器人搬運(yùn)與壓力機(jī)連續(xù)生產(chǎn)模式的配合，實(shí)現(xiàn)整線的自動化生產(chǎn)。

在搬運(yùn)機(jī)器人自動化生產(chǎn)過程中，機(jī)器人掉件故障是常見故障。機(jī)器人掉件是指搬運(yùn)機(jī)器人在搬運(yùn)零件過程中，由于機(jī)器人異常導(dǎo)致零件掉落的現(xiàn)象。某車型某個零件在進(jìn)入量產(chǎn)階段后，頻發(fā)掉件異常，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。

掉件不僅造成節(jié)拍損失、材料浪費(fèi)等，還可能導(dǎo)致設(shè)備本體和模具損壞。本課題主要以解決該零件掉件異常，延展出如何降低沖壓搬運(yùn)機(jī)器人掉件故障率的課題，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率。

零件吸附原理

機(jī)器人吸附零件的主要原理是通過利用大氣壓壓差實(shí)現(xiàn)吸附動作。如圖1 所示，壓縮空氣高速流過時，在附近的吸口產(chǎn)生負(fù)壓真空，即吸附力。通過在吸附口增加吸附部件(如吸盤等)，通過利用壓差的作用力，可以實(shí)現(xiàn)零件的吸附動作。

機(jī)器人吸附氣路結(jié)構(gòu)組成

圖1 機(jī)器人真空吸附原理

圖2 機(jī)器人吸附氣路組成示意圖

如圖2 所示，搬運(yùn)機(jī)器人吸附氣路主要包含真空發(fā)生器、機(jī)器人連接盤、端拾器本體、吸盤和各氣管及連接附件。其中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常，都有可能造成零件異常掉落。

真空發(fā)生器

真空發(fā)生器是產(chǎn)生真空，實(shí)現(xiàn)壓差的核心部件，壓縮空氣在真空發(fā)生器快速流過，在真空端產(chǎn)生真空負(fù)壓，實(shí)現(xiàn)壓差。真空發(fā)生器由參數(shù)設(shè)置單元、電磁閥、閥體閥芯、閥芯護(hù)罩和濾杯組成，屬于精密部件，對氣體潔凈度要求高，是需要重點(diǎn)關(guān)注的核心部件。

連接盤

機(jī)器人連接盤位于碳纖維橫臂上，連接盤用于連接碳纖維橫臂與機(jī)器人七軸，實(shí)現(xiàn)部件的硬連接和氣路連接，連接盤上加工有用于連接氣路的氣孔和氣路通道，也是機(jī)器人吸附氣路上的關(guān)鍵部件。

端拾器

端拾器是實(shí)現(xiàn)零件吸附，搬運(yùn)零件的執(zhí)行部件。端拾器主要由主桿、支桿、吸盤、氣管及氣管連接頭等附件組成，如圖3 所示。

圖3 端拾器結(jié)構(gòu)

機(jī)器人掉件的影響因素

氣密性

如上所述，機(jī)器人吸附零件，進(jìn)行搬運(yùn)的過程中，通過產(chǎn)生負(fù)壓真空，實(shí)現(xiàn)吸附力。因此，氣密性是影響掉件的首要因素之一。

氣密性要求涉及整個吸附氣路，從真空發(fā)生器、連接盤到端拾器吸盤，以及其間的連接氣管和氣管接頭等部件，任何一處出現(xiàn)漏氣都會導(dǎo)致真空度不足，造成零件異常掉落。

所以，氣密性影響因素要求對機(jī)器人吸附氣路進(jìn)行全面排查。在某車型某零件頻發(fā)掉件問題處理中，通過全面排查發(fā)現(xiàn)，機(jī)器人連接盤內(nèi)部密封件老化破損，導(dǎo)致氣密封失效，經(jīng)更換處理后，掉件故障有所改善。

吸盤布局

吸盤布置于端拾器上，是實(shí)現(xiàn)零件吸附的直接執(zhí)行部件。吸盤的布局包括吸盤在零件型面上的吸附位置、吸盤的布置角度、布置高度三大主要方面。

吸盤布局也是保證零件正常吸附，順利完成搬運(yùn)的重要影響因素。在某車型某零件掉件問題排查過程中，發(fā)現(xiàn)存在4 種不合理的吸盤布局情況，如圖4 所示。上述四種不合理的吸盤布局情況，最終都會導(dǎo)致吸盤的吸附面出現(xiàn)貼合不良，導(dǎo)致吸盤漏氣，造成氣密性異常，無法吸附起零件或者造成異常掉件。

圖4 4 種不合理的吸盤布局

通過對上述四種不良布局進(jìn)行對應(yīng)處理，某車型某零件的掉件故障率有明顯下降，但是依舊沒有徹底消除。此外，針對吸盤布局，需要根據(jù)實(shí)際情況制定相關(guān)的布局標(biāo)準(zhǔn)文件，在新車型導(dǎo)入調(diào)試階段，就要完成此類不良的規(guī)避。

吸盤選型

目前，市場上用于機(jī)器人零件吸附使用的吸盤種類、規(guī)格較多。通過分別對不同規(guī)格的吸盤進(jìn)行吸附力試驗，得出每種吸盤的吸附力數(shù)據(jù)(圖5、圖6，包括拉脫力和橫向力，拉脫力是指上下方向吸盤的吸附力，橫向力是指左右方向的吸附力)。

圖5 吸盤拉脫力試驗數(shù)據(jù)

圖6 吸盤橫向力試驗數(shù)據(jù)

再通過對比零件的實(shí)際重量與每個頻發(fā)掉件機(jī)器人的總吸附力數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其中有兩個工序的機(jī)器人(R31、R41)的拉脫力和橫向力都低于使用要求(圖7、圖8)。通過更換吸盤，增加端拾器總體的吸附力，能夠徹底消除掉件異常。

不同規(guī)格的吸盤吸附力存在差異，前期調(diào)試階段，由于機(jī)器人搬運(yùn)速度慢，吸附力核算經(jīng)常偏低；在新車型量產(chǎn)后，產(chǎn)量提升階段，隨著機(jī)器人速度提高，對于零件的吸附力要求也會隨著變化。因此在吸盤選型方面，新車調(diào)試階段應(yīng)該按照實(shí)際生產(chǎn)節(jié)拍進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)核實(shí)，再對吸盤進(jìn)行選型。

圖7 某零件各工序端拾器拉脫力值

圖8 側(cè)圍零件各工序端拾器橫向力值

結(jié)論

如今，同行業(yè)沖壓生產(chǎn)線自動化程度越來越高，消除搬運(yùn)機(jī)器人掉件異常，提高自動化生產(chǎn)效率是一個具有較高經(jīng)濟(jì)效益的課題。本文主要從搬運(yùn)機(jī)器人的吸附原理和吸附結(jié)構(gòu)出發(fā)，剖析影響零件吸附掉件的三大影響因素：氣密性、吸盤布局和吸盤選型。同時結(jié)合實(shí)際的生產(chǎn)案例，對如何消除沖壓搬運(yùn)機(jī)器人異常掉件進(jìn)行分析，最終消除某車型某零件的掉件故障，并得出如何消除沖壓搬運(yùn)機(jī)器人異常掉件的方法：⑴全面排查機(jī)器人吸附氣路，檢查氣密性。⑵排查吸盤布局，并制定符合實(shí)際生產(chǎn)情況的吸盤布局標(biāo)準(zhǔn)。⑶在新車型導(dǎo)入時，正確核算吸附力，選擇合適的吸盤。