關于自動沖壓線單臂機械手旋轉軸(E 軸)竄動問題的解決方法研究

文／宋欣哲，高貴麟，白昱璟，孫立亞，侯建勛，賈兆豐·中國第一汽車集團有限公司

汽車市場競爭日趨激烈，汽車制造廠商對外持續(xù)進行車型迭代，對內(nèi)不斷提高生產(chǎn)效率、壓縮成本，高速沖壓線越來越多地被投入到生產(chǎn)運營中。機械手作為制件傳輸?shù)闹匾獧C構，其穩(wěn)定性對保持高效生產(chǎn)至關重要，本文對機械手旋轉軸竄動問題的發(fā)生原因及解決過程進行詳細闡述，對同類問題處理，新模具設計及端拾器搭建具有較為重要的意義。

問題背景

某沖壓車間現(xiàn)場自動沖壓線，線間自動化傳輸系統(tǒng)由6序7臺單臂機械手組成，可實現(xiàn)8～15SPM沖壓件連續(xù)生產(chǎn)，如圖1 所示。每個機械手有8 個電機軸，其中包含4 個直線軸和4 個旋轉軸，如圖2 所示。

圖1 沖壓生產(chǎn)線線間布局圖

在實際生產(chǎn)運行中，偶發(fā)以下兩個問題：⑴自動更換端拾器時，機械手一側端拾器無法插接到位，橫移軸驅動過載報警；⑵正常生產(chǎn)過程中，取料側機械手從模具中拾取制件時，一側吸盤無法吸牢導致掉件。頻次：每月2 ～3 次。經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)，每當出現(xiàn)問題時，機械手旋轉軸E 軸均出現(xiàn)了約0.2°的相對竄動，導致端拾器橫桿左右兩端出現(xiàn)偏差，偏差量為5 ～10mm，如圖3 所示。該竄動問題對生產(chǎn)效率提升有較大的影響，需要研究解決。

圖3 端拾器橫桿相對工作臺平面的偏差示意圖

問題統(tǒng)計

經(jīng)過現(xiàn)場跟蹤及數(shù)據(jù)統(tǒng)計，獲得如下關聯(lián)信息：

⑴生產(chǎn)線7 臺機械手中，4#機械手E 軸竄動發(fā)生頻率最高，且與A 項目和B 項目行李廂外板上部制件強相關，偏差幾乎發(fā)生在以上兩個制件的生產(chǎn)過程中或生產(chǎn)后的后續(xù)制件；

⑵5#、6#、7#機械手E 軸竄動與B 項目行李廂外板上部制件關聯(lián)較大，偏差幾乎發(fā)生在該制件生產(chǎn)中或生產(chǎn)后；

⑶1#機械手E 軸竄動量相對較小，基本在0.1°之內(nèi)；

⑷7#機械手發(fā)生過與穿梭車碰撞，E 軸產(chǎn)生了0.38°的竄動量。

問題調(diào)查

根據(jù)統(tǒng)計的信息，進一步排查可知，A 項目和B項目行李廂外板上部在工藝上采用的是后蓋門平行于物流方向壓制的方式，為躲避模具定位和保障制件自動化傳輸，兩種制件端拾器搭建均為非對稱式，且部分機械手裝有翻轉氣缸，如圖4 所示。對4#～7#機械手左右兩端端拾器稱重得知，A 項目4#機械手左側端拾器重19.5kg，右側重38.95kg，偏載約20kg。B項目4#～7#機械手均存在12～15kg的偏載，統(tǒng)計結果如表1 所示。此外，部分車型制件要求首序機械手投料必須跟隨拉延序凸模形狀，即“投料隨形”，如A 項目和C 項目翼子板、側圍等。因此1#機械手在端拾器搭建時，為了滿足工藝要求，兩端使用了較多的彈性支桿，搭建難度較大，當從對中臺上拾取板料時，左右兩端的彈性支桿不完全對稱，經(jīng)常一側先接觸板料。

對機械手E 軸拆解進行問題查找，電機通過夾緊套與減速機進行連接，實現(xiàn)扭力傳遞。該夾緊套為分體式結構，由4 個M5×20 的螺栓壓緊在電機軸上，如圖5 所示。

原因分析

如圖6 所示，通過對人、機、料、法等維度進行分析，總結歸納導致E 軸竄動的原因如下。

圖6 E 軸偏差竄動的魚骨圖分析

⑴夾緊力小導致竄動：E 軸經(jīng)由夾緊套抱緊式固定，本身對抗外力的強度弱，在受到較大的不平衡力作用下，容易竄動。

⑵7#機械手故障碰撞導致竄動：升降軸電機軸承損壞，未達到目標位置即下落，導致E 軸放件時與穿梭車剮蹭。

⑶1#機械手隨形搭建端拾器，兩側受力不均導致竄動：彈性支桿左右不完全對稱，在對中臺上取料時，先接觸板料的一側長期受力，導致E 軸被頂偏。

⑷機械手偏載導致竄動：非對稱下件方式以及端拾器上安裝翻轉氣缸，造成較為嚴重的偏載，導致E軸在機械手頻繁地加減速過程中竄動。

解決措施

⑴驅動與負載連接方式改造。

理論上將E 軸電機與減速機夾緊套式連接改為鍵連接，可從根本上消除竄動問題。但經(jīng)實際風險論證并不可行，改為鍵連接后將失去緩沖作用，會加劇電機軸、減速箱磨損，同時一旦機械手與模具、穿梭車等發(fā)生碰撞，E 軸的傳動機構無處釋放應力，將會造成電機和減速箱的不可逆損傷。通過查找技術資料，該部位螺栓力矩最大為5Nm，實際檢測為4Nm，現(xiàn)場更換高強螺栓，按設計力矩上限進行緊固后回裝。

⑵7#機械手更換故障元件。

對升降軸電機軸承進行更換，重新標定各軸位置，恢復初始精度，碰撞問題消除。

⑶1#號機械手端拾器彈性支桿調(diào)整。

隨產(chǎn)觀察，對端拾器兩端不對稱的支桿進行微調(diào)，使其同時在對中臺上接觸板料。

⑷偏載產(chǎn)品配重優(yōu)化，平衡負載。

制作配重塊固定在端拾器非翻轉氣缸的一側，用于抵消偏載，如圖7 所示。自制杠桿支架將端拾器固定，通過調(diào)整配重塊數(shù)量以及相對端拾器中心的位置，使其左右兩端保持動態(tài)平衡，如圖8 所示。

同光十三絕 清代同治、光緒年間徽調(diào)、昆腔的徽班進京后揚名的13 位著名京劇演員。

圖7 固定在端拾器主桿上的配重塊

圖8 端拾器兩端配重平衡

效果跟蹤

措施實施后，經(jīng)過6 個月的生產(chǎn)驗證，結合每月進行1 次機械手定期檢測，未再出現(xiàn)由于機械手E 軸竄動導致的生產(chǎn)線停機。

經(jīng)驗橫展

根據(jù)一期項目的經(jīng)驗，在二期項目新產(chǎn)品的設計階段進行了以下4 點改進，規(guī)避E 軸偏載問題的產(chǎn)生。

⑴連接結構改進，將E 軸電機與負載端連接由原夾緊套式連接改為脹緊套式連接，抗竄動性極大增強，如圖9 所示。

圖9 夾緊套更改為脹緊套的實物對比

⑵行李廂外板上部模具在物流方向扭轉90°設計，取消翻轉氣缸，實現(xiàn)端拾器左右方向對稱搭建，消除機械手偏載問題。

⑶取消1#機械手向拉延序模具投料隨凸模形狀的要求，改為通過模具板料定位實現(xiàn)隨形，取消彈性支桿，簡化了該序端拾器搭建的難度，保證機械手兩端受力平衡。

⑷將配重塊改為配重環(huán)，重量1kg/件。一旦極特殊工況需要偏載生產(chǎn)，可較為快速靈活地進行配重，同時該環(huán)形結構可直接套在端拾器主桿上，避免由于配重塊固定不牢，掉落至模具內(nèi)造成的重大事故。

結束語

以上措施的實施，對生產(chǎn)現(xiàn)場效率提升具有良好的促進作用。將設備改進、模具設計優(yōu)化及端拾器搭建相結合，綜合考慮，為未來新項目建設、新產(chǎn)品設計提供了思路和參考。