以ROBOBEAM為例的高速壓力機(jī)移送裝置

2018-10-17 10:01:00· 來源：全冠宇，徐躍娣鍛造與沖壓

隨著汽車行業(yè)對(duì)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(jī)搭配人工移送轉(zhuǎn)變到了機(jī)械自動(dòng)化移送。移送裝置作為在壓機(jī)工序間對(duì)毛坯或工件搬運(yùn)的機(jī)構(gòu)，主要分為機(jī)械手和機(jī)器人兩種。隨著沖壓自動(dòng)化技術(shù)的不

隨著汽車行業(yè)對(duì)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(jī)搭配人工移送轉(zhuǎn)變到了機(jī)械自動(dòng)化移送。

移送裝置作為在壓機(jī)工序間對(duì)毛坯或工件搬運(yùn)的機(jī)構(gòu)，主要分為機(jī)械手和機(jī)器人兩種。隨著沖壓自動(dòng)化技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)械手自動(dòng)移送機(jī)構(gòu)形式也日新月異。自動(dòng)移送裝置的形式差異，也是目前沖壓自動(dòng)線不同形式的主要區(qū)別所在。

20世紀(jì)末廣泛應(yīng)用的平行四邊形機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)均是現(xiàn)今高速?zèng)_壓自動(dòng)線傳輸機(jī)構(gòu)的典型代表。另外機(jī)器人傳輸方式由于自身特點(diǎn)獨(dú)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(duì)現(xiàn)階段普遍使用的ROBOBEAM進(jìn)行詳細(xì)說明（從結(jié)構(gòu)，特性，操作使用等角度）。

壓力機(jī)移送裝置發(fā)展史

20世紀(jì)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(jī)進(jìn)行輸送。人工生產(chǎn)效率低(SPH：200件)，存在諸多安全隱患，勞動(dòng)強(qiáng)度大，人工上件/取件時(shí)容易對(duì)沖壓件造成碰傷、變形，沖壓件品質(zhì)較低。

圖1 20世紀(jì)70～80年代壓力機(jī)間零件移送方式

20世紀(jì)80年代末期移送方式（圖2)發(fā)生轉(zhuǎn)變，這時(shí)采用人工上件，機(jī)械手取件。工序間用皮帶輸送機(jī)輸送，可以減少4個(gè)人。此種半自動(dòng)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(dòng)強(qiáng)度大，沖壓件易發(fā)生碰傷、變形，品質(zhì)低下。同時(shí)因?yàn)闄C(jī)械手移送裝置結(jié)構(gòu)不成熟經(jīng)常發(fā)生壓機(jī)與機(jī)械手碰撞事故，影響生產(chǎn)效率，增加了維護(hù)成本。

圖2 20世紀(jì)80年代末期壓機(jī)間零件移送方式

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

圖3 20世紀(jì)90年代初期～90年代后期壓機(jī)間零件移送方式

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

圖4 20世紀(jì)90年代后期壓機(jī)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(dá)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(jī)搭配，壓力機(jī)速度與生產(chǎn)線的速度需要保持一致。以5400t壓機(jī)為例，第一序是2400t壓機(jī)，后面的三個(gè)1000t壓機(jī)通過一個(gè)軸連接，每個(gè)工序可連續(xù)行程，減少了壓機(jī)之間等待時(shí)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(jìn)、后退的形式。通過吸盤壓力移送裝置運(yùn)送板材，運(yùn)動(dòng)軌跡為二維直線。其主要應(yīng)用在最初的機(jī)械手簡單的機(jī)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(dòng)，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(jī)可以構(gòu)成與壓機(jī)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R(shí)B，每套R(shí)B左右對(duì)稱，兩個(gè)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(dòng)。

RB擁有三個(gè)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R(shí)B有4個(gè)驅(qū)動(dòng)Z軸的電機(jī)，2個(gè)驅(qū)動(dòng)Y軸的電機(jī)，2個(gè)驅(qū)動(dòng)A軸的電機(jī)。在這些電機(jī)的驅(qū)動(dòng)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(gè)軸的伺服電機(jī)形成完美曲線，更為值得一提的特點(diǎn)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(shí)際生產(chǎn)時(shí)，成形件取出時(shí)與OP10下模發(fā)生干涉。如果沒有旋轉(zhuǎn)這個(gè)功能，移送過程中成形件會(huì)變形或在移送過程中掉落（圖7）。放件時(shí)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(jī)移送A距離，但CROSSBAR其實(shí)移動(dòng)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(shí)RB的2倍。提高了速度，也減少了電機(jī)功率負(fù)荷。

圖8 2倍移送距離

RB特性-自我保護(hù)裝置

為了保護(hù)RB,CROSSBAR偏差正負(fù)4度時(shí)關(guān)停設(shè)備保護(hù)CROSSBAR。假設(shè)發(fā)生碰撞引起偏差后，RB自動(dòng)報(bào)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(shí)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(shí)際調(diào)試時(shí)間。當(dāng)超出規(guī)定角度及范圍后，發(fā)出報(bào)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(jìn)/出時(shí)，各包含3個(gè)點(diǎn)，通過總共6個(gè)點(diǎn)的參數(shù)設(shè)定來控制整個(gè)Y軸前后距離。同樣在取件時(shí)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(gè)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(shí)，利用數(shù)據(jù)作細(xì)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(jìn)/出時(shí)，各包含3個(gè)點(diǎn)，通過總共6個(gè)點(diǎn)的參數(shù)設(shè)定來控制整個(gè)Z軸的上下距離。同樣在取件時(shí)，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(shí)常用的參數(shù)，對(duì)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(jìn)/出時(shí)，各包括3個(gè)點(diǎn)，通過總共6個(gè)點(diǎn)的參數(shù)設(shè)定來控制整個(gè)A軸的旋轉(zhuǎn)角度。同樣在取件時(shí)，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(duì)高速生產(chǎn)有利。

結(jié)束語

移送裝置是沖壓領(lǐng)域自動(dòng)化的標(biāo)志性設(shè)備，移送裝置的速度決定了整個(gè)生產(chǎn)線的節(jié)拍。雖然RB達(dá)到了每分鐘15個(gè)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(huì)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(chǎng)實(shí)際情況。只有堅(jiān)持更深入的學(xué)習(xí)，在面對(duì)將來的最新移送裝置時(shí)，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(chǎng)生產(chǎn)中。