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    當(dāng)今社會(huì),由于能源和資源的限制性,減少碳排放已經(jīng)成為社會(huì)共識(shí). 建立綠色節(jié)約型社會(huì)生活方式越來(lái)越成為企業(yè)的發(fā)展趨勢(shì). 在我國(guó),隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,其對(duì)環(huán)境的影響越來(lái)越引起人們的重視.據(jù)有關(guān)測(cè)算證實(shí),平均大約70%的油耗是由于汽車(chē)本身的重量而產(chǎn)生的.因此,人們?cè)趪L試用鋁板來(lái)代替鋼板構(gòu)成車(chē)身.鋁板不但重量輕可節(jié)省油耗,同時(shí)還具備散熱性強(qiáng)有助于延長(zhǎng)車(chē)身零部件壽命等優(yōu)點(diǎn).

    從20世紀(jì)80年代末，世界上歐、美、日等多家汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)加強(qiáng)了對(duì)鋁制汽車(chē)車(chē)身的研究，并取得了令人鼓舞的成就。1995年德國(guó)奧迪公司首先開(kāi)始批量生產(chǎn)鋁制車(chē)身，把車(chē)身用鋁的研究推向了高潮，鋁合金在整車(chē)使用材料中的比例逐年提高.現(xiàn)在, 利用鋁板來(lái)逐步代替構(gòu)成汽車(chē)車(chē)身的鋼板被越來(lái)越多的汽車(chē)廠(chǎng)商作為提高汽車(chē)綠色含量的現(xiàn)階段重要途徑.當(dāng)然,這種鋁板的機(jī)械特性需要滿(mǎn)足與鋼板相當(dāng)?shù)膭傂院统叽绶€(wěn)定性. 不可否認(rèn),構(gòu)成汽車(chē)車(chē)身的覆蓋件由于輪廓尺寸較大且具有空間的不同形狀. 所以,在短時(shí)間內(nèi),只能是局部車(chē)身零件能完全被鋁板代替.

    另一方面,由于目前的汽車(chē)沖壓生產(chǎn)線(xiàn)大多采用自動(dòng)化上下料,不可能專(zhuān)為鋁板的生產(chǎn)投資一條生產(chǎn)線(xiàn), 所以如何利用已有的沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)來(lái)進(jìn)行鋁板的自動(dòng)化生產(chǎn),而且能夠保證與鋼板生產(chǎn)相媲美的生產(chǎn)效率.是一個(gè)值得探討和創(chuàng)新的課題. 同時(shí),面臨的難題還包括鋁板的自動(dòng)快速拆垛.眾所周知,鋼板的拆垛分張利用的是磁性相斥的工作原理.這一原理不能用于鋁板的拆垛.目前,ABB利用其專(zhuān)利產(chǎn)品RotAx伺服旋轉(zhuǎn)第七軸和專(zhuān)用于沖壓車(chē)間的IRB6650型機(jī)器人成功集成了一種嶄新的鋼板與鋁板共存的沖壓生產(chǎn)線(xiàn),經(jīng)過(guò)一年多時(shí)間的實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證,各項(xiàng)工藝滿(mǎn)足了沖壓件質(zhì)量的要求,生產(chǎn)線(xiàn)效率也達(dá)到了生產(chǎn)要求.

    改進(jìn)前的鋼板拆垛系統(tǒng)

    原有的拆垛系統(tǒng)(圖1)為1998年12月ABB安裝調(diào)試完成的磁性皮帶配備垂直提升氣缸方式,集成利用了左右移動(dòng)拆垛工作臺(tái)以實(shí)現(xiàn)不間斷生產(chǎn)換板料. 生產(chǎn)線(xiàn)平均節(jié)拍在10件/分鐘以上.

                        

                                                  圖1 鋼板拆垛系統(tǒng)

    改進(jìn)后的鋼,鋁板拆垛系統(tǒng)

     圖2為經(jīng)過(guò)改造后,增加了鋁板拆垛系統(tǒng).通過(guò)對(duì)比可以看出,整線(xiàn)在增加了鋁板拆垛系統(tǒng)并沒(méi)有增加占地面積.由于替代皮帶機(jī)通過(guò)折疊式設(shè)計(jì)(當(dāng)板料無(wú)需清洗時(shí),只作為傳送單元)安裝在了原鋼板拆垛系統(tǒng)下方, 整個(gè)拆垛系統(tǒng)看起來(lái)更緊湊合理.事實(shí)證明, 在生產(chǎn)線(xiàn)的鋼板和鋁板生產(chǎn)之間生產(chǎn)轉(zhuǎn)換,只需要在總控臺(tái)同過(guò)生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)換即可快速實(shí)現(xiàn).


                

                                    圖 2 鋼,鋁板拆垛系統(tǒng)

    關(guān)鍵技術(shù)

    1. RotAx 伺服旋轉(zhuǎn)第七軸 .

     由于受空間所限,在拆垛速度必須滿(mǎn)足整線(xiàn)節(jié)拍的要求下, 如果利用傳統(tǒng)的六軸機(jī)器人和端拾器,由于板料的運(yùn)行軌跡在進(jìn)行180度旋轉(zhuǎn)時(shí)需要避讓鋼板拆垛系統(tǒng)部分結(jié)構(gòu), 故不能充分使用機(jī)器人的柔性速度.同時(shí),可以看出,如果使板料在拆垛完成后以直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)進(jìn)入替代皮帶機(jī)將會(huì)大大縮短運(yùn)行時(shí)間. 而ABB機(jī)器人和其專(zhuān)利產(chǎn)品RotAx 伺服旋轉(zhuǎn)第七軸完全適應(yīng)于這一要求.

                   

                                  圖 3 ABB Rotax 旋轉(zhuǎn)7軸

                   

                                        圖 4 實(shí)際應(yīng)用


    區(qū)別于在機(jī)器人第六軸通過(guò)增加連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)附加第7軸, ABB RotAx 伺服旋轉(zhuǎn)第七軸是采用伺服控制，真正意義上的第7軸.借助于其360度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在工序間傳遞板料時(shí),能保持零件方向不變.它 不僅使端拾器布置靈活,而且操作編程簡(jiǎn)便，另外,因?yàn)樗欧S與機(jī)器人完全融為一體.,可實(shí)現(xiàn)緊湊型生產(chǎn)線(xiàn)〔壓機(jī)間距離最小〕的設(shè)置.更重要的是,由于板料在傳遞時(shí)的姿態(tài)平穩(wěn), 機(jī)器人柔性的動(dòng)力性能也由此發(fā)揮至最佳.自2006年首次在國(guó)內(nèi)推出后,已經(jīng)成功使用于多家國(guó)內(nèi)外知名汽車(chē)廠(chǎng)商, 幫助其生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)得到了大幅提高.

    2. 鋁板分張:

     眾所周知,由于鋁板的非磁性特性, 采用同鋼板相同的分張方式, 即利用同極相斥的原理制造磁力分張器是不可行的. 通過(guò)考察當(dāng)今汽車(chē)廠(chǎng)家,對(duì)于鋁板分張主要在采用以下兩種方式:

     2-1:吹氣分張: 通常直接與鋼板的磁力分張相結(jié)合, 如圖示, 這種設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可以直接利用工廠(chǎng)氣源,只需通過(guò)增設(shè)一儲(chǔ)氣罐來(lái)滿(mǎn)足吹氣分張的瞬時(shí)耗氣量. 同時(shí),在生產(chǎn)鋼板時(shí),也可以作為其分張效果的輔助. 缺點(diǎn)是由于板料間普遍存在的油膜,致使雙料產(chǎn)生的機(jī)率大大增加. 從而使生產(chǎn)節(jié)拍得不到保證.

                         

                                                     圖 5 鋼板磁力分張

                   

                                                          圖 6 輔助齒鋸分張

     2-2:鋸條輔助+吹氣分張: 通過(guò)在端拾器上增加條形鋸條,即使板料間存在油膜,可以借助鋸條的細(xì)齒帶起最上面板料,同時(shí)進(jìn)行吹氣. 這種工作方式的提高了板料分張的可靠性,生產(chǎn)節(jié)拍能在一定程度上得到保證.不足之處是由于鋸條在工作時(shí),容易產(chǎn)生微細(xì)的碎鋁屑,一旦帶入模具,會(huì)給零件品質(zhì)和模具帶來(lái)?yè)p失.或者,對(duì)于新的鋁板沖壓自動(dòng)化線(xiàn),可以考慮在對(duì)中前增加清洗單元.

                             

                                               圖 7 自動(dòng)剝離分張示意

                       

                                                 圖 8 鋁板吹氣分張機(jī)構(gòu)

    2-3. 在綜合考慮以上兩種鋁板分張方式后, ABB 通過(guò)改進(jìn)機(jī)器人氣路附屬裝置成功開(kāi)發(fā)研制了自動(dòng)剝離+高壓吹氣的分張系統(tǒng), 其具體工作原理如圖7 所示:

     借助于編碼器控制的升降拆垛臺(tái)始終將垛料上鋁板位置保持在工作高度, 機(jī)器人完成示教后吸盤(pán)每次在建立真空前首先由輔助提升氣缸將板料的四個(gè)直角部分提氣.同時(shí)空氣噴嘴吹出高壓氣體,在板料提氣直角部分和第二張板料間建立充氣層.與此同時(shí),其它工作吸盤(pán)開(kāi)始建立真空并最終將這張板料提起,在機(jī)器人第七軸的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)下將板料送至生產(chǎn)線(xiàn).

    可以看出, 在調(diào)試中去協(xié)調(diào)優(yōu)化各部分的工作時(shí)間和順序是成功分張的關(guān)鍵. ABB機(jī)器人制造車(chē)間工藝人員通過(guò)實(shí)驗(yàn),將復(fù)雜的氣路控制與機(jī)器人本身具備的附件氣路裝置成功集成在一起.這樣一來(lái),既保證了端拾器功能的實(shí)現(xiàn),又簡(jiǎn)化了端拾器重量.對(duì)最終該系統(tǒng)達(dá)到生產(chǎn)線(xiàn)節(jié)拍要求創(chuàng)造了有利條件.

    結(jié)束語(yǔ):

    該生產(chǎn)線(xiàn)成功的改進(jìn), 使其既能生產(chǎn)鋼板件,又能適應(yīng)于鋁板生產(chǎn).而且平均生產(chǎn)節(jié)拍均超過(guò)9次/分鐘(如果空間允許,經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的軌跡優(yōu)化,節(jié)拍可以達(dá)到11次/分鐘). 相信隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展,節(jié)能環(huán)保材料的廣泛應(yīng)用, 配備ABB旋轉(zhuǎn)7軸的鋁板拆垛系統(tǒng)會(huì)有更多更好的應(yīng)用.