當(dāng)今社會,由于能源和資源的限制性,減少碳排放已經(jīng)成為社會共識. 建立綠色節(jié)約型社會生活方式越來越成為企業(yè)的發(fā)展趨勢. 在我國,隨著汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,其對環(huán)境的影響越來越引起人們的重視.據(jù)有關(guān)測算證實,平均大約70%的油耗是由于汽車本身的重量而產(chǎn)生的.因此,人們在嘗試用鋁板來代替鋼板構(gòu)成車身.鋁板不但重量輕可節(jié)省油耗,同時還具備散熱性強有助于延長車身零部件壽命等優(yōu)點.

    從20世紀(jì)80年代末，世界上歐、美、日等多家汽車生產(chǎn)廠加強了對鋁制汽車車身的研究，并取得了令人鼓舞的成就。1995年德國奧迪公司首先開始批量生產(chǎn)鋁制車身，把車身用鋁的研究推向了高潮，鋁合金在整車使用材料中的比例逐年提高.現(xiàn)在, 利用鋁板來逐步代替構(gòu)成汽車車身的鋼板被越來越多的汽車廠商作為提高汽車綠色含量的現(xiàn)階段重要途徑.當(dāng)然,這種鋁板的機械特性需要滿足與鋼板相當(dāng)?shù)膭傂院统叽绶€(wěn)定性. 不可否認(rèn),構(gòu)成汽車車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,在短時間內(nèi),只能是局部車身零件能完全被鋁板代替.

    另一方面,由于目前的汽車沖壓生產(chǎn)線大多采用自動化上下料,不可能專為鋁板的生產(chǎn)投資一條生產(chǎn)線, 所以如何利用已有的沖壓自動化生產(chǎn)線來進行鋁板的自動化生產(chǎn),而且能夠保證與鋼板生產(chǎn)相媲美的生產(chǎn)效率.是一個值得探討和創(chuàng)新的課題. 同時,面臨的難題還包括鋁板的自動快速拆垛.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利用其專利產(chǎn)品RotAx伺服旋轉(zhuǎn)第七軸和專用于沖壓車間的IRB6650型機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,經(jīng)過一年多時間的實際生產(chǎn)驗證,各項工藝滿足了沖壓件質(zhì)量的要求,生產(chǎn)線效率也達到了生產(chǎn)要求.

    改進前的鋼板拆垛系統(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拆垛工作臺以實現(xiàn)不間斷生產(chǎn)換板料. 生產(chǎn)線平均節(jié)拍在10件/分鐘以上.

                        

                                                  圖1 鋼板拆垛系統(tǒng)

    改進后的鋼,鋁板拆垛系統(tǒng)

     圖2為經(jīng)過改造后,增加了鋁板拆垛系統(tǒng).通過對比可以看出,整線在增加了鋁板拆垛系統(tǒng)并沒有增加占地面積.由于替代皮帶機通過折疊式設(shè)計(當(dāng)板料無需清洗時,只作為傳送單元)安裝在了原鋼板拆垛系統(tǒng)下方, 整個拆垛系統(tǒng)看起來更緊湊合理.事實證明, 在生產(chǎn)線的鋼板和鋁板生產(chǎn)之間生產(chǎn)轉(zhuǎn)換,只需要在總控臺同過生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)換即可快速實現(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,在拆垛速度必須滿足整線節(jié)拍的要求下, 如果利用傳統(tǒng)的六軸機器人和端拾器,由于板料的運行軌跡在進行180度旋轉(zhuǎn)時需要避讓鋼板拆垛系統(tǒng)部分結(jié)構(gòu), 故不能充分使用機器人的柔性速度.同時,可以看出,如果使板料在拆垛完成后以直線運動姿態(tài)進入替代皮帶機將會大大縮短運行時間. 而ABB機器人和其專利產(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 實際應(yīng)用


    區(qū)別于在機器人第六軸通過增加連桿機構(gòu)實現(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)運動。在工序間傳遞板料時,能保持零件方向不變.它 不僅使端拾器布置靈活,而且操作編程簡便，另外,因為伺服軸與機器人完全融為一體.,可實現(xiàn)緊湊型生產(chǎn)線〔壓機間距離最小〕的設(shè)置.更重要的是,由于板料在傳遞時的姿態(tài)平穩(wěn), 機器人柔性的動力性能也由此發(fā)揮至最佳.自2006年首次在國內(nèi)推出后,已經(jīng)成功使用于多家國內(nèi)外知名汽車廠商, 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. 通過考察當(dāng)今汽車廠家,對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)計優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單,可以直接利用工廠氣源,只需通過增設(shè)一儲氣罐來滿足吹氣分張的瞬時耗氣量. 同時,在生產(chǎn)鋼板時,也可以作為其分張效果的輔助. 缺點是由于板料間普遍存在的油膜,致使雙料產(chǎn)生的機率大大增加. 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,可以借助鋸條的細齒帶起最上面板料,同時進行吹氣. 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,容易產(chǎn)生微細的碎鋁屑,一旦帶入模具,會給零件品質(zhì)和模具帶來損失.或者,對于新的鋁板沖壓自動化線,可以考慮在對中前增加清洗單元.

                             

                                               圖 7 自動剝離分張示意

                       

                                                 圖 8 鋁板吹氣分張機構(gòu)

    2-3. 在綜合考慮以上兩種鋁板分張方式后, ABB 通過改進機器人氣路附屬裝置成功開發(fā)研制了自動剝離+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始終將垛料上鋁板位置保持在工作高度, 機器人完成示教后吸盤每次在建立真空前首先由輔助提升氣缸將板料的四個直角部分提氣.同時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,其它工作吸盤開始建立真空并最終將這張板料提起,在機器人第七軸的直線運動下將板料送至生產(chǎn)線.

    可以看出, 在調(diào)試中去協(xié)調(diào)優(yōu)化各部分的工作時間和順序是成功分張的關(guān)鍵. ABB機器人制造車間工藝人員通過實驗,將復(fù)雜的氣路控制與機器人本身具備的附件氣路裝置成功集成在一起.這樣一來,既保證了端拾器功能的實現(xiàn),又簡化了端拾器重量.對最終該系統(tǒng)達到生產(chǎn)線節(jié)拍要求創(chuàng)造了有利條件.

    結(jié)束語:

    該生產(chǎn)線成功的改進, 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9次/分鐘(如果空間允許,經(jīng)過進一步的軌跡優(yōu)化,節(jié)拍可以達到11次/分鐘). 相信隨著汽車工業(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)會有更多更好的應(yīng)用.