文/李爽，李鳳華·一汽解放汽車有限公司卡車廠

一種通用型拆垛端拾器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

文/李爽，李鳳華·一汽解放汽車有限公司卡車廠

本文通過對本廠現(xiàn)有自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線中拆垛端拾器的結(jié)構(gòu)和在換裝過程中更換端拾器的工藝流程及存在問題的分析，提出了一種通用型拆垛端拾器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并加以應(yīng)用，介紹了應(yīng)用效果及下一步改善計(jì)劃。

李爽，一汽解放汽車有限公司卡車廠工藝室工藝員，工程師，主要從事卡車車身沖壓工藝管理、工藝改進(jìn)、工藝規(guī)劃等工作。

隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，汽車沖壓車間越來越多地應(yīng)用自動(dòng)化設(shè)備以降低人工成本和規(guī)避產(chǎn)品質(zhì)量控制等方面的不利因素。高度自動(dòng)化的沖壓設(shè)備的應(yīng)用極大地提高了沖壓件的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)也帶來新的課題。一條大型自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線的投資均達(dá)到億元以上，因此，降低停機(jī)時(shí)間，充分發(fā)揮全局設(shè)備效益是目前沖壓工藝面臨的新課題。

在各項(xiàng)停機(jī)損失中，更換生產(chǎn)品種時(shí)換裝調(diào)試損失是不可避免的時(shí)間損失。從工藝角度看，提高設(shè)備自動(dòng)化水平以降低換裝時(shí)間是提高設(shè)備可動(dòng)率的有效途徑。本文通過對自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線換裝工作中拆垛端拾器更換工序的研究，提出了一種通用型拆垛端拾器的設(shè)計(jì)方案，同時(shí)對其應(yīng)用情況進(jìn)行分析并初步確定了改進(jìn)計(jì)劃。

沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線線首組成及工藝流程

圖1 某沖壓自動(dòng)線線首結(jié)構(gòu)

如圖1所示為某沖壓自動(dòng)線線首結(jié)構(gòu)，由拆垛系統(tǒng)（垛料小車、拆垛機(jī)械手），清洗涂油機(jī)，輸送帶，對中系統(tǒng)等單元組成。

拆垛機(jī)為龍門式固定橫梁式設(shè)計(jì)，上面安裝拆垛機(jī)械手，拆垛機(jī)械手可以在橫梁上移動(dòng)，形成X軸。拆垛機(jī)械手末端裝有拆垛端拾器，上面裝有真空發(fā)生器、吸盤及雙料檢測器等零部件，機(jī)械手上下移動(dòng)，形成Z軸。X軸和Z軸均通過變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，通過齒形帶形成直線運(yùn)動(dòng)，并附有編碼器以檢測位移。當(dāng)拆垛機(jī)械手準(zhǔn)備第一次取料前，由垛料小車上的高度檢測器檢測料垛高度，將數(shù)值發(fā)送給機(jī)械手行程編碼器計(jì)算其位移，然后由機(jī)械手取件送至輸送帶。整個(gè)拆垛過程以高速運(yùn)行，節(jié)拍在每分鐘8～12件，控制程序通過Z軸位移和板料厚度（板料厚度由工藝程序輸入）快速定位下一塊板料高度以便機(jī)械手不間斷的往復(fù)運(yùn)行，同時(shí)高度檢測器將按設(shè)定周期檢測料垛高度以修正Z軸位移數(shù)據(jù)。板料沿Y軸方向依次通過輸送帶、清洗涂油機(jī)、光學(xué)掃描儀和對中臺(tái)到達(dá)預(yù)定位置并做好沖壓前的上料準(zhǔn)備工作。當(dāng)更換生產(chǎn)品種時(shí)，由于板料尺寸規(guī)格和形狀不同，需要更換拆垛端拾器及相應(yīng)附件，更換和調(diào)整時(shí)間較長，影響設(shè)備可動(dòng)率。

拆垛端拾器結(jié)構(gòu)及存在的問題

端拾器是指安裝連接在工業(yè)機(jī)器人或機(jī)械手等自動(dòng)化傳輸裝置上，利用真空吸盤、磁性吸盤或夾鉗等與被拾取物接觸，并將其從一個(gè)位置搬運(yùn)至指定位置的器具的通稱。如圖2所示，拆垛機(jī)械手端拾器由支架組、吸盤、雙料檢測器以及氣路管件等組成。

圖2 拆垛機(jī)械手端拾器

根據(jù)生產(chǎn)中使用板料的形狀，分別搭建X軸方向左右兩側(cè)的端拾器，再將端拾器通過連接機(jī)構(gòu)與拆垛機(jī)械手連接基座相連，同時(shí)完成氣路連接，即可完成拆垛機(jī)械手的生產(chǎn)準(zhǔn)備工作。每次換裝時(shí)隨生產(chǎn)品種的更換都要搭建和更換端拾器，通過一段時(shí)間的應(yīng)用總結(jié)，這種結(jié)構(gòu)和工藝流程在生產(chǎn)過程中存在以下幾點(diǎn)不足：

⑴根據(jù)產(chǎn)品品種搭建多套端拾器，需要使用多套支架組、吸盤和氣路管件，每次換品種時(shí)更換端拾器占用時(shí)間較長，同時(shí)多套端拾器的存放也會(huì)占用生產(chǎn)車間有限的廠房面積。

⑵雙料檢測器成本較高（約人民幣2萬元/套），1套端拾器需使用2套雙料檢測器，在應(yīng)用過程中不可能每套端拾器均配備單獨(dú)的雙料檢測器，在換裝過程中雙料檢測器也要在不同端拾器上進(jìn)行拆裝才能完成生產(chǎn)準(zhǔn)備。雙料檢測器的頻繁拆裝產(chǎn)生了換裝過程時(shí)間長、電子（氣路）零件易損耗、人力資源浪費(fèi)等現(xiàn)象。

⑶換裝過程中，拆垛機(jī)械手更換端拾器位置不理想，人力搬運(yùn)端拾器以及拆卸雙料檢測器造成吸盤位置變換易造成拆垛機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行中板料掉落等停機(jī)故障的產(chǎn)生。

綜上，由于頻繁更換端拾器，一方面增加了整線換品種時(shí)間，同時(shí)也由于每次更換的一致性不好導(dǎo)致調(diào)試時(shí)間長，甚至影響生產(chǎn)節(jié)拍，最終影響了整線的可動(dòng)率和生產(chǎn)效率。

一種通用型拆垛機(jī)械手端拾器的設(shè)計(jì)

應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件將自動(dòng)化沖壓線生產(chǎn)產(chǎn)品板料規(guī)格圖重疊“堆放”在一起（圖3），分析找出可以布置吸盤的“同位點(diǎn)”，這是搭建通用型拆垛機(jī)械手端拾器的前提條件。

然后，在支架組中應(yīng)用直線軸承搭建“井”字形端拾器，即沿X軸、Y軸方向分別布置兩根平行導(dǎo)軌，沿X軸的導(dǎo)軌通過直線軸承搭載在沿Y軸方向的導(dǎo)軌上并達(dá)到可以沿Y軸方向運(yùn)動(dòng)的自由度，沿X軸方向?qū)к壣喜贾秒p料檢測器和若干吸盤均可沿X軸方向運(yùn)動(dòng)。這樣，“井”字形端拾器上的吸盤均可沿X軸和Y軸方向在適當(dāng)范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到適應(yīng)不同產(chǎn)品毛坯板料形狀的生產(chǎn)需求。應(yīng)用CAE等計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件可模擬驗(yàn)證所搭建的通用型拆垛端拾器的適用性（圖4）。

圖3 產(chǎn)品板料規(guī)格“堆放”圖

圖4 通用型拆垛機(jī)械手端拾器模擬驗(yàn)證

效果及改善計(jì)劃

通過搭建“井”字形通用拆垛端拾器（圖5）并投入實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，比照原工藝流程可以總結(jié)出以下優(yōu)點(diǎn)：通用型拆垛端拾器不需更換，不占用生產(chǎn)車間廠房存放面積；生產(chǎn)換裝時(shí)由原來更換拆垛端拾器的2人10～15分鐘降至調(diào)整通用型拆垛端拾器的1人5分鐘；調(diào)整端拾器時(shí)只針對X軸和Y軸方向調(diào)整吸盤位置，吸盤在Z軸方向無變化，端拾器不需搬運(yùn)、無變形，在生產(chǎn)過程中避免了因端拾器變形或吸盤位置、角度變化造成的生產(chǎn)停歇。

圖5 “井”字形通用端拾器

避免人為因素造成設(shè)備停歇，實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化是目前沖壓工藝自動(dòng)化生產(chǎn)的趨勢。此次“井”字形通用型拆垛端拾器的設(shè)計(jì)應(yīng)用雖然降低了人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了設(shè)備開動(dòng)率，但是還存在因操作人員更換、吸盤位置調(diào)整不準(zhǔn)確等原因造成的生產(chǎn)停歇。下一步，將在已有基礎(chǔ)上，增加變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)、編碼器等電氣元件并利用原總線PLC控制單元，達(dá)到完全自動(dòng)調(diào)整吸盤位置的目的。屆時(shí)，沖壓生產(chǎn)過程中換裝時(shí)，拆垛單元將達(dá)到完全自動(dòng)化水平。同時(shí)，此項(xiàng)技術(shù)完全可以應(yīng)用到上料機(jī)械手端拾器的設(shè)計(jì)使用上，若在支架組上再增加旋轉(zhuǎn)變頻器驅(qū)動(dòng)器也可以應(yīng)用到穿梭機(jī)械手端拾器上。

結(jié)束語

自動(dòng)化裝備的應(yīng)用成為汽車制造行業(yè)的普遍趨勢，沖壓工藝在自動(dòng)化應(yīng)用上具有特殊意義，不僅能夠提高沖壓生產(chǎn)效率，也大大避免了勞動(dòng)傷害的發(fā)生。同時(shí)，通過精細(xì)化的工藝設(shè)計(jì)，提高生產(chǎn)過程的可靠性和產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性也是目前汽車行業(yè)生產(chǎn)組織追求的目標(biāo)。

通過對拆垛端拾器的改造，大大提高了自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線在換裝過程中的自動(dòng)化水平，經(jīng)實(shí)踐證明，此優(yōu)化設(shè)計(jì)在調(diào)整過程中簡單方便，使自動(dòng)生產(chǎn)線運(yùn)行更加可靠，生產(chǎn)組織工作也得到了良好的保障，整體獲得了良好的效果。