文/黃少華·江鈴汽車股份有限公司

一種新型橫梁機(jī)構(gòu)在機(jī)器人沖壓線的應(yīng)用

文/黃少華·江鈴汽車股份有限公司

本文從江鈴汽車沖壓車間現(xiàn)有兩條全自動(dòng)沖壓線A4線和A6線的實(shí)際情況出發(fā)，介紹了一種新型的橫梁式端拾器安裝機(jī)構(gòu)并應(yīng)用于ABB機(jī)器人生產(chǎn)線，闡述了該改造方案及共線生產(chǎn)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

江鈴汽車小藍(lán)沖壓車間有兩條全自動(dòng)沖壓線A4線和A6線，其中A4線采用雙機(jī)械臂橫梁式的傳送方式，而A6線采用ABB七軸機(jī)器人IRB7600加ABB六軸機(jī)器人IRB6600的傳送方式，兩者傳送方式的不同造成相對(duì)應(yīng)的端拾器安裝機(jī)構(gòu)必然不同，因此兩條生產(chǎn)線產(chǎn)品端拾器結(jié)構(gòu)也不同，同一個(gè)產(chǎn)品無法在這兩條生產(chǎn)線上進(jìn)行快速切換生產(chǎn)。同時(shí)自動(dòng)生產(chǎn)線端拾器結(jié)構(gòu)的不同給新品開發(fā)帶來一定困難與制約，為兼顧共線生產(chǎn)，新品開發(fā)費(fèi)用比較大。

總體改造思路

目前A4線和A6線的端拾器安裝機(jī)構(gòu)是不同的（圖1和圖2)，為了解決上述生產(chǎn)線存在的現(xiàn)有問題，并同時(shí)兼顧A4線和A6線兩條生產(chǎn)線的使用需求，我們以技術(shù)改造與創(chuàng)新為理念，通過改造A6線端拾器安裝機(jī)構(gòu)使得一個(gè)產(chǎn)品只需要一組端拾器就可以在這兩條線快速互換生產(chǎn)?？傮w改造思路及待解決問題如圖3所示。

圖1 A6線端拾器安裝機(jī)構(gòu)（ABB剛朵拉）

圖2 A4線端拾器安裝機(jī)構(gòu)

圖3 總體改造思路及待解決問題

改造方案

結(jié)構(gòu)改造

⑴A6線端拾器安裝機(jī)構(gòu)從原先ABB剛朵拉結(jié)構(gòu)改造為現(xiàn)有橫梁式結(jié)構(gòu)（圖4)，改造后橫梁式端拾器安裝機(jī)構(gòu)（以下簡(jiǎn)稱橫梁機(jī)構(gòu))采用快換插座的端拾器安裝方式（圖5)，更換端拾器快捷方便。

圖4 A6線改造后橫梁式結(jié)構(gòu)

圖5 采用的快換插座及氣接座

⑵橫梁尺寸規(guī)格采用A4線標(biāo)準(zhǔn)，所有25快換插座的配合尺寸、位置尺寸、水平度、同軸度與原先A4線設(shè)備上的所有配合尺寸一致。

⑶根據(jù)A6線情況精簡(jiǎn)尺寸，改造后橫梁由4800mm變?yōu)?400mm。

⑷原先A4線與A6線傳輸機(jī)構(gòu)和端拾器安裝方式不一致造成轉(zhuǎn)線切換困難。采用上述快速插座及結(jié)構(gòu)尺寸標(biāo)準(zhǔn)，可有效實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)線快速切換。

新材料引用

A6線改造后橫梁機(jī)構(gòu)主梁材料選用碳纖維，接插件等附件材料選用航空鋁，主要從以下兩方面進(jìn)行考慮：

⑴主梁選用碳纖維主要從其特點(diǎn)進(jìn)行考慮。首先重量輕，相比較A4線普通金屬橫梁材料，重量不到其一半，因此碳纖維橫梁機(jī)構(gòu)可以很好滿足機(jī)器人負(fù)荷要求。其次，材料強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度3200～4000MPa，為同截面鋼材的10倍以上，很好的適應(yīng)高速運(yùn)行，避免機(jī)械晃動(dòng)，同時(shí)其高耐久性，非常適合在工業(yè)環(huán)境中使用，因此碳纖維橫梁機(jī)構(gòu)在A6線上可以最高完成12SPM運(yùn)行要求。碳纖維和普通材料主要對(duì)比見表1。

⑵接插件選用航空鋁材質(zhì)，可以使每套接插件減重0.8kg，按照8個(gè)吸盤計(jì)算，可有效減重6.4kg。同時(shí)主梁金屬預(yù)埋件部分材質(zhì)更換為鋁制，可有效減重2kg。另外，快換插座與氣接座安裝板均通過碳纖維粘合技術(shù)在碳纖維橫梁內(nèi)部預(yù)安裝，可保證插座安裝面與碳纖維橫桿的垂直度，同時(shí)可牢固安裝，提高接插件運(yùn)行的穩(wěn)定性。

改造后碳纖維橫梁機(jī)構(gòu)有效解決了以下技術(shù)難點(diǎn)。首先，改造橫梁較原設(shè)計(jì)尺寸大，而A6線機(jī)器人要求負(fù)荷90kg內(nèi)，采用碳纖維等材料可大幅有效減重，改造后橫梁機(jī)構(gòu)重量?jī)H為34kg。第二，改造橫梁較原設(shè)計(jì)長(zhǎng)度長(zhǎng)，高速運(yùn)行對(duì)強(qiáng)度、機(jī)械晃動(dòng)具有一定考驗(yàn)。采用碳纖維可有效提高剛性強(qiáng)度，提供最高12SPM運(yùn)行的硬件要求。第三，快換插座以及氣接座在碳纖維材質(zhì)上牢固定位安裝雖然較困難，但是安裝板通過在內(nèi)部嵌套預(yù)先安裝可有效解決此問題。改造后碳纖維橫梁見圖6。

表1 碳纖維與普通材質(zhì)對(duì)比

表2 改造前后轉(zhuǎn)線工作量對(duì)比

圖6 改造后碳纖維橫梁

結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

⑴直接改造為橫梁結(jié)構(gòu)，并加裝換槍盤，會(huì)導(dǎo)致中間部位總體厚度較大，不利于自動(dòng)線上機(jī)器人運(yùn)行角度的優(yōu)化。但是通過創(chuàng)新改進(jìn)采用避讓凹形（圖7)，即使安裝換槍盤也能控制總體厚度，可以有效減小機(jī)器人提前進(jìn)入角度以及壓機(jī)提前下壓5°左右，加快生產(chǎn)效率，提升全線SPM。

⑵由于A6線以及A4線產(chǎn)品較多，尺寸大小不一，統(tǒng)一的橫梁無法做到整線速度最大化，因此改造后橫梁機(jī)構(gòu)并沒有使用單一標(biāo)準(zhǔn)橫梁進(jìn)行統(tǒng)一安裝，而是采用長(zhǎng)短桿雙標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)（圖8)。其中長(zhǎng)桿長(zhǎng)度3400mm，前后共16組快換裝置，短桿長(zhǎng)度1800mm，前后共8組快換裝置。使用時(shí)可根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格尺寸，采用不同長(zhǎng)度橫梁以便發(fā)揮最大生產(chǎn)速度，最高達(dá)到12.5SPM。

圖7 中間避讓凹形處理（側(cè)面）

應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

⑴由于A6線改造后橫梁機(jī)構(gòu)各快換裝置定位尺寸均與A4線保持一致，因此較原先可實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)線生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。改造前后A4轉(zhuǎn)線A6生產(chǎn)對(duì)比見表2。

⑵降低新品開發(fā)難度及費(fèi)用。改造前江鈴汽車沖壓車間如果進(jìn)行新品開發(fā)，則需要針對(duì)A4線和A6線分別開發(fā)兩套端拾器；改造后由于A6線橫梁機(jī)構(gòu)安裝方式及尺寸與A4線一致，新品開發(fā)僅需要開發(fā)一套端拾器。因此碳纖維橫梁機(jī)構(gòu)的應(yīng)用可以避免新品開發(fā)中的重復(fù)投資以及資源浪費(fèi)，目前該項(xiàng)目的實(shí)施應(yīng)用已經(jīng)為江鈴汽車新品開發(fā)節(jié)約將近三百萬元。

結(jié)束語

實(shí)際生產(chǎn)表明，江鈴汽車沖壓車間A6生產(chǎn)線改造后機(jī)器人橫梁機(jī)構(gòu)的應(yīng)用既可以解決設(shè)備故障時(shí)快速轉(zhuǎn)線生產(chǎn)，又可以降低新品開發(fā)難度，以及節(jié)約大量開發(fā)費(fèi)用。為了保證生產(chǎn)速度的提升也進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)創(chuàng)新。此應(yīng)用不僅解決了江鈴汽車沖壓車間現(xiàn)有的生產(chǎn)難題，而且可以為后續(xù)新線建設(shè)提供標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)規(guī)范。

黃少華，設(shè)備主管工程師，主要從事壓力機(jī)設(shè)備的維修、技改等工作，主持完成了新型橫桿機(jī)構(gòu)在機(jī)器人沖壓線的開發(fā)項(xiàng)目，該項(xiàng)目榮獲江鈴汽車集團(tuán)公司科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。