曹 署

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545000）

實(shí)現(xiàn)機(jī)械手自動(dòng)化沖壓線端拾器共用的方法

曹 署

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545000）

介紹一種實(shí)現(xiàn)不同模具線端拾器共用的方法。首先對(duì)端拾器共用可能性進(jìn)行分析，根據(jù)模具及產(chǎn)品數(shù)模查找布置吸盤時(shí)可利用的共用型面；現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)該理論依據(jù)，然后在可共用型面處布置吸盤，通過(guò)吸盤調(diào)整、彈性桿布置、路徑調(diào)試、安全點(diǎn)設(shè)置、低速試運(yùn)行測(cè)試等，最終通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證共用的端拾器可以滿足不同模具線正常生產(chǎn)節(jié)拍下使用要求。

機(jī)械手沖壓線；端拾器共用；吸盤；彈性桿

隨著國(guó)內(nèi)汽車銷量的逐步提升，沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線發(fā)展迅速，設(shè)備及工藝更新?lián)Q代加快，也對(duì)相應(yīng)的輔助配套裝置有了更高的要求。端拾器就是一種安裝在機(jī)器人/機(jī)械手端頭部位，利用真空吸盤或夾鉗輔助取放料的裝置，經(jīng)過(guò)近些年的推廣應(yīng)用，已在自動(dòng)化沖壓線上得到了廣泛的使用。

由于當(dāng)今汽車行業(yè)新車型研發(fā)及換代周期不斷縮短，據(jù)備件成本計(jì)算平均每條模具線配套端拾器的成本就在12萬(wàn)元以上，一個(gè)新車型項(xiàng)目中僅對(duì)端拾器投入的成本就需百萬(wàn)元以上，因此研究多車型不同模具線端拾器共用可一定程度上降低成本，同時(shí)也對(duì)縮短模具切換時(shí)間也有著不可忽視的意義[1]。本文主要針對(duì)GUDLE單臂機(jī)械手沖壓線端拾器優(yōu)化共用進(jìn)行討論。

1 GUDEL機(jī)械手沖壓線及端拾器介紹

沖壓I線是由1臺(tái)2250T、3臺(tái)1000T JIER壓力機(jī)、1臺(tái)ATLAS清洗機(jī)以及GUDEL機(jī)械手自動(dòng)化系統(tǒng)組成的全封閉式?jīng)_壓線，設(shè)計(jì)節(jié)拍12SPM（SPM：每分鐘沖次數(shù)），其中自動(dòng)化系統(tǒng)包括兩臺(tái)上料小車、拆垛手、傳送皮帶、掃描儀、對(duì)中臺(tái)、上下料機(jī)械手以及線尾傳送皮帶系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 GUDEL機(jī)械手自動(dòng)線設(shè)備簡(jiǎn)圖

由于設(shè)備功能限制，在進(jìn)行模具切換時(shí)，壓力機(jī)自動(dòng)換模后需人工進(jìn)入封閉單元內(nèi)更換拆垛手及上下料機(jī)械手端拾器。其中拆垛及RF1送料機(jī)械手通過(guò)端拾器抓取板料或落料件，而RF2～RF5機(jī)械手則需通過(guò)端拾器抓取工序件，最終搬運(yùn)至線尾皮帶機(jī)上。

機(jī)械手運(yùn)行過(guò)程中端拾器工作狀態(tài)如圖2所示，在上料側(cè)取料點(diǎn)通過(guò)機(jī)械手氣源吹氣在吸盤與工序件間形成真空，然后通過(guò)機(jī)械手Y、U、B、A軸按照設(shè)定軌跡運(yùn)動(dòng)，至下料側(cè)放料點(diǎn)機(jī)械手氣源閥換向，向吸盤內(nèi)吹氣，工序件落下，然后回到原點(diǎn)接著進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。

圖2 機(jī)械手運(yùn)行過(guò)程端拾器工作狀態(tài)圖

機(jī)械手端拾器主要部件為快速插頭、主連接桿、吸盤、文丘里、支臂、轉(zhuǎn)接頭、T型接頭、感應(yīng)器及附件、彈性桿等，其中部分部件作用如表1所示。

表1 端拾器部分部件作用介紹

2 端拾器共用理論分析及實(shí)踐探究

端拾器設(shè)計(jì)安裝的核心在于吸盤的選取與布置[2]，端拾器共用實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)也在與吸盤位置的確定。沖壓I線主要負(fù)責(zé)CN100、N111、N109三個(gè)車型8條模具線15種外板件的生產(chǎn)任務(wù)，其中7條模具線屬于一模雙件。由于拆垛手及RF1端拾器接觸面為平整的板料，而RF2～RF5機(jī)械手端拾器則需要接觸較為復(fù)雜的型面，因而端拾器共用分析分為下述兩部分。

2.1 拆垛手及RF1機(jī)械手共用分析及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐

通過(guò)I線生產(chǎn)零件的板料信息，板料寬度為1 380～1 635 mm，板料長(zhǎng)度在1 700～2 580 mm.為防止拆垛過(guò)程中板料變形或掉料且不影響對(duì)中臺(tái)對(duì)中，要求板料中心需與拆垛機(jī)械手取料點(diǎn)位置X、Y向（見(jiàn)圖1）基本一致，而RF1機(jī)械手在X向無(wú)自由度，因而可以以板料X、Y向中心點(diǎn)為基準(zhǔn)分析板料尺寸及形狀，可得出滿足所有板料生產(chǎn)要求的公共點(diǎn)（見(jiàn)圖3）.考慮到板料定位誤差，因此可將吸盤布置在距離板料邊緣150 mm的位置。其中CN100后門外板為一模單件模具線，板料尺寸與其他模具線存在較大差異，因而考慮通過(guò)氣源閥控制吸盤工作狀態(tài)。

圖3 拆垛及RF1機(jī)械手端拾器共用點(diǎn)分析

拆垛手左右兩側(cè)各設(shè)置有3組氣源，其中5、6、7及13、14、15號(hào)點(diǎn)生產(chǎn)CN100后門外板時(shí)不使用，因而可以使用三通接頭連接，單獨(dú)接其中一組氣源，通過(guò)設(shè)置配方中拆垛手及RF1機(jī)械手氣源閥組（如圖4所示），從而實(shí)現(xiàn)端拾器無(wú)需更換即可生產(chǎn)。

（續(xù)下圖）

（續(xù)上圖）

圖4 通過(guò)選擇使用的氣源閥控制吸盤工作狀態(tài)

根據(jù)該依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)員工對(duì)拆垛及RF1端拾器進(jìn)行整改，重新排布吸盤位置并按照設(shè)計(jì)連接氣管、設(shè)置配方，并對(duì)所有模具線進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，SPM9.0-9.5狀態(tài)下端拾器工作狀態(tài)正常，可滿足正常生產(chǎn)使用要求。

2.2 RF2-RF5機(jī)械手端拾器共用理論分析及實(shí)踐探究

2.2.1 端拾器共用相似點(diǎn)分析

由于各模具線OP10-OP40工序件型面各異且較為復(fù)雜，因而實(shí)現(xiàn)共用的難度也相對(duì)較大。通過(guò)對(duì)比產(chǎn)品數(shù)模、不同模具線相同工序的制件以及模具結(jié)構(gòu)并進(jìn)行分析，雖然零件尺寸、形狀有一定程度差異，考慮到可以通過(guò)取放料點(diǎn)位置進(jìn)行調(diào)整，因此可以通過(guò)工序件上的相似點(diǎn)來(lái)確定可用以布置吸盤的相似型面。

為保證多模具線共用且運(yùn)行穩(wěn)定，模擬相似點(diǎn)位置必須滿足以下條件：

（1）相鄰相似點(diǎn)X、Y向距離基本一致。

（2）未分布在有孔、弧度較大的型面上。

（3）相似點(diǎn)盡量均勻分布在工序件四周，避免因受力不均而造成變形或掉料[3]。

通過(guò)分析，由于CN100后門外板工序件形狀尺寸與其他一模雙件模具線差異較大，最終將端拾器共用探究鎖定在模具結(jié)構(gòu)及零件形狀較為相似的一模雙件模具線，其中包括CN100、N109、N111車型左右前門、左右后側(cè)門外板，以及N111左右后側(cè)圍外板。

綜合分析不同模具線相同工序的模具型面結(jié)構(gòu)及工序件、產(chǎn)品數(shù)模，初步確定可用以布置吸盤的共用點(diǎn)。下面以CN100左右前門、左右后側(cè)門外板為例進(jìn)行說(shuō)明，如圖5所示：兩條模具線有交叉的型面主要分布在窗口下部、腰線部位，以及面積很小的窗框上部區(qū)域，可用于布置吸盤的相似點(diǎn)也可分布在這些區(qū)域。

圖5 綜合分析模具型面及產(chǎn)品數(shù)模，確定相似點(diǎn)

2.2.2 實(shí)踐過(guò)程難點(diǎn)問(wèn)題分析

由于不同車型的零件在窗框、腰線、門框部位設(shè)計(jì)的弧度不同，部分模具線間的相似點(diǎn)在型面法線方向上有一定差異，最大超過(guò)30 mm，而通過(guò)吸盤壓下量調(diào)整的范圍僅有10 mm左右，因而很難同時(shí)滿足多條模具線的取料要求。針對(duì)此問(wèn)題，經(jīng)過(guò)探討與研究，創(chuàng)新地使用有一定彈性行程的彈性桿（見(jiàn)圖6）來(lái)補(bǔ)充相似點(diǎn)間差異。

圖6 使用帶一定行程的彈性桿彌補(bǔ)相似點(diǎn)在型面法向上的差異

在吸附工序件離開(kāi)取料點(diǎn)后，由于彈性桿內(nèi)彈簧恢復(fù)，工序件會(huì)產(chǎn)生一定量的變形，因此需保證工序件的變形量可以通過(guò)回彈而維持在質(zhì)量要求范圍內(nèi)。由于模具線工序、型面位置差異，允許的變形量不同，此項(xiàng)需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行驗(yàn)證。

此外，由于OP20工序件經(jīng)過(guò)切邊、沖孔，釋放大量應(yīng)力，因此窗框部位剛性較差，而在經(jīng)過(guò)整形、翻邊工序，工序件剛性又有所提升。為防止OP20工序件在RF3機(jī)械手搬運(yùn)過(guò)程中過(guò)度變形或與設(shè)備干涉，必須在窗框周邊部位布置吸盤以提升端拾器在運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性。在利用零件數(shù)模圖進(jìn)行相似點(diǎn)分析時(shí)，窗框部位交叉區(qū)域較小，且尺寸過(guò)小無(wú)法布置吸盤；使用相同工序的工序件進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)模具線間有可以用以布置吸盤的廢料區(qū)型面?，F(xiàn)場(chǎng)員工按照此思路進(jìn)行端拾器組裝。共用端拾器組裝完成后，重新對(duì)機(jī)械手路徑、安全點(diǎn)等參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)置，并由現(xiàn)場(chǎng)班組長(zhǎng)對(duì)所有模具線進(jìn)行了為期兩周的跟蹤驗(yàn)證，未出現(xiàn)因端拾器結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的吸料不穩(wěn)、與設(shè)備或模具干涉、掉料、放料不到位、板料跟蹤丟失報(bào)警等問(wèn)題。

實(shí)現(xiàn)端拾器共用后，沖壓I線需人工更換端拾器的頻次大大減少，平均單次模具切換時(shí)間由14.2 min降低至8.9 min，僅此項(xiàng)每年可節(jié)約成本25萬(wàn)元；此外，端拾器數(shù)量的減少也為車間節(jié)省出了部分空間，同時(shí)也在一定程度上減輕了員工更換端拾器的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3 結(jié)束語(yǔ)

端拾器共用作為一個(gè)創(chuàng)新型的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，可應(yīng)用于型面較為相似的模具線。一方面可以通過(guò)端拾器優(yōu)化減少新產(chǎn)品項(xiàng)目生產(chǎn)啟動(dòng)投入成本，同時(shí)對(duì)降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短機(jī)械手自動(dòng)線模具切換時(shí)間效果明顯。本文介紹的端拾器共用方法通過(guò)數(shù)模、模具圖及工序件確定相似點(diǎn)位置，為布置吸盤的位置作參考。在端拾器共用實(shí)踐過(guò)程中，遇到的問(wèn)題仍需具體對(duì)待，充分利用資源，不斷進(jìn)行嘗試，優(yōu)化方案，加強(qiáng)共用端拾器運(yùn)行穩(wěn)定性。

[1]王鵬.“端拾器”動(dòng)力學(xué)特性分析及其結(jié)構(gòu)調(diào)整[J].科技信息：學(xué)術(shù)版，2008（11）：6-7.

[2]樊留群，馬玉敏，趙榮泳，等.端拾器的自動(dòng)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2007，24（4）：48-50.

[3]王 京，楊 成，龔秋蘭.沖壓車間自動(dòng)化傳輸過(guò)程中掉件現(xiàn)象的分析及解決辦法[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2009，30（6）增刊：756-757.

Method for Realizing Mechanical Hand Automatic Press Line end Collector Sharing

CAO Shu
（SAIC-GM-Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545000，China）

A brief introduction of the method to realize the shared arm tooling on the mechanical arm press lines.Firstly，analysis the feasibility of shared arm tooling.Then find the common face based on the models of dies and parts which could satisfy the arrangement of vacuum cups.Then we arrange the vacuum cups on the common face of the parts.After the cup adjustment，intelligent use of elastic rod，path debugging，safety points setup，production trial run in low rate，we succeed to pass the spot test and it is verified that the new arm tooling could satisfy the operational requirement under normal SPM finally.

mechanical arm press line；shared arm tooling；vacuum cups；elastic rod

U468.2

B

1672-545X（2017）09-0075-03

2017-06-03

曹 署（1989-），男，河南南陽(yáng)人，本科，助理工程師，研究方向：沖壓設(shè)備及工藝。