史陶比爾工業機器人在汽車柔性生產線上的突破和解決方案

史陶比爾工業機器人有限公司供稿

史陶比爾有著百年精密機械設計制造與高速運動控制的經驗，汽車行業是史陶比爾工業機器人應用最多的行業之一。針對汽車行業需求，史陶比爾推行RX160L倒裝方式龍門結構機器人柔性切割系統解決方案。如圖所示，該系統從以下幾個方面做出了重大突破：

突破一：大尺寸機器人寬幅面

采用RX160L機器人，2.05 m的球型工作區域，切割臺面寬度可以達到3 m，一般汽車零部件尺寸都在RX160L倒裝機器人工作區域內，有些大工件也可以通過移動平臺來實現。工作臺寬度超過昂貴的五軸機床，其他一般機器人都是非球型工作區域，所以實際切割中會遇到死角，迫使切割中斷，重新起弧切入，這讓汽車行業客戶無法接受。

突破二：手臂重量輕，剛性好

史陶比爾采用整體鑄造管狀結構保持剛性；材料選用變形較小但重量輕的航空鑄鋁。RX160L機器人手臂重量只有250 kg，而歐系相同手臂的機器人要達到400多kg或600多kg，非常不適合機器人柔性激光切割的需求。在實際的項目中也證明了這一點。

突破三：機器人的機械精度差異

機器人機械精度除了剛性差異外，最重要的差異在于機械傳動的誤差，而機械傳動的誤差主要體現在減速器上。一般機器人的減速系統都很龐大，而且都是采用普通減速器結構，齒輪間隙大，無法滿足機器人柔性激光切割在汽車行業的需求。而史陶比爾采用的獨特專利減速系統JCS，將公司100多年在精密機械上的經驗技術成功應用于機器人上，高效而精確。這就是為什么史陶比爾比爾在小孔切割上得到客戶高度認可的原因。

基于RX160L倒裝的柔性解決方案適應于不同的產品和生產效率。

基本型解決方案為固定工作臺面式的，其特點是占地面積小，通過機器人安全信號對產品分區，用戶可以同時固定多個工件的工裝夾具，只要集成安全系統可以保證，機器人可以在不同的工位切換，切割和上料不耽誤，這也是最經濟實惠的解決方案。這在汽車備件市場和很多批量較小的場合得到客戶的青睞。

其他柔性解決方案是基于RX160L機器人的開放性展開的，通過不同形式的擴展軸和變位機構進行演變。比如單一平臺大幅面型，雙向雙移動平臺，單向雙移動平臺，移動平臺上拓展單個或者旋轉變位機進行聯動同步切割。汽車零部件品種繁瑣，工藝復雜，多機器人平臺組可以很好適應汽車行業的需求；同時工件的上下料、轉運、倉儲都可以采用機器人來執行，充分利用了機器人柔性的特點，這樣機器人柔性切割系統就演變成了多機器人協作集中控制平臺。

五軸機床技術成功移植在機器人上

離線編程技術和自動生成工裝夾具是機床行業得到推廣的關鍵技術之一，這些技術在機器人領域的開發和成功應用，使得機器人柔性激光切割解決方案和汽車行業應用客戶無 縫鏈接。

傳統的機器人編程方式是在線示教編程，示教編程本身費時費力，特別是汽車覆蓋件或者管件，需要切割的都是復雜空間曲線，示教無法達到設計要求，即便降低要求示教成本也是客戶接受不了的。機器人激光切割離線編程軟件的應用使得編程時間大大縮短，而且不影響在線加工。如圖所示。

高效率加工是五軸機床在汽車行業推廣的一個重要因素，而目前大部分汽車廠商不接受機器人的最重要原因也是拿單個機器人的加工效率和五軸激光切割效率對比產生的。而我們認為效率是由集成方案優劣和集成經驗決定的。很多集成商選用不適合激光切割的普通機器人，效率低下且效果差，影響了汽車行業用戶對這個領域的認知，否定了機器人方案。我們提出的觀點是優秀的集成商會選用高精度的機器人整合到精密的系統結構中，并根據不同的用戶產品由基本型演化成不同的機器人柔性切割方案，可以采用單機、雙機或多機和平臺數量之間進行組合。

集成商集成能力高低決定最終切割效果和效率。德國JENOPTIK是史陶比爾的激光應用集成商，采用史陶比爾定制開發的TX90激光切割專用機器人、定制輕型切割頭和獨有的BIM（Beam-In-Motion）技術。該設備的小孔定位精度能達到± 50 μm，直線速度大于12m/min。如果產品產量比較高，JENOPTIK公司可以提供雙機器設備或者多機器人解決方案。圖片所展示的就是JENOPTIK定制的機器人正在進行熱成型高強度鋼切割，這在德國大眾POLO車型上很早就得到了成功應用。