多工位自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)中夾取方式的選擇

文/胡沐·嘉興柏慕機(jī)電有限公司

多工位自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)中夾取方式的選擇

文/胡沐·嘉興柏慕機(jī)電有限公司

目前歐美汽車沖壓企業(yè)70%以上的零件采用自動(dòng)夾持與傳送的沖壓方式。自動(dòng)夾持與傳送，即使用機(jī)械手來實(shí)現(xiàn)工件在相鄰工位的傳送，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)，這是目前汽車沖壓件效能最高的生產(chǎn)方式。多工位沖壓在歐美運(yùn)用較早也比較成熟。而目前國內(nèi)汽車沖壓企業(yè)多使用人工來完成工件在工位間的傳遞，操作工人站在壓機(jī)兩側(cè)，如果有4個(gè)工位，則總計(jì)需要5～6個(gè)操作工人，如圖1所示。隨著國內(nèi)汽車行業(yè)的快速發(fā)展，在沖壓件行業(yè)競爭日趨激烈的形勢之下，越來越多的沖壓企業(yè)開始著手全自動(dòng)化生產(chǎn)線的投資與改造。在自動(dòng)化改造規(guī)劃過程中，采用什么樣的夾取方式來實(shí)現(xiàn)工件的安全高效傳遞無疑是規(guī)劃初期的重中之重，它會(huì)影響到整個(gè)生產(chǎn)線改造的最終效果，是投資成敗的關(guān)鍵因素之一。

多工位自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)簡述

多工位自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)是把多道工序的模具（圖2）放置在一臺(tái)壓機(jī)上，在壓機(jī)滑塊的一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)中，利用自動(dòng)機(jī)械臂把工件按工位順序順次傳遞，完成落料、沖孔、彎曲、拉伸、切邊、切斷分離等全部工序。可以開卷后在模具內(nèi)落料，也可把已落好料的成垛板料卸垛后再送入模具，這樣壓機(jī)一次沖程即可完成一件或多件成品。還可在工序中增加空工位來實(shí)現(xiàn)工件沿X、Y、Z坐標(biāo)軸方向的旋轉(zhuǎn)與移動(dòng)等姿態(tài)變化，在簡化模具構(gòu)造的同時(shí)，亦能成形復(fù)雜形狀的零件。多工位沖壓自動(dòng)傳送系統(tǒng)分為2個(gè)部分，第一部分是雙臂伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，第二部分是夾持部分。本文主要說明夾持部分中工件夾取方式的選擇和考慮，因?yàn)閵A取方式?jīng)Q定著雙臂伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行軌跡、影響壓機(jī)最大生產(chǎn)功效的發(fā)揮以及模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

圖1 單機(jī)多工位人工傳送生產(chǎn)線

圖2 多工位沖壓模具

圖3 鏟具

夾取方式

沖壓自動(dòng)化系統(tǒng)夾持部分夾取方式主要有一般夾具、鏟具、吸盤和夾鉗4大類。

⑴一般夾具。此類夾具一般采用簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)，或彈性機(jī)構(gòu)，或電磁鐵，或利用SMC氣動(dòng)或液壓元件等實(shí)現(xiàn)夾持的動(dòng)作等。此類夾具的優(yōu)點(diǎn)是成本低，缺點(diǎn)是拆換調(diào)整不便，不適宜形狀復(fù)雜的零件。

⑵鏟具（圖3）。鏟具是一般夾具中鏟狀?yuàn)A具的改進(jìn)，配有光柵傳感器感知工件是否移位或滑落，但是需要工件有一定棱角，便于鏟手的抬起。

⑶吸盤（圖4）。吸盤多用于汽車覆蓋件等外觀要求高的零件加工中，多數(shù)安裝在工業(yè)機(jī)器人端拾器上。吸盤式端拾器多應(yīng)用于多機(jī)串聯(lián)式傳遞沖壓，其生產(chǎn)節(jié)拍比單機(jī)多工位傳送要低，能耗比單機(jī)多工位高。

⑷夾鉗（圖5）。夾鉗是運(yùn)用氣壓和機(jī)械的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)工件的夾緊與松開。

當(dāng)前企業(yè)自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)中多采用吸盤和夾鉗，以下主要討論這兩種夾取方式的性能和適用場合。

吸盤和夾鉗的性能比較

運(yùn)行軌跡比較

吸盤有8個(gè)運(yùn)行動(dòng)作（圖6），夾鉗有6個(gè)運(yùn)行動(dòng)作（圖7），因此夾鉗的運(yùn)行時(shí)間短。另外，吸盤一般要伸入到模具中心部吸取工件，且在Z軸有上下運(yùn)動(dòng)，需要伸入模具內(nèi)距離更長和更大的模具開模空間，因此運(yùn)行時(shí)間比夾鉗長。

模具開模行程比較

以下是吸盤和夾鉗的模具開模行程比較：

⑴Y向伸入距離比較，如圖8所示。

⑵Z向開合模行程比較，如圖9所示。

圖4 吸盤

圖5 夾鉗

圖6 吸盤的運(yùn)行軌跡

圖7夾鉗的運(yùn)行軌跡

圖8 吸盤和夾鉗Y向伸入距離比較

圖9 吸盤和夾鉗Z向開合模行程比較

圖10 吸盤和夾鉗夾緊力的比較

夾緊力的比較

毋庸置疑，夾鉗的夾緊是機(jī)械壓力，而吸盤是摩擦力。如圖10所示，在加速度高的情況下，夾鉗更安全可靠。

除緊固摩擦力不同以外，吸盤所吸取的面積較大，工件需要較為平整的表面。而夾鉗所受限制較小。

相同條件下所需夾具數(shù)量的比較

此處以落料平板為例，不同方式所需要夾具的數(shù)量為：夾取同一塊板材，夾鉗單邊需要1組，吸盤單邊需要1組，鏟具單邊需要2組。

綜上所述，吸盤使用方便，不用在模具上抬升板材就可操作，缺點(diǎn)是高能耗，抓取時(shí)加速度較低，只能抓取板材的上部和平直面；夾鉗的可靠性較高，能夠最大限度地實(shí)現(xiàn)全夾持，使用耗能低，缺點(diǎn)是初始費(fèi)用較吸盤要高（約86%），但是得益于它的低能耗和高生產(chǎn)效率，能很快地回收成本。

各種夾取方式適用的生產(chǎn)條件

幾種夾取方式各有優(yōu)劣，企業(yè)生產(chǎn)時(shí)要依據(jù)具體的工件形狀、月產(chǎn)量、模具更換頻率、投資回收周期等條件來選擇使用哪種夾取方式。

⑴產(chǎn)品特征。夾鉗方式可以旋轉(zhuǎn)，可以得到X、Y、Z方向的位置補(bǔ)償和姿態(tài)變化，是最為柔性的夾取方式。產(chǎn)品工位多，形狀復(fù)雜時(shí)，采用夾鉗方式較為合適。產(chǎn)品平整，工序簡單，可以考慮使用鏟具或吸盤。夾鉗夾指部可以使用特殊材質(zhì)，如鋁合金沖壓件，在保證沒有壓痕的要求下，夾鉗的夾指部可以使用聚氨酯樹脂，避免因過大的夾緊力而損傷產(chǎn)品表面。

⑵月產(chǎn)量。月產(chǎn)量高，停機(jī)時(shí)間就必須少，更適合采用夾鉗方式。因?yàn)閵A鉗夾取緊固可靠，可以最大程度地保證生產(chǎn)過程的安全穩(wěn)定。月產(chǎn)量低則可以考慮成本方面的因素，選擇鏟具或吸盤方式。鏟具的成本較低，吸盤的定期更換也不會(huì)對(duì)生產(chǎn)效率有太大的影響。

⑶模具更換頻率。模具更換頻率高的情況下應(yīng)采用夾鉗方式，因?yàn)閵A鉗是固定于鋁型材上的，更換時(shí)整體拆卸，避免再次調(diào)整夾具位置，縮短調(diào)整時(shí)間。如果更換頻率低，三個(gè)月以上才更換一次，可以考慮使用簡易夾具，這種情況下調(diào)整時(shí)間對(duì)生產(chǎn)的影響非常小。

⑷投資回收周期。在產(chǎn)品生命周期長的情況下，重視長期的投資收益，夾鉗是較好的選擇，雖然短期內(nèi)投資回收周期有所加長，長期來看還是使用夾鉗劃算。因?yàn)閵A鉗夾緊力高，可以最大限度提高生產(chǎn)節(jié)拍，在一定時(shí)間內(nèi)所生產(chǎn)的產(chǎn)品數(shù)量多，從而投資回收更快。另外，夾鉗能耗較低，維護(hù)少，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。如果產(chǎn)品生命周期短則要充分考慮成本，盡量的縮短投資回收時(shí)間。

綜上所述，在已經(jīng)確定要采用多工位自動(dòng)傳送生產(chǎn)方式時(shí)，首先綜合考慮以上要素來選擇夾取方式，從而整體規(guī)劃壓機(jī)、雙臂伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及工位和模具的設(shè)計(jì)等。

結(jié)束語

在國內(nèi)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的背景之下，適合多工位自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)的夾具及自動(dòng)化解決方案，將越來越受到國內(nèi)沖壓企業(yè)的重視，促進(jìn)企業(yè)進(jìn)行自動(dòng)化改造和升級(jí)。

胡沐，工程師，主要從事多工位沖壓自動(dòng)傳送項(xiàng)目設(shè)計(jì)與技術(shù)支持工作。