汽車行業(yè)沖壓線六/七軸機(jī)器人的混線應(yīng)用

文/婁源發(fā)·浙江吉利汽車有限公司

汽車整車制造過程分沖壓、焊裝、涂裝、總裝四大工藝，在這四大工藝中，沖壓是發(fā)展歷史最久、自動化集成度最高的制造工藝，現(xiàn)在國際先進(jìn)的沖壓高速線基本都采用快速機(jī)械臂對沖壓零件進(jìn)行搬運(yùn)作業(yè)，快速機(jī)械臂與壓力機(jī)匹配程度高，能夠發(fā)揮機(jī)械臂與壓力機(jī)的最大效能，生產(chǎn)效率高。

浙江吉利汽車有限公司沖壓廠自動化A線是由上海ABB公司與齊齊哈爾二機(jī)床廠負(fù)責(zé)制造的多工位沖壓自動化生產(chǎn)線，整線共有五個(gè)生產(chǎn)工序，實(shí)現(xiàn)沖壓件的拉延、切邊、整形、沖孔等工藝流程，零件在壓力機(jī)間的搬運(yùn)采用IRB 6660六軸機(jī)器人作為解決方案，如圖1所示。

存在的問題

沖壓自動化A線需要生產(chǎn)大型零件，前三序壓力機(jī)的生產(chǎn)工藝分別為零件的拉延成形、料邊切除、沖孔和整形，由于零件尺寸較大，其在三序的壓力機(jī)間傳送時(shí)需要向內(nèi)旋轉(zhuǎn)180°，IRB 6660機(jī)器人安裝大端拾器后與機(jī)器人底座間距較小，如圖2所示。

圖1 多工位沖壓自動化生產(chǎn)線

零件在旋轉(zhuǎn)過程中容易與機(jī)器人底座及本體干涉，發(fā)生碰撞，易造成零件的質(zhì)量問題，影響整體的生產(chǎn)節(jié)拍和生產(chǎn)效率。隨著一模雙件和一模四件的普及以及車身零件尺寸的增大，采用六軸機(jī)器人作整線零件搬運(yùn)的方式漸漸無法滿足生產(chǎn)需求。

圖2 IRB 6660機(jī)器人

六/七軸機(jī)器人整線應(yīng)用比較

沖壓線采用的是ABB公司生產(chǎn)的搬運(yùn)機(jī)器人，其六軸與七軸機(jī)器人的型號分別為IRB 6660和IRB 7600FX，這兩款機(jī)器人的參數(shù)如表1所示。

在沖壓件搬運(yùn)作業(yè)當(dāng)中，這兩種型號機(jī)器人的主要區(qū)別為搬運(yùn)方式與速度。

搬運(yùn)方式：IRB 6660是以零件在壓力機(jī)之間旋轉(zhuǎn)180°的方式進(jìn)行搬運(yùn)，適用于小型零件的生產(chǎn)；IRB 7600FX是以零件在壓力機(jī)之間直接平移的方式進(jìn)行搬運(yùn)，這種方式在生產(chǎn)大型零件時(shí)具有速度優(yōu)勢。

表1 IRB 6660與IRB 7600FX參數(shù)對比

速度：IRB 6660機(jī)器人的搬運(yùn)速度取決于工具坐標(biāo)中心的速度，涉及六個(gè)軸間的柔性配合、六軸旋轉(zhuǎn)的速度、軌跡及姿態(tài)等因素，且需要特別注意大型零件與機(jī)器人及底座間是否干涉，速度較慢；IRB 7600FX機(jī)器人的搬運(yùn)速度由兩部分組成（圖3），整體速度=工具坐標(biāo)中心速度+七軸傳送皮帶的速度，因采用的是平移方式，零件不需要旋轉(zhuǎn)，速度較快。

圖3 IRB 7600FX機(jī)器人的搬運(yùn)速度組成

實(shí)際應(yīng)用

模擬仿真

新車型整體零件尺寸變大，為了保證此次改造與新車型的匹配度，我們對新模具及新設(shè)備做了相應(yīng)的模擬仿真，將整線壓力機(jī)、機(jī)器人、模具的數(shù)模導(dǎo)入仿真軟件，在軟件中對整線的生產(chǎn)進(jìn)行仿真模擬，測試零件在壓力機(jī)間通過時(shí)會不會出現(xiàn)干涉的情況，如圖4、圖5所示。

圖4 零件在壓力機(jī)間的通過性檢查

圖5 與模具間的干涉檢查

圖6 修改后的上料示意圖

圖7 整體效果

經(jīng)過仿真驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，新車型零件在壓力機(jī)間的通過性上沒問題。但I(xiàn)RB 7600FX機(jī)器人在以正常姿態(tài)對側(cè)圍零件進(jìn)行上料時(shí)，機(jī)器人七軸傳送皮帶與模具上模干涉，針對此問題，結(jié)合模具數(shù)模參數(shù)，修改機(jī)器人的上料姿態(tài)和軌跡。通過反復(fù)試驗(yàn)，七軸機(jī)器人以一定的傾斜角度將板料搬運(yùn)至模具內(nèi)，最終使機(jī)器人能夠順利地進(jìn)行側(cè)圍零件的上料作業(yè)（圖6）。

技術(shù)改造

沖壓自動化A線改造涉及5臺壓力機(jī)間的4臺機(jī)器人及底座。針對前兩序零件尺寸較大的搬運(yùn)作業(yè)，采用IRB 7600FX機(jī)器人，運(yùn)用零件平移的搬運(yùn)方式對零件進(jìn)行快速搬運(yùn)，相應(yīng)的機(jī)器人底座需要進(jìn)行修改，IRB 7600FX的活動范圍更大，柔性更高，為保證機(jī)器人的靈活度，底座高度做100mm的降低；針對后幾序零件，料邊基本已在前兩序完成切除，故零件尺寸相對較小，原有IRB 6660機(jī)器人就能夠滿足快速搬運(yùn)的要求，機(jī)器人不做更換，由于新車型模具高度偏高，底座高度相應(yīng)增高100mm.，改造的整體效果如圖7所示。

改造效果

對沖壓線進(jìn)行七軸機(jī)器人改造后，經(jīng)過半年多時(shí)間的生產(chǎn)檢驗(yàn)，設(shè)備故障率低，有效地保障了整體生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行，且在一定程度上提升了整線的生產(chǎn)節(jié)拍，保障了新車型的順利投產(chǎn)，為傳統(tǒng)的六軸機(jī)器人沖壓線提高生產(chǎn)效率提供了新的思路。