汽車覆蓋件端拾器仿真與離線制作研究及其應(yīng)用

文／方鎮(zhèn)斌·廣汽乘用車有限公司

基于ABB RobotStudio 軟件搭建汽車覆蓋件沖壓生產(chǎn)線進(jìn)行端拾器線上制作，仿真自動(dòng)化線生產(chǎn)節(jié)拍，并輸出端拾器尺寸用于線下預(yù)調(diào)安裝，節(jié)約在生產(chǎn)線上安裝調(diào)試工時(shí)，提升自動(dòng)化調(diào)試生產(chǎn)效率。同時(shí)，因平臺(tái)仿真局限性，制作端拾器仿形架，配合模具地面調(diào)試時(shí)即可完成端拾器調(diào)整與角度校正。最終實(shí)現(xiàn)新車型回廠后首次上生產(chǎn)線即可帶端拾器進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)試并實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)出件，上機(jī)調(diào)試工時(shí)削減77.8%，極大提升新車型模具自動(dòng)化調(diào)試效率。

隨著汽車更新迭代周期不斷縮短，對(duì)沖壓模具新車型調(diào)試周期提出了更高的考驗(yàn)，從模具加工制造后回廠至實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的周期逐漸壓縮至三個(gè)月，因此如何最大化利用沖壓生產(chǎn)線的調(diào)試工時(shí)便是重中之重。沖壓生產(chǎn)線調(diào)試階段主要包含自動(dòng)化調(diào)試、面品改善、試制裝車、精度改善等。其中自動(dòng)化調(diào)試階段作為首個(gè)關(guān)卡，其效率直接影響整個(gè)模具調(diào)試周期的效率及人員積極性。自動(dòng)化調(diào)試階段可歸納為端拾器制作(工時(shí)約占70%)、機(jī)器人軌跡調(diào)試(工時(shí)約占25%)、程序配方調(diào)試(工時(shí)約占5%)三個(gè)步驟。

汽車覆蓋件沖壓生產(chǎn)線仿真平臺(tái)建立與應(yīng)用

沖壓生產(chǎn)線簡(jiǎn)介

如圖1 所示，沖壓生產(chǎn)工藝包含材料拆垛、清洗、拉延、修邊、沖孔、整形等工藝。其中工序與工序間使用機(jī)器人進(jìn)行工序件搬運(yùn)。端拾器是指安裝于機(jī)器人上的一套真空吸附工裝，一般由主桿、分支桿、真空吸盤、端拾器母盤組成，如圖2 所示，端拾器的吸附穩(wěn)定性將直接影響沖壓生產(chǎn)線的搬運(yùn)效率。

圖1 沖壓生產(chǎn)線工藝布局

圖2 端拾器結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)端拾器制作方法主要為上機(jī)制作，將模具安裝至沖壓生產(chǎn)線上，并調(diào)整機(jī)器人至模具下模型面，結(jié)合型面特征匹配制作端拾器，整體流程圖大致如圖3 所示，每套零件上機(jī)調(diào)試工時(shí)約為22.5 小時(shí)。

圖3 端拾器制作工藝流程圖

沖壓生產(chǎn)線模型建立

為縮短端拾器及自動(dòng)化調(diào)試時(shí)間，需將端拾器制作及軌跡調(diào)試階段提前至模具首次上機(jī)前完成。因此，基于ABB Robot Studio 平臺(tái)，布局五序沖壓生產(chǎn)線模型。如圖4 所示，生產(chǎn)線模型由線首拆垛單元、清洗單元、自動(dòng)沖壓及搬送單元、線尾裝箱單元構(gòu)成。其中生產(chǎn)線壓機(jī)采用濟(jì)南二機(jī)床2000t 伺服壓力機(jī)+4臺(tái)1000t 機(jī)械壓力機(jī)，自動(dòng)化搬運(yùn)則采用ABB 7600搬運(yùn)機(jī)器人搭配直線七軸，為保障模型仿真準(zhǔn)確性，其中壓機(jī)間距、壓機(jī)工作臺(tái)尺寸、壓機(jī)行程曲線、機(jī)器人與直線七軸型號(hào)規(guī)格、機(jī)器人硬軟件版本等參數(shù)需與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝尺寸保持一致。

圖4 沖壓生產(chǎn)線建模模型

新車型模具端拾器制作與仿真

模型搭建后，按如下流程開展端拾器線上仿真制作。

⑴模具、工件導(dǎo)入。

在基本-導(dǎo)入幾何體-瀏覽幾何體菜單目錄下，將上下模、沖壓完成前后板件導(dǎo)入相應(yīng)工序內(nèi)，并對(duì)模具數(shù)模進(jìn)行簡(jiǎn)易處理，如抽殼、刪除內(nèi)部幾何體，壓縮文件大小，有利后續(xù)數(shù)模仿真工作，如圖5 所示。

圖5 模具、工件導(dǎo)入

⑵端拾器布局。

導(dǎo)入端拾器標(biāo)準(zhǔn)工具庫(kù)，根據(jù)板件形狀進(jìn)行布局。該功能可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)端拾器使用規(guī)格，提前建立標(biāo)準(zhǔn)端拾器模型庫(kù)，設(shè)計(jì)階段可導(dǎo)出采用，縮短仿真工時(shí)，提升效率。通過(guò)線上各工序的設(shè)計(jì)制作，最終輸出《沖壓生產(chǎn)線自動(dòng)化仿真輸出卡》,定義各工序端拾器使用規(guī)格、尺寸、吸盤數(shù)量等數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)使用方根據(jù)輸出卡在模具回廠前即可提前制作完成。見(jiàn)圖6、圖7。

圖6 端拾器布局模型

圖7 沖壓生產(chǎn)線自動(dòng)化仿真輸出卡

⑶機(jī)器人軌跡示教與生產(chǎn)線節(jié)拍仿真。

利用虛擬示教器，對(duì)相應(yīng)工序下機(jī)器人Stamp Ware 軟件內(nèi)各軌跡點(diǎn)進(jìn)行示教，通過(guò)仿真-仿真邏輯-事件管理器，對(duì)各工作站信號(hào)事件進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)各動(dòng)作仿真。通過(guò)該功能，可模擬出制作端拾器對(duì)應(yīng)下的生產(chǎn)節(jié)拍，實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中結(jié)合節(jié)拍要求可進(jìn)一步優(yōu)化端拾器布局。同時(shí)，該機(jī)器人仿真軌跡點(diǎn)數(shù)據(jù)可直接導(dǎo)出至現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人應(yīng)用，進(jìn)一步提升現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試效率。見(jiàn)圖8、圖9。

圖8 機(jī)器人軌跡點(diǎn)示教

圖9 生產(chǎn)節(jié)拍(SPM)仿真

仿真平臺(tái)應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)及局限性

該平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)兩大功能：端拾器設(shè)計(jì)及尺寸輸出、機(jī)器人軌跡調(diào)試及輸出，通過(guò)平臺(tái)輸出相應(yīng)數(shù)據(jù)可提前完成端拾器工裝制作。經(jīng)過(guò)兩套新車型應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)仍存在如下不足點(diǎn)：⑴端拾器尺寸數(shù)據(jù)在制作時(shí)無(wú)法體現(xiàn)擺角；⑵機(jī)器人軌跡輸出至現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)發(fā)現(xiàn)偏差值≥15mm,大于機(jī)器人吸附精度2mm 要求，現(xiàn)場(chǎng)需二次調(diào)整軌跡。端拾器仿真平臺(tái)存在問(wèn)題點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 端拾器仿真平臺(tái)存在問(wèn)題點(diǎn)

端拾器離線平臺(tái)應(yīng)用

離線端拾器仿形架的設(shè)計(jì)

基于生產(chǎn)線仿真平臺(tái)的局限性，參考同行業(yè)線下制作端拾器案例，設(shè)計(jì)制造一款便捷式可移動(dòng)仿形架，如圖10 所示，配合模具型面進(jìn)行端拾器二次調(diào)整。

圖10 端拾器仿形架設(shè)計(jì)圖

主要特點(diǎn)：⑴0.3 ～1.8m 高度可調(diào)，母盤中心位置可調(diào)，適用所有模具；⑵不同端拾器母盤均可使用；⑶便攜式可移動(dòng)腳輪；⑷配備激光對(duì)中定位裝置。

應(yīng)用情況

如圖11、圖12 所示，通過(guò)制作仿形架后，將仿真平臺(tái)離線制作端拾器安裝至仿形架上，并在模具回廠后地面確認(rèn)階段時(shí)完成端拾器二次調(diào)整，完成端拾器角度、吸盤壓縮量?jī)?yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)與主線100%匹配使用。

圖11 端拾器仿形架應(yīng)用

圖12 端拾器仿形架應(yīng)用流程

通過(guò)該仿形架配合仿真平臺(tái)應(yīng)用，如表2 所示，某新車型回廠單個(gè)零件上機(jī)調(diào)試時(shí)間由22.5h 削減至5h，削減率77.8%，按新車型平均11 個(gè)零件計(jì)算，可節(jié)約上機(jī)工時(shí)192.5h，按每個(gè)工作日8h 核算，整體調(diào)試進(jìn)度可提前24 個(gè)工作日。

表2 傳統(tǒng)調(diào)試與仿真應(yīng)用上機(jī)工時(shí)對(duì)比

從總工時(shí)方面核算，傳統(tǒng)端拾器調(diào)試工時(shí)為990h，仿真應(yīng)用工時(shí)為385h，削減率為61.1%，極大提升工作效率。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)實(shí)際新車型模具調(diào)試應(yīng)用案例可以看到，汽車覆蓋件的虛擬仿真平臺(tái)已基本成熟，通過(guò)虛擬仿真技術(shù)可提前預(yù)制端拾器工裝，并將仿真軌跡導(dǎo)入至實(shí)際生產(chǎn)線中，減少模具回廠后自動(dòng)化調(diào)試工時(shí)，極大提升調(diào)試效率。但是由于軟件本身的局限性，無(wú)法滿足沖壓生產(chǎn)線自動(dòng)化精度要求，因此設(shè)計(jì)制作仿形架輔助完成端拾器調(diào)試工作，避免在主線上進(jìn)行二次返工，改善人機(jī)工程。結(jié)合兩者改善，新車型自動(dòng)化調(diào)試效率提升77.8%，為工廠實(shí)現(xiàn)智能制造奠定基礎(chǔ)。

紅樓夢(mèng)