一種快速橫桿式自動(dòng)化輸送系統(tǒng)解析

文/吳明華·大眾汽車(安徽)有限公司

自動(dòng)化沖壓線一般由上料裝置、沖壓設(shè)備、機(jī)器人或自動(dòng)化運(yùn)輸裝置和線尾出料裝置等組成，如圖1 所示。其中，機(jī)器人或自動(dòng)化運(yùn)輸裝置是沖壓生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的主要裝置，是提高生產(chǎn)線節(jié)拍和提升生產(chǎn)線柔性的關(guān)鍵因素。因此，想要提高生產(chǎn)柔性和生產(chǎn)效率務(wù)必要提升沖壓生產(chǎn)線運(yùn)輸裝置的智能化程度，本文主要的研究對象是快速橫桿式自動(dòng)化輸送系統(tǒng)。

快速橫桿式自動(dòng)化輸送系統(tǒng)

本文介紹快速橫桿式自動(dòng)化輸送系統(tǒng)。整個(gè)沖壓線有6 臺壓力機(jī)、7 個(gè)輸送機(jī)構(gòu)，編號依次為Automation 0-6。輸送機(jī)構(gòu)有升降、進(jìn)給、擺動(dòng)、橫移、傾斜五項(xiàng)基本動(dòng)作，如圖2 所示。輸送系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)見表1。下面以具有代表性的進(jìn)給和升降行程驅(qū)動(dòng)方式為例進(jìn)行詳細(xì)介紹。

表1 輸送系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)

圖2 輸送機(jī)構(gòu)基本動(dòng)作示意圖

進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置

支撐導(dǎo)軌位于橫梁的下側(cè)，它由一個(gè)鋁型材組成并用螺絲與橫梁緊固在一起。伸縮導(dǎo)軌同樣由一個(gè)鋁型材組成。通過型材導(dǎo)軌上的兩個(gè)直線導(dǎo)向，伸縮導(dǎo)軌可以進(jìn)行相對于支撐導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，支撐導(dǎo)軌可相對于橫梁運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置示意圖如圖3 所示。

圖3 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置示意圖

在支撐導(dǎo)軌的下側(cè)和伸縮導(dǎo)軌的上側(cè)布置了齒條。進(jìn)給驅(qū)動(dòng)由橫梁上的兩個(gè)伺服電機(jī)和一個(gè)由兩個(gè)齒形皮帶驅(qū)動(dòng)組成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成。兩個(gè)伺服電機(jī)各通過一個(gè)行星齒輪減速器來驅(qū)動(dòng)法蘭連接的齒輪。齒形皮帶固定在伸縮導(dǎo)軌的端部，并通過兩個(gè)中間輪纏繞兩個(gè)左右布置的驅(qū)動(dòng)輪。通過這個(gè)齒形帶傳動(dòng)，伸縮導(dǎo)軌相對于支撐導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。第二個(gè)齒形帶位于伸縮導(dǎo)軌上，該皮帶通過四個(gè)位于導(dǎo)軌終端的齒輪導(dǎo)向。在伸縮導(dǎo)軌的端點(diǎn)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)安裝了緩沖元件。一方面它為穿梭裝置構(gòu)成終點(diǎn)位置緩沖，另一方面它為與相鄰的輸送模塊的碰撞提供緩沖。該緩沖及運(yùn)動(dòng)能量的吸收只有在驅(qū)動(dòng)裝置出故障時(shí)才需要。

舉升行程驅(qū)動(dòng)裝置

舉升行程驅(qū)動(dòng)由兩個(gè)齒條傳動(dòng)裝置構(gòu)成，這里齒條與橫梁連接。在立柱臂梁的上部區(qū)域有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置的支撐座。輸送機(jī)構(gòu)舉升行程驅(qū)動(dòng)裝置示意圖如圖4 所示。

圖4 輸送機(jī)構(gòu)舉升行程驅(qū)動(dòng)裝置示意圖

外側(cè)兩個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)用法蘭連接的方式固定在兩個(gè)支撐座上。它通過行星齒輪減速器驅(qū)動(dòng)齒輪。兩個(gè)伺服電機(jī)的同步運(yùn)行通過兩個(gè)齒輪間的兩個(gè)抗扭的Metax-聯(lián)軸節(jié)和一個(gè)連接管保證。

為了使舉升行程驅(qū)動(dòng)裝置卸載，在每個(gè)模塊上安裝了兩個(gè)氣缸作為重量平衡。缸體通過一個(gè)萬向軸固定在驅(qū)動(dòng)裝置的支座上，活塞桿通過一個(gè)連接件用螺紋與橫梁連接。一個(gè)機(jī)械手的四個(gè)氣缸與地溝內(nèi)的一個(gè)平衡裝置儲氣罐連接。

高效的生產(chǎn)方式

目前，面對高的產(chǎn)能需求，單臺壓機(jī)行程次數(shù)設(shè)定一般都超過10 次/分，輸送系統(tǒng)需要在上下模有限的空間內(nèi)完成動(dòng)作。因此系統(tǒng)對輸送系統(tǒng)的運(yùn)行軌跡進(jìn)行了嚴(yán)格的限制，分別對應(yīng)于280mm，380mm，430mm 三個(gè)舉升行程。針對不同模具的拉延深度和斜楔布置，通過干涉曲線檢查選用合適的舉升高度，提高生產(chǎn)的柔性。

快速橫桿式自動(dòng)化輸送系統(tǒng)具備起停運(yùn)行、軟模運(yùn)行和連續(xù)運(yùn)行三種運(yùn)行模式，分別對應(yīng)于產(chǎn)出比(壓機(jī)設(shè)定行程次數(shù)：出件數(shù)量)1.5 或1.38、1.1和1。起停運(yùn)行最大整線節(jié)拍可達(dá)13 次/分，不帶模具空運(yùn)行達(dá)15 次/分；軟模運(yùn)行最大整線節(jié)拍可達(dá)10.9 次/分；連續(xù)運(yùn)行最大整線節(jié)拍可達(dá)10 次/分。對應(yīng)于不同的模具結(jié)構(gòu)和制件特性，生產(chǎn)效率主要由安全距離、生產(chǎn)效率、技術(shù)應(yīng)用、裝備和模具共同決定。

⑴考慮安全距離。在輸送系統(tǒng)的抓取軌跡和返回軌跡中，由于伴隨著滑塊的運(yùn)動(dòng)以及考慮端拾器的晃動(dòng)，需要保證輸送系統(tǒng)上表面(含有端拾器的最高點(diǎn)位置)與上模下表面(上模最低點(diǎn))、輸送系統(tǒng)下表面(含有端拾器的最低點(diǎn)位置)與下模上表面(下模最高點(diǎn))有50mm 的理論安全距離。

⑵生產(chǎn)效率因模具結(jié)構(gòu)不同而有所不同。在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需進(jìn)行干涉曲線檢查，盡量選用舉升行程280mm 的曲線以提高效率，但是由于模具結(jié)構(gòu)的差異只能選用最優(yōu)化的曲線，在效率和模具結(jié)構(gòu)本身限制之間實(shí)現(xiàn)權(quán)衡。

⑶生產(chǎn)效率因板材性質(zhì)和生產(chǎn)工藝不同而有所不同。對于采用一模雙件、一模四件以及鋁材生產(chǎn)的沖壓件，對傳輸速度都有限制。

結(jié)束語

生產(chǎn)柔性好和生產(chǎn)效率高是沖壓技術(shù)發(fā)展和提高的主要方向，快速橫桿式智能輸送系統(tǒng)朝此方向已經(jīng)邁出了堅(jiān)實(shí)的第一步。快速橫桿式智能輸送系統(tǒng)作為目前沖壓車間運(yùn)用廣泛的自動(dòng)化方式，技術(shù)已經(jīng)在產(chǎn)能不斷提升的考驗(yàn)中得到了驗(yàn)證。

但該系統(tǒng)仍存在一些不足。目前，還僅適用于新設(shè)計(jì)制造的沖壓線，主要是受已有生產(chǎn)線壓力機(jī)間距的限制無法直接使用。自動(dòng)化輸送曲線無法實(shí)現(xiàn)自由編程，導(dǎo)致由于模具結(jié)構(gòu)限制而損失生產(chǎn)節(jié)拍。壓機(jī)節(jié)拍和整線節(jié)拍比例目前只有三種模式，共4 個(gè)數(shù)值可調(diào)，無法自由調(diào)節(jié)。控制模式采用中央控制，非模塊化控制。

當(dāng)前，自動(dòng)化技術(shù)革新也日新月異，技術(shù)革新的周期目前已經(jīng)縮短為3 ～5 年。面對未來智能制造的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，需結(jié)合對于產(chǎn)能、效率、質(zhì)量的綜合平衡需求，進(jìn)一步定制化、柔性化開發(fā)，以適應(yīng)未來競爭日益激烈的市場需求。