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轉發自：裝備製造技術

作者（zhě）：丁剛強

（廣西汽車集團柳州五菱汽車工業有限公司，廣西柳州 545007）

摘 要：汽車車身鈑金件的衝壓線是汽車行業生產過（guò）程中的重要設備。

為了適（shì）應我國汽車質量要求的不斷提高和智能製造規模的不斷擴大，研究與應用衝壓專用工業機器人、智能視覺對中係統、自動換模具係統等（děng）建設汽車車（chē）身鈑金件的串（chuàn）聯式（shì）自動化衝壓生（shēng）產線，是行之（zhī）有效的手段和途徑。

關鍵詞：自動化聯線；衝壓專用工業機器人；技術集（jí）成

中圖分類號：TP242 文（wén）獻標識碼：A

前言

在全球競爭的新形勢下，為了改變製造業“大而不強”的現狀，我國（guó）提出了（le）工業轉型升級的發展戰略。

製造業智能化（huà）已（yǐ）經被國家列為未來行業發展的（de）關鍵戰略。推廣應用工（gōng）業機器人成為了提高企業產品質量（liàng）、生產效率，降低生產成本，解決人力供求矛盾，提高核心競爭力的必由之（zhī）路。

以汽車產業（yè）為例，在焊（hàn）接、塗裝、裝配、上下料、搬運等作業中，機器人都已逐（zhú）步取代（dài）了（le）人工（gōng）作業。

汽車車身鈑金（jīn）件衝（chōng）壓領域，衝（chōng）壓自動化（huà）係統集成及應用是衝壓生產線體現其生產能力的關（guān）鍵因素。

與傳統手工（gōng）衝壓相比，自動化衝壓具有安全、高效、節材等優點，是板材加工技術的發展（zhǎn）方向^[1]。

六軸或七軸工業機器人將逐步成為當前汽車車身鈑金件衝壓自動化生產中絕對（duì）重要（yào）的組成部份，它的大規模生產應用，對於（yú）加速實現汽車零部件產業的（de）自動化生產有非（fēi）常（cháng）明顯（xiǎn）的推動作用。

1 總體（tǐ）思路

結合產品特（tè）點及柔性要求，采用“普通壓力機（jī）+ 機（jī）器人傳輸”形式^[2]。

利用六台（tái）六軸或七軸工業機器人（rén）、智能視覺對中係統、自動模具更（gèng）換（huàn）係統、自動清洗塗油、自動更換（huàn）端拾器係統等（děng）技術實現的自動化衝壓生產線項目建設。

對（duì）衝壓線的總體設計、衝壓（yā）機器人協調作業、板料自動（dòng）清洗塗油、衝壓（yā）機器人端拾器自動更（gèng）換、衝壓模具自動更換等技術進行集成與應用，最終開發出了適合汽車零（líng）部件（jiàn）行業推廣的六軸或七軸工業機器人衝壓自動化聯線技術（shù）集成（chéng）及應用係統。

2 主要特點

（1）采用衝壓專用的六軸或七軸工業機器人，結（jié）合壓力機的間距及（jí）產（chǎn）品柔性需（xū）求，實現了串聯式衝壓生產線自（zì）動生（shēng）產方式，自動運行率從 0 提高到 90%.

根據壓力機（jī）設（shè）備間距數值（zhí）及產品柔性要求，結合機械手與機器人（rén）的優缺點，采用了 ABB IRB66603.2/120 衝壓專用的六軸或七（qī）軸工業機器人實現衝壓生產線的單機自動化聯線。

並通過自動更換機器人的端拾器來吸取各種不同的衝壓件實現在製件傳輸的 “拾取”和（hé）“擺放”。

端拾器可通過快速更換係統在 3 min 內完成自（zì）動更換，實現柔性。

通過（guò）對六軸或七軸工業機（jī）器人自動板料拆垛、清洗塗油、光學對中係統、自動上件、自動傳送、自動下線、自動更（gèng）換端拾器、自動換模、廢料自動收集等的集成

通過中央（yāng）控製係統的（de）統一（yī）協調等技術手（shǒu）段及措施，實現衝壓自動線較強的可靠性、穩定性，使自動運行率達到 90%。

工業機器人（rén）在衝壓自動化生產線的（de）應用主要遵循：

堆垛拆（chāi）垛→板料傳送→清洗塗（tú）油→板料對中→上料（liào）機器人送料→首台（tái）壓力機衝壓→下料機器人取、送料（liào）→壓機（jī）衝壓（yā）→根據工序數量循環→下（xià）料機器人取、送料→末端壓機衝壓→線（xiàn）尾（wěi）機器人取、放料→皮帶機輸送→人工碼垛的循環方式（shì）。

其中，板料光學對中係統可（kě）以實現板料在經過清洗（xǐ）、塗油後，通過視覺（jiào）識別係統（tǒng），對板料的位（wèi）置（zhì）、角度進行識別，按指定的板料抓取位置進行（háng）抓取，放置到壓力機生產線上（shàng）的第一台（tái）壓力機的模具上。

該項目所集成和應用的板料光學對中係統，能夠可靠地將板料對中後放置到壓力機的衝壓模具上，提升板料抓取、輸送和放置的可靠性、維修維護（hù）的方便性。

（2）采用了智能視覺對中（zhōng）係統（tǒng）（見圖 1），實現了對衝壓板料位置（zhì）誤差（chà）的智能化（huà）識別及機器人自動更新抓取程序（xù）軌跡，解決（jué）了（le）板（bǎn）料從（cóng）料垛到（dào）首（shǒu）台壓力機上料間板料傳輸的位置偏差，將生產線的生產節拍由手工的 5 spm 提高到 10 spm。

圖 1 視覺對中係統（tǒng）主要影響生（shēng）產線（xiàn）布局（jú）及輸出節拍的因素在於拆垛、對中以及壓機間搬運（yùn）等（děng）環（huán）節[3]，本研究通過采用 ABB 公司的（de）衝壓專用機器人 IRB6660 與 Rockwell PLC 控製係統結合

通過 COGNEX 康耐視 IS540311 工業相機實施拍攝板料的圖像，運用算法，對圖像進行處理，獲取板料工件位置數（shù）據（jù），再通（tōng）過與標（biāo）準（zhǔn）圖像進行位（wèi）置比對，把位置變化量傳輸給機器人，機器人自動通過調整抓件姿態（tài），實現自動（dòng）抓取工件。

實現衝壓自動線（xiàn）的（de）可靠性、穩定性，使自動運行率達到90%。

自動化衝壓線視覺對中係統的組成自動化衝（chōng）壓（yā）線的起始工位為衝壓板料拆垛（duǒ）區域，拆垛區的拆垛速度決（jué）定（dìng）了整條衝壓線生產節拍的快慢。

該（gāi）區域內集中了眾多的工藝設備，線首單元具體包括拆垛、輸送、清洗、塗油、對中、上料模塊，傳送（sòng）單元包括傳送模塊（kuài），線尾單元包（bāo）括下料（liào）、檢驗、裝框模塊。

工藝設備布局分（fèn）布如圖 2 所示。

通過板料自動拆垛係（xì）統、自動（dòng）輸送係（xì）統、自動清洗塗油係（xì）統等技術措施，實現衝壓自動線較高的生（shēng）產節拍，實現生產節拍（pāi） 7 ～ 10 次/min。

其中，板料自動拆垛係統，實現在人工將衝壓板料以垛料（liào）形式放（fàng）置到垛料台車上之後的（de）板料自動磁性（xìng）分張（zhāng）（防（fáng）多張技術應用）、ABB 工業（yè）機器人抓取（qǔ）板（bǎn）料拆垛、自動放料到皮帶輸送機上（進入到清洗機及塗油機），解決（jué）了人機交互的安全問題，並降（jiàng）低人力成本。

自（zì）動清洗機、塗油機係統包括清洗和塗油，清洗機適合汽車外觀件的（de）生產（chǎn），板料經（jīng）過清洗、去除表麵的雜質顆粒（lì），避免衝壓過程中損傷（shāng）板料表麵。

塗油機可根據板料的（de）形狀，進行編程，需要塗油（yóu）的部（bù）位進行塗油，不需要塗油的部（bù）分不塗油，最大限度地節省防鏽拉（lā）伸油。

通過對清洗機及塗油（yóu）機（jī）的集成與應用，達（dá）到（dào）考慮（lǜ）衝壓件表麵質量的同時（shí）兼顧經濟型。

對於質量要求比較高的汽車外板件，需要使用清洗機。

對於質量要求不高的汽車內板件，則（zé）可以不（bú）使用清（qīng）洗機，對其安裝位置進行預留。

（3）采用碳纖維材料做端拾器主杆（gǎn），降低端拾器重量 10 kg，從而降（jiàng）低機器人（rén）負載（zǎi），提高機器人運（yùn）行（háng）的可靠性。

板料在壓（yā）力機之間傳輸，因（yīn）機器人的速度快、板料重，導致慣性大，機器人負載重，影響其可靠（kào）性，采用（yòng）碳纖維材料，重量減輕，提高（gāo）可靠性。

碳纖維（carbon fiber，簡稱 CF），是一種含碳量在 95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維（wéi）材料。

它（tā）是由片狀石墨微（wēi）晶等有機（jī）纖維沿纖維軸向方向堆砌而成（chéng），經碳化及石墨化處（chù）理而得到的微晶石墨材（cái）料。

碳纖（xiān）維“外柔內剛”，質（zhì）量比（bǐ）金屬鋁輕，但強度卻高於鋼鐵，並且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國防軍工和民用方（fāng）麵（miàn）都是（shì）重要材料。

它不僅具有碳材料的固有本征（zhēng）特性，又兼備紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。見圖 3。