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轉發自：《裝備（bèi）製造技術》2019 年第 01 期

作者：丁剛強

（廣（guǎng）西汽車集團柳州五（wǔ）菱汽車工業有限公司，廣西柳州 545007）

摘（zhāi） 要：汽車車身鈑（bǎn）金件的衝壓線是汽車行業生產過程中的重要設備。

為了適應我國汽車質量要求的不斷提高和智（zhì）能製造規模的不斷擴大，研究與應用衝壓（yā）專用工業機器人（rén）、智能視覺（jiào）對中係統、自動換模具係統等建設汽車（chē）車身鈑金件的（de）串聯式自動化衝壓生（shēng）產線，是行之有效的手段和途徑。

關鍵詞：自動化聯線；衝壓專（zhuān）用工業機器人；技術集成中圖分（fèn）類號：TP242 文獻標識碼：A

0 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，我國提（tí）出了工（gōng）業轉型升級的發展戰略。製造業智能（néng）化（huà）已經被（bèi）國家列為未來行業發展的關鍵戰略。

推廣應用工業機器人成為了提（tí）高企業產（chǎn）品質（zhì）量、生產效率，降低生產成本，解（jiě）決（jué）人力供求矛盾，提高核心競爭力的必由之路。

以汽車產業為例，在（zài）焊接、塗裝、裝配、上下料、搬運等作業（yè）中，機器人都已逐步取代了人工作業。

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

與傳統手工衝壓相比，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方向[1]。

六（liù）軸或七軸工業機器人將逐步成為當前汽車車（chē）身鈑金件衝壓自動化生（shēng）產中絕對重要（yào）的組成部份，它（tā）的大規模生產應（yīng）用，對於加速實（shí）現汽車零部件產業的自（zì）動化生產有非常明顯的推動（dòng）作用。

1 總體思路

結合產品特點及柔性要求，采（cǎi）用“普（pǔ）通壓力機+ 機器人（rén）傳（chuán）輸”形式[2]。

利用六台六軸（zhóu）或七軸工業機器人、智能視覺對中係統、自（zì）動模具更（gèng）換係統（tǒng）、自動（dòng）清洗塗油（yóu）、自動更（gèng）換端拾器係統等（děng）技術實現的自動化（huà）衝壓生產線項目建設。

對衝壓線的總體設計、衝壓機（jī）器人（rén）協調作（zuò）業、板料自（zì）動清洗塗油、衝壓機器人端拾器自動更換、衝壓模具自動（dòng）更換等技術進行集成與應（yīng）用，最終開發出了（le）適合汽（qì）車零部件行業（yè）推廣的六軸或七（qī）軸工業機器人衝壓自（zì）動化聯線技術集成（chéng）及應用（yòng）係統。

2 主要特點

（1）采用衝壓專用的六軸或七軸工（gōng）業機器人，結合壓力機的（de）間（jiān）距及產品柔性需求，實現了（le）串聯式衝壓生產線自（zì）動生（shēng）產方式，自動運（yùn）行率從 0 提高到 90%.

根（gēn）據壓力機（jī）設備間距數值及產品柔性要求，結合機械手與機器人的優（yōu）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（xiàn）的單機自動化聯線（xiàn）。

並通過自動更換機器人的端拾器來吸取各種不同（tóng）的衝壓件實現在（zài）製件傳輸的（de） “拾取”和（hé）“擺放”。端拾器可通過快速更換係統在 3 min 內（nèi）完成自動更（gèng）換，實現柔性。

通（tōng）過對六軸或七（qī）軸工業機器人自動板料拆（chāi）垛、清洗塗油、光學對中係統、自動上件、自動傳送、自動下線、自動更換端（duān）拾器（qì）、自動換模、廢料自動收集等的集成

通過中央控製係統的統一協調等技術手段及措施，實現衝壓自動線較強的可靠性、穩定性，使自動（dòng）運行率達到 90%。

工（gōng）業機器（qì）人在衝壓自動化生產線的應用主要（yào）遵（zūn）循：堆（duī）垛拆垛→板料傳送（sòng）→清洗塗油→板料對中→上料機器人送料→首台壓（yā）力機衝壓→下料機器人取、送（sòng）料→壓機衝壓→根據工序數量循環→下料機器人（rén）取（qǔ）、送料→末端壓機衝（chōng）壓→線尾機器人（rén）取、放料→皮帶機輸送→人工碼垛的循環方式。

其中，板料光學對（duì）中係統可以實現板料在（zài）經過清 Equipment Manufacturing Technology No.01，2019

洗、塗（tú）油後，通過視覺識別係統，對板料的位置、角度進行識別，按指定的板料抓（zhuā）取位置進行抓取，放置到壓力機生產線上的第一台壓力機的模具上。

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

（2）采用了智能視覺對（duì）中係統（見圖 1），實現了對衝壓板料位置（zhì）誤差的智能化識別（bié）及（jí）機器人自動（dòng）更新抓取程序軌跡，解決了板（bǎn）料從料垛到（dào）首台壓力機上料間板料傳輸的位置偏差，將生（shēng）產線的生產節拍由手工的（de） 5 spm 提高到 10 spm。

圖 1 視覺對中係統主要影響生產線布局及（jí）輸出節拍的因（yīn）素在於拆（chāi）垛、對（duì）中以及壓機間搬運等環節[3]

本研究通過采用 ABB 公司的衝壓專用機器人 IRB6660 與 Rockwell PLC 控製係統結合

通過 COGNEX 康耐視 IS540311 工業相（xiàng）機實施拍攝板（bǎn）料的圖像，運用算法，對圖像（xiàng）進行處理，獲取（qǔ）板料工件位置（zhì）數據，再通過與標準圖像進行位置比對，把位置變化量傳輸給（gěi）機器人，機器人自動通（tōng）過調整（zhěng）抓件（jiàn）姿態，實現自（zì）動抓取工件。

實現衝壓自動線的可靠性（xìng）、穩定性，使自動運行率達（dá）到90%。

圖 2 工藝設備分布圖（tú）

自動（dòng）化衝壓（yā）線視（shì）覺對中（zhōng）係統的組成（chéng）自動化衝壓線的起始工位為衝壓板料拆垛區域，拆垛區的（de）拆垛速（sù）度決定了整條衝壓線生產節拍的快慢。

該區域內集中了眾多的（de）工藝（yì）設備，線首單元具體包括拆垛、輸送、清洗、塗油、對中、上料模塊，傳送單元包括傳送模塊（kuài），線尾單元包括（kuò）下料、檢驗、裝框模塊。

工藝設備布局分布如圖 2 所示。 

通過板料自（zì）動拆垛（duǒ）係統、自動輸送係統、自動清洗塗油係統等技術（shù）措施，實現衝壓自動線較高的生產節拍，實現生產節拍 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形式放置到垛料台車上之後的板料自動磁性（xìng）分張（防多張技術應（yīng）用）、ABB 工業機器人抓取板料拆垛（duǒ）、自動放（fàng）料到皮（pí）帶輸送機（jī）上（進入到清洗機及（jí）塗油機），解決了人（rén）機交互的（de）安全問題（tí），並降低（dī）人力成本。

自動清洗（xǐ）機、塗（tú）油機係（xì）統包括清洗和塗（tú）油，清洗機適合（hé）汽（qì）車外觀件（jiàn）的生產，板料經過清洗、去除（chú）表（biǎo）麵的雜（zá）質顆粒，避免衝（chōng）壓過程中損（sǔn）傷板料表麵。

塗（tú）油機可根據板料的形狀，進行編程，需要塗油的部位進行塗油，不需要塗油的部分不塗油，最大限度（dù）地節省防鏽拉伸油。

通過對清洗機及塗油機的集成（chéng）與應用，達（dá）到考慮衝壓件表麵質量的同時兼顧經濟（jì）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（bú）高的（de）汽車內（nèi）板件，則可以不使用（yòng）清洗機，對其（qí）安裝位置（zhì）進行預留。

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

板料在壓力機之間傳輸，因機器人的（de）速度快、板（bǎn）料重，導致慣性大，機器人負載重，影響其可靠性，采用碳纖維材料（liào），重量減輕，提高可靠性。

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

它是由片狀石墨微晶等有機（jī）纖維（wéi）沿纖維軸向方向堆（duī）砌而成，經碳化及（jí）石墨化處理而得到的微晶石墨材料。

碳纖維“外柔內剛”，質量（liàng）比金屬鋁輕，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麵都是重要材料。

它不僅具（jù）有碳材（cái）料的固有本征特性，又兼備紡織（zhī）纖維的柔軟可加工性，是新一（yī）代增強纖維（wéi）。見圖 3。

圖 3 端拾器碳纖維（wéi）主（zhǔ）杆

（4）采用了自動模具夾緊器，實現快速自動換摸。

將換摸時間從手工生（shēng）產（chǎn）線的 30 ～ 50 min，縮（suō）短到10 min 內完成，大幅提升自動線柔性及生產效率（lǜ）。

該項目所集成和（hé）應用的（de）自動換模係統（tǒng），實現模（mó）具的自動鬆（sōng）模、自動移出、自動夾模，將（jiāng）換摸時間從手工生產線的 30 ～ 50 min，縮短（duǎn）到 10 min 內完成，大大提升自動線柔（róu）性及生產效率，如圖（tú） 5、圖 6 和圖7 所示。

圖 5 衝壓自動線方案整體（tǐ）模型圖 1

圖 6 衝壓自（zì）動線方案整體模型圖 2

圖 7 衝壓自動線方案局部模型圖

衝壓自動線柔性（xìng）好，端拾器可在 10 min 內快速、靈活（huó）更換，自動換（huàn）摸（mō）係統也可以（yǐ）實現模（mó）具在 10 min 內自動、快速更換。