一種新型橫梁機構在機器人沖壓線的應用

文/黃少華·江鈴汽車股份有限公司

一種新型橫梁機構在機器人沖壓線的應用

文/黃少華·江鈴汽車股份有限公司

本文從江鈴汽車沖壓車間現有兩條全自動沖壓線A4線和A6線的實際情況出發，介紹了一種新型的橫梁式端拾器安裝機構并應用于ABB機器人生產線，闡述了該改造方案及共線生產的應用優勢。

江鈴汽車小藍沖壓車間有兩條全自動沖壓線A4線和A6線，其中A4線采用雙機械臂橫梁式的傳送方式，而A6線采用ABB七軸機器人IRB7600加ABB六軸機器人IRB6600的傳送方式，兩者傳送方式的不同造成相對應的端拾器安裝機構必然不同，因此兩條生產線產品端拾器結構也不同，同一個產品無法在這兩條生產線上進行快速切換生產。同時自動生產線端拾器結構的不同給新品開發帶來一定困難與制約，為兼顧共線生產，新品開發費用比較大。

總體改造思路

目前A4線和A6線的端拾器安裝機構是不同的（圖1和圖2)，為了解決上述生產線存在的現有問題，并同時兼顧A4線和A6線兩條生產線的使用需求，我們以技術改造與創新為理念，通過改造A6線端拾器安裝機構使得一個產品只需要一組端拾器就可以在這兩條線快速互換生產?？傮w改造思路及待解決問題如圖3所示。

圖1 A6線端拾器安裝機構（ABB剛朵拉）

圖2 A4線端拾器安裝機構

圖3 總體改造思路及待解決問題

改造方案

結構改造

⑴A6線端拾器安裝機構從原先ABB剛朵拉結構改造為現有橫梁式結構（圖4)，改造后橫梁式端拾器安裝機構（以下簡稱橫梁機構)采用快換插座的端拾器安裝方式（圖5)，更換端拾器快捷方便。

圖4 A6線改造后橫梁式結構

圖5 采用的快換插座及氣接座

⑵橫梁尺寸規格采用A4線標準，所有25快換插座的配合尺寸、位置尺寸、水平度、同軸度與原先A4線設備上的所有配合尺寸一致。

⑶根據A6線情況精簡尺寸，改造后橫梁由4800mm變為3400mm。

⑷原先A4線與A6線傳輸機構和端拾器安裝方式不一致造成轉線切換困難。采用上述快速插座及結構尺寸標準，可有效實現轉線快速切換。

新材料引用

A6線改造后橫梁機構主梁材料選用碳纖維，接插件等附件材料選用航空鋁，主要從以下兩方面進行考慮：

⑴主梁選用碳纖維主要從其特點進行考慮。首先重量輕，相比較A4線普通金屬橫梁材料，重量不到其一半，因此碳纖維橫梁機構可以很好滿足機器人負荷要求。其次，材料強度高，抗拉強度3200～4000MPa，為同截面鋼材的10倍以上，很好的適應高速運行，避免機械晃動，同時其高耐久性，非常適合在工業環境中使用，因此碳纖維橫梁機構在A6線上可以最高完成12SPM運行要求。碳纖維和普通材料主要對比見表1。

⑵接插件選用航空鋁材質，可以使每套接插件減重0.8kg，按照8個吸盤計算，可有效減重6.4kg。同時主梁金屬預埋件部分材質更換為鋁制，可有效減重2kg。另外，快換插座與氣接座安裝板均通過碳纖維粘合技術在碳纖維橫梁內部預安裝，可保證插座安裝面與碳纖維橫桿的垂直度，同時可牢固安裝，提高接插件運行的穩定性。

改造后碳纖維橫梁機構有效解決了以下技術難點。首先，改造橫梁較原設計尺寸大，而A6線機器人要求負荷90kg內，采用碳纖維等材料可大幅有效減重，改造后橫梁機構重量僅為34kg。第二，改造橫梁較原設計長度長，高速運行對強度、機械晃動具有一定考驗。采用碳纖維可有效提高剛性強度，提供最高12SPM運行的硬件要求。第三，快換插座以及氣接座在碳纖維材質上牢固定位安裝雖然較困難，但是安裝板通過在內部嵌套預先安裝可有效解決此問題。改造后碳纖維橫梁見圖6。

表1 碳纖維與普通材質對比

表2 改造前后轉線工作量對比

圖6 改造后碳纖維橫梁

結構創新

⑴直接改造為橫梁結構，并加裝換槍盤，會導致中間部位總體厚度較大，不利于自動線上機器人運行角度的優化。但是通過創新改進采用避讓凹形（圖7)，即使安裝換槍盤也能控制總體厚度，可以有效減小機器人提前進入角度以及壓機提前下壓5°左右，加快生產效率，提升全線SPM。

⑵由于A6線以及A4線產品較多，尺寸大小不一，統一的橫梁無法做到整線速度最大化，因此改造后橫梁機構并沒有使用單一標準橫梁進行統一安裝，而是采用長短桿雙標準結構（圖8)。其中長桿長度3400mm，前后共16組快換裝置，短桿長度1800mm，前后共8組快換裝置。使用時可根據產品規格尺寸，采用不同長度橫梁以便發揮最大生產速度，最高達到12.5SPM。

圖7 中間避讓凹形處理（側面）

應用優勢

⑴由于A6線改造后橫梁機構各快換裝置定位尺寸均與A4線保持一致，因此較原先可實現快速轉線生產，提高生產效率。改造前后A4轉線A6生產對比見表2。

⑵降低新品開發難度及費用。改造前江鈴汽車沖壓車間如果進行新品開發，則需要針對A4線和A6線分別開發兩套端拾器；改造后由于A6線橫梁機構安裝方式及尺寸與A4線一致，新品開發僅需要開發一套端拾器。因此碳纖維橫梁機構的應用可以避免新品開發中的重復投資以及資源浪費，目前該項目的實施應用已經為江鈴汽車新品開發節約將近三百萬元。

結束語

實際生產表明，江鈴汽車沖壓車間A6生產線改造后機器人橫梁機構的應用既可以解決設備故障時快速轉線生產，又可以降低新品開發難度，以及節約大量開發費用。為了保證生產速度的提升也進行了相應的改進創新。此應用不僅解決了江鈴汽車沖壓車間現有的生產難題，而且可以為后續新線建設提供標準設計規范。

黃少華，設備主管工程師，主要從事壓力機設備的維修、技改等工作，主持完成了新型橫桿機構在機器人沖壓線的開發項目，該項目榮獲江鈴汽車集團公司科技進步獎二等獎。