一种通用型拆垛端拾器的设计与应用

2015-06-21李爽李凤华一汽解放汽车有限公司卡车厂

锻造与冲压 2015年20期

关键词：通用型板料检测器

文/李爽，李凤华·一汽解放汽车有限公司卡车厂

一种通用型拆垛端拾器的设计与应用

文/李爽，李凤华·一汽解放汽车有限公司卡车厂

本文通过对本厂现有自动化冲压生产线中拆垛端拾器的结构和在换装过程中更换端拾器的工艺流程及存在问题的分析，提出了一种通用型拆垛端拾器的结构设计并加以应用，介绍了应用效果及下一步改善计划。

李爽，一汽解放汽车有限公司卡车厂工艺室工艺员，工程师，主要从事卡车车身冲压工艺管理、工艺改进、工艺规划等工作。

随着自动化技术的发展，汽车冲压车间越来越多地应用自动化设备以降低人工成本和规避产品质量控制等方面的不利因素。高度自动化的冲压设备的应用极大地提高了冲压件的生产效率和产品质量，同时也带来新的课题。一条大型自动化冲压生产线的投资均达到亿元以上，因此，降低停机时间，充分发挥全局设备效益是目前冲压工艺面临的新课题。

在各项停机损失中，更换生产品种时换装调试损失是不可避免的时间损失。从工艺角度看，提高设备自动化水平以降低换装时间是提高设备可动率的有效途径。本文通过对自动化冲压生产线换装工作中拆垛端拾器更换工序的研究，提出了一种通用型拆垛端拾器的设计方案，同时对其应用情况进行分析并初步确定了改进计划。

冲压自动化生产线线首组成及工艺流程

图1 某冲压自动线线首结构

如图1所示为某冲压自动线线首结构，由拆垛系统（垛料小车、拆垛机械手），清洗涂油机，输送带，对中系统等单元组成。

拆垛机为龙门式固定横梁式设计，上面安装拆垛机械手，拆垛机械手可以在横梁上移动，形成X轴。拆垛机械手末端装有拆垛端拾器，上面装有真空发生器、吸盘及双料检测器等零部件，机械手上下移动，形成Z轴。X轴和Z轴均通过变频器驱动电机旋转，通过齿形带形成直线运动，并附有编码器以检测位移。当拆垛机械手准备第一次取料前，由垛料小车上的高度检测器检测料垛高度，将数值发送给机械手行程编码器计算其位移，然后由机械手取件送至输送带。整个拆垛过程以高速运行，节拍在每分钟8～12件，控制程序通过Z轴位移和板料厚度（板料厚度由工艺程序输入）快速定位下一块板料高度以便机械手不间断的往复运行，同时高度检测器将按设定周期检测料垛高度以修正Z轴位移数据。板料沿Y轴方向依次通过输送带、清洗涂油机、光学扫描仪和对中台到达预定位置并做好冲压前的上料准备工作。当更换生产品种时，由于板料尺寸规格和形状不同，需要更换拆垛端拾器及相应附件，更换和调整时间较长，影响设备可动率。

拆垛端拾器结构及存在的问题

端拾器是指安装连接在工业机器人或机械手等自动化传输装置上，利用真空吸盘、磁性吸盘或夹钳等与被拾取物接触，并将其从一个位置搬运至指定位置的器具的通称。如图2所示，拆垛机械手端拾器由支架组、吸盘、双料检测器以及气路管件等组成。

图2 拆垛机械手端拾器

根据生产中使用板料的形状，分别搭建X轴方向左右两侧的端拾器，再将端拾器通过连接机构与拆垛机械手连接基座相连，同时完成气路连接，即可完成拆垛机械手的生产准备工作。每次换装时随生产品种的更换都要搭建和更换端拾器，通过一段时间的应用总结，这种结构和工艺流程在生产过程中存在以下几点不足：

⑴根据产品品种搭建多套端拾器，需要使用多套支架组、吸盘和气路管件，每次换品种时更换端拾器占用时间较长，同时多套端拾器的存放也会占用生产车间有限的厂房面积。

⑵双料检测器成本较高（约人民币2万元/套），1套端拾器需使用2套双料检测器，在应用过程中不可能每套端拾器均配备单独的双料检测器，在换装过程中双料检测器也要在不同端拾器上进行拆装才能完成生产准备。双料检测器的频繁拆装产生了换装过程时间长、电子（气路）零件易损耗、人力资源浪费等现象。

⑶换装过程中，拆垛机械手更换端拾器位置不理想，人力搬运端拾器以及拆卸双料检测器造成吸盘位置变换易造成拆垛机系统运行中板料掉落等停机故障的产生。

综上，由于频繁更换端拾器，一方面增加了整线换品种时间，同时也由于每次更换的一致性不好导致调试时间长，甚至影响生产节拍，最终影响了整线的可动率和生产效率。

一种通用型拆垛机械手端拾器的设计

应用计算机辅助设计软件将自动化冲压线生产产品板料规格图重叠“堆放”在一起（图3），分析找出可以布置吸盘的“同位点”，这是搭建通用型拆垛机械手端拾器的前提条件。

然后，在支架组中应用直线轴承搭建“井”字形端拾器，即沿X轴、Y轴方向分别布置两根平行导轨，沿X轴的导轨通过直线轴承搭载在沿Y轴方向的导轨上并达到可以沿Y轴方向运动的自由度，沿X轴方向导轨上布置双料检测器和若干吸盘均可沿X轴方向运动。这样，“井”字形端拾器上的吸盘均可沿X轴和Y轴方向在适当范围内运动，达到适应不同产品毛坯板料形状的生产需求。应用CAE等计算机辅助设计软件可模拟验证所搭建的通用型拆垛端拾器的适用性（图4）。

图3 产品板料规格“堆放”图

图4 通用型拆垛机械手端拾器模拟验证

效果及改善计划

通过搭建“井”字形通用拆垛端拾器（图5）并投入实际生产应用，比照原工艺流程可以总结出以下优点：通用型拆垛端拾器不需更换，不占用生产车间厂房存放面积；生产换装时由原来更换拆垛端拾器的2人10～15分钟降至调整通用型拆垛端拾器的1人5分钟；调整端拾器时只针对X轴和Y轴方向调整吸盘位置，吸盘在Z轴方向无变化，端拾器不需搬运、无变形，在生产过程中避免了因端拾器变形或吸盘位置、角度变化造成的生产停歇。

图5 “井”字形通用端拾器

避免人为因素造成设备停歇，实现完全自动化是目前冲压工艺自动化生产的趋势。此次“井”字形通用型拆垛端拾器的设计应用虽然降低了人员劳动强度，提高了设备开动率，但是还存在因操作人员更换、吸盘位置调整不准确等原因造成的生产停歇。下一步，将在已有基础上，增加变频器驱动电机、编码器等电气元件并利用原总线PLC控制单元，达到完全自动调整吸盘位置的目的。届时，冲压生产过程中换装时，拆垛单元将达到完全自动化水平。同时，此项技术完全可以应用到上料机械手端拾器的设计使用上，若在支架组上再增加旋转变频器驱动器也可以应用到穿梭机械手端拾器上。