機器人沖壓自動化生產線的一般構成

文/楊柳

典型的機器人沖壓自動化生產線包含以下部分：機器人、電控系統、拆垛裝置、過渡皮帶、板料清洗機、板料涂油機、對中臺、線尾碼垛系統、安全防護系統及機器人端拾器。具體布置方式可以根據生產車間的面積進行調整，如拆垛車的開出方式既可以與沖壓線平行也可以與沖壓線垂直。

1. 沖壓機器人

沖壓生產用機器人除了要求負載大、運行軌跡精確及性能穩定可靠等搬運機器人所共有的特性，還要滿足頻繁起/制動、作業范圍大、工件尺寸及回轉面積大等特點。各個廠家的沖壓機器人都在普通搬運機器人的基礎上加大了電動機功率及減速機規格，加長了手臂，并廣泛采用棚架式安裝結構。

2. 機器人沖壓自動化線控制系統

機器人沖壓自動化系統需要集成壓力機、機器人、拆垛機、清洗機、涂油機、對中臺、雙料檢測裝置、視覺識別系統、各種皮帶、同步控制系統、安全防護系統及大屏幕顯示，并具有無縫集成進工廠MES系統的能力。為了把如此多的智能控制系統有效集成，一般采用以太網與工業現場總線二級網絡系統，其中現場總線系統可能同時搭載安全總線。

3. 拆垛系統

目前常見的拆垛系統有三種，分別是專用拆垛機/機器人+拆垛小車/桁架式機械手+拆垛小車。

（1）專用拆垛機

其結構特點是垛料放置在可移動液壓升降臺車上；垛料高度依靠與光電傳感器與液壓系統控制，保持恒定；磁力分張器依靠氣動或電動驅動自動貼近垛料；采用氣缸驅動、矩陣布置的真空吸盤組進行拆垛，真空吸盤組垂直運動；拆成單張的板料采用磁性皮帶傳輸。

（2）機器人+拆垛小車

其結構特點是垛料放置在可移動的拆垛小車上；垛料高度不控制，拆垛時依靠計算的板料厚度自動調整機器人吸料高度；磁力分張器支架安裝在拆垛小車上，支架可平移并具有多個可自由旋轉的調整關節，更換垛料時人工將磁力分張器靠在垛料周邊；拆垛用真空吸盤組及雙料檢測傳感器安裝在機器人端拾器上；拆成單張的板料由機器人放置在可伸縮過渡皮帶上進行傳輸。

（3）桁架式機械手+拆垛小車

其結構特點是垛料放置在可移動的拆垛小車上；垛料高度不控制，拆垛時依靠計算的板料厚度自動調整機械手吸料高度；磁力分張器支架安裝在拆垛小車上，支架可平移并具有多個可自由旋轉的調整關節，更換垛料時人工將磁力分張器靠在垛料周邊；拆垛用真空吸盤組及雙料檢測傳感器安裝在桁架式機械手端拾器上；拆成單張的板料由機械手放置在可伸縮過渡皮帶上進行傳輸。

（4）可伸縮皮帶機

可伸縮皮帶機用于拆垛完成后單張板料的傳輸，它可以為板料提供穿過清洗機所需的移動速度。皮帶機的速度一般為變頻控制，以保證與后續清洗機、涂油機的同步。皮帶長度可調整，以填補不進行板料清洗、清洗機離線時的空間。

（5）板料清洗機

可伸縮皮帶機用于拆垛完成后單張板料的傳輸，它可以為板料提供穿過清洗機所需的移動速度。皮帶機的速度一般為變頻控制，以保證與后續清洗機、涂油機的同步。皮帶長度可調整，以填補不進行板料清洗、清洗機離線時的空間。

隨著客戶對汽車表面質量的要求越來越高，在沖壓成形前對覆蓋件板料進行清洗已經成為汽車廠的標準工藝。根據產量大小，板料清洗可以分為在線清洗和離線清洗兩種工藝：離線清洗適用于投產初期，單車型產量較低的企業，一條板料清洗線可以供應2～3條沖壓線，離線清洗機的規格一般寬度為2m；在線清洗適用于批量較大的企業，為適應轎車整體側圍的尺寸，在線清洗機的規格一般寬度為4.2m。

清洗機由引料輥、毛刷輥及擠干輥組合的輥系，動力及傳動系統、液壓調整機構，清洗過濾系統，集束噴管組件，油霧收集器，潤滑系統，行走機構，以及電氣控制系統等組成。主要用于標準板材、未涂層、鍍鋅板以及鋁板等板料、卷料的清洗。清洗機具有自行走機構，在不需要清洗工序時，整機可沿地面軌道開出。

引料輥、毛刷輥、擠干輥各自具有獨立的壓力調整與變頻驅動機構，通過精確調整壓力與速度，可以保證磨損、維修后的輥系與生產線保持同步。擠干輥采用無紡布層壓布輥，以提供良好的擠干和張緊性能，并具有防擦傷和自愈功能。清洗油箱具有加熱系統，可以使清洗介質在不同環境溫度下使用并達到最佳涂油效果。電氣系統采用具有現場總線通信功能的PLC控制，通過觸摸屏人機界面可以進行參數設定、故障診斷。

（6）板料涂油機

為了保證板料在較高速度下拉延成形時的質量，在沖壓成形前對板料進行局部涂抹拉延油是汽車廠常用的工藝手段，適用于自動化沖壓線的涂油機。

涂油機主要用于板材拉延前的涂油工序，由噴槍單元、供油及油液保溫單元、噴射供氣單元、板料輸送單元、油霧收集單元、電氣控制單元及機身等組成。涂油機具有行走機構，在不需要涂油時可以移動離線。噴嘴采用數字化控制，保證板料上油膜位置的準確和油膜厚度的均勻。不管環境溫度如何變化，供油及油液保溫單元均處于等待噴射狀態，油液溫度恒定，保證噴射效果。

（7）板料對中臺

為了保證板料被準確地放置在模具內，在機器人拾取板料前需要對板料進行對中。常用的對中臺有重力對中臺、機械對中臺及光學對中臺三種。

1）重力對中臺

板料在裝滿滾珠的斜面上依靠重力自由滑向一角進行定位，臺上具有板料到位檢測及雙料檢測。重力對中臺適用于機器人直接放置板料，不適用于具有清洗機、涂油機的自動線。

2）機械對中臺

板料依靠磁性皮袋移動至擋塊，再由另外三側的氣缸驅動打料器向中心推，從而實現精確定位。所有打料器的位置可示教編程，對中臺具有板料到位檢測及雙料檢測。機械對中臺能夠滿足各種異性料的高速對中。另外，可采用雙中心設計，以滿足同時處理一模兩件或雙模雙件的要求。臺上具有板料到位檢測及雙料檢測。

3）光學對中臺

這是最近幾年發展的技術，其原理是利用拍照獲得的板料位置圖像經視頻處理軟件后自動調整機器人的軌跡，從而既滿足最終將板料精確置入模具內的要求，又避免了機械對中臺的復雜機構。光學對中臺本質上是一個具有板料到位檢測及雙料檢測的磁性皮帶機，相比機械對中臺，光學對中臺能夠顯著降低成本。

（8）機器人七軸與端拾器

標準六軸機器人用于沖壓生產能夠達到8件/min的生產節拍，為了進一步提高生產率，近年來機器人制造廠家與系統集成商紛紛研發附加七軸。采用七軸后，機器人沖壓自動化生產線的生產節拍可以進一步提高到12件/min，使得機器人自動化沖壓線的生產率能夠與昂貴的專用機械手高速線一較高下。

（9）線尾碼垛系統

自動化沖壓線的生產節拍能夠超過10件/min，這時線尾碼垛工位的負荷就超過勞動極限，為了適應這種高節奏的產出，需要先對沖壓件成品進行分流，然后由人工或機器人將其碼入料架，最后由鏟車將料架運走。