機器人直線七軸技術是沖壓機器人搬運系統(tǒng)的較新發(fā)展成果，通過分析在某汽車公司沖壓車間所采用的機器人直線七軸技術，闡述了該技術的特點和優(yōu)勢。

隨著我國汽車工業(yè)高速發(fā)展，金屬板材沖壓自動化技術取得長足進步，尤其是工業(yè)機器人搬運系統(tǒng)在自動化沖壓生產(chǎn)線上的廣泛應用，為高柔性、高效率的沖壓生產(chǎn)線提供了很好的解決方案。

現(xiàn)代汽車工業(yè)具有生產(chǎn)規(guī)模化、車型批量小、品種變化快、多車型共線生產(chǎn)的特點，這些趨勢要求沖壓自動化技術不斷向高柔性和高效率方向發(fā)展。串列式單機聯(lián)線自動化沖壓線是當前我國汽車廠沖壓生產(chǎn)線采用的主流方案。采用機器人搬運系統(tǒng)的串列式單機聯(lián)線自動化沖壓生產(chǎn)線，具有低投入、高效率、高柔性等優(yōu)點，并且隨著工業(yè)機器人技術不斷發(fā)展，沖壓機器人搬運系統(tǒng)的性能也在不斷提高。

機器人搬運系統(tǒng)在沖壓自動化生產(chǎn)線上的運用

在采用機器人搬運系統(tǒng)的自動化沖壓生產(chǎn)線上，機器人主要完成板料拆垛、各工序壓力機之間的沖壓工件傳送、線尾工件輸出等工作。通過PLC控制系統(tǒng)的協(xié)調，機器人與壓力機之間，上下料機器人之間，機器人與輸送設備之間具有準確可靠的運動協(xié)調關系，各機器人的功能布局如圖1所示。

圖1 沖壓機器人搬運系統(tǒng)功能布局

機器人直線七軸技術的介紹

用于沖壓生產(chǎn)線的工業(yè)機器人，從國內已經(jīng)投產(chǎn)的自動化沖壓生產(chǎn)線來看，大部分為標準六軸工業(yè)機器人，其優(yōu)勢在于采購成本較低，柔性化程度高，后期維護簡便。但六軸工業(yè)機器人因為運動姿態(tài)的限制，沖壓工件在從上一臺壓力機向下一臺壓力機傳遞過程中，沖壓工件必須進行180度的水平旋轉，這就導致機器人運動軌跡復雜，沖壓工件在旋轉過程中容易脫落等問題，這就限制了機器人的運行速度，進而限制了生產(chǎn)節(jié)拍的提高。沖壓工件的水平旋轉動作，需要較大的空間，尤其在搬運“車身側圍”等大型沖壓件時，這個問題更加明顯。這就導致前后工序壓力機之間的間距較大，增加了生產(chǎn)線的占地面積，進而增加廠房基建投資。

機器人直線七軸技術正是為了克服標準六軸工業(yè)機器人的上述問題而開發(fā)來的，其基本原理就是在機器人第六軸的法蘭盤上增加外部軸平移裝置，該裝置配置有獨立的伺服電機和編碼器，通過電纜接入機器人控制電柜內，由機器人的控制系統(tǒng)協(xié)調該直線七軸裝置與機器人的其他六個軸的協(xié)調運作，如圖2所示。

圖2配置直線七軸裝置的工業(yè)機器人

通過在機器人第六軸上加裝直線七軸裝置，實現(xiàn)工件在前后壓力機之間的平行移動，大大簡化了機器人的搬運軌跡，不僅可以提高生產(chǎn)效率，還可以節(jié)省空間，如圖3所示。

圖3沖壓工件在前后壓力機之間搬運過程中的平行移動

采用直線七軸技術的機器人沖壓生產(chǎn)線規(guī)劃時的注意事項

在多個沖壓自動化生產(chǎn)線建設項目中采用了配置直線七軸技術的工業(yè)機器人搬運系統(tǒng)，積累了一些經(jīng)驗，其中規(guī)劃期間的經(jīng)驗重點總結如下：

①如何選擇前后壓力機之間的中心間距；

②如果選擇壓力機滑塊行程和模具開口度；

③有效的防碰撞措施。

前后壓力機的中心距的選擇

采用直線七軸技術的工業(yè)機器人對運行空間的要求不高，當首臺壓力機噸位不小于2000噸，壓力機工作臺前后寬度設定為2500mm時，前后壓力機之間的最小間距可以設定為約5800mm，間距越小，對節(jié)拍的提升肯定更好，但在實際規(guī)劃時，還需要綜合考慮以下三個因素。

如果生產(chǎn)線還需要配置“機器人自動更換未端執(zhí)行器”功能，當壓力機中心距過小時，必然會導致前后壓力機的立柱之間沒有足夠的空間，無法實現(xiàn)機器人原地轉身到機器人底座后方來更換未端執(zhí)行器，這就只能配置未端執(zhí)行器移載小車，會增加土建和設備投資，并降低設備的運行穩(wěn)定性。

配置未端執(zhí)行器移載小車，機器人底座也就不得不更換為門型底座，這又會導致前一臺壓力機的左后立柱和后一臺壓力機的左前立柱，與機器人的底座距離很近，壓力機立柱上的維修門將難于打開。

壓力機中心距過小，壓力機底座前后就沒有足夠的空間用于配置維修平臺，給布置在壓力機底座下的工作臺夾緊頂起油缸的維修帶來困難，降低壓力機以后的維修方便性。

壓力機滑塊行程和模具開口度的的選擇

當生產(chǎn)線采用直線七軸技術，在進行壓力機和模具設計時，滑塊行程和模具開口度可以按照以下原則進行設定。

圖4模具開口度的設定示意

如圖4所示：G = A + B + C + D

A 零件厚度 （單位 mm）

B 下模安全距離：50mm

C 直線七軸裝置 +端拾器 厚度 ：250mm

D 上模安全距離：50mm

模具的有效開口高度必須要大于G，機器人才可以順利的將沖壓件從模具內送入或取出。

當模具的有效開口高度小于G時，則需要對模具和沖壓件進行具體分析，才能確認該沖壓件是否能在該沖壓線上生產(chǎn)。

有效的防碰撞措施

直線七軸工業(yè)機器人，在進行沖壓生產(chǎn)過程中，直線七軸裝置要伸入到模具型腔內進行上下料，所以在軟硬件系統(tǒng)上必須采用以下有效措施來減少發(fā)生碰撞的風險。

①在壓力機控制系統(tǒng)中，設置合理的保護角度，并留出足夠的滑塊制動距離；

②當壓力機滑塊運行的行程次數(shù)發(fā)生變化時，自動取消“下料機器人的提前進入取料”和“壓力機滑塊提前下行”的優(yōu)化動作 ；

③當下料機器人的速度設定低于100%時，自動取消“上料機器人的提前進入上料”的優(yōu)化動作；

④當上料機器人的速度設定低于100%時，自動取消“壓力機滑塊提前下行”的優(yōu)化動作；

⑤當壓力機滑塊在上行過程中突然停止時，立即自動停止“下料機器人的運行”；

⑥當下料機器人在模腔內取料過程時，如果因故障突然停止，應立即停止上料機器人的運行。并且故障排除后，必須手動將下料機器人移出模腔后，再啟動生產(chǎn)循環(huán)。

⑦全線自動換模時，第一個流程必須是全部機器人先回HOME位，然后才允許壓機工作臺開動。

⑧全線自動換模時，必須是在壓力機的換摸流程全部完成后。由人工確認后，按下“生產(chǎn)線循環(huán)啟動按鈕”，才允許機器人運行到“等待下料位置”。

⑨在壓力機上增設一個檢測滑塊位置的絕對值編碼器，并與壓力機自身的滑塊角度編碼器信號進行實時對比，如果出現(xiàn)偏差，立即停止滑塊和機器人的運行；

⑩在直線七軸裝置的兩端配置橡膠防撞塊，當發(fā)生輕微碰撞時，保證七軸本體不會損壞 。

通過機器人直線七軸技術在多個項目中的實際應用，對該技術的優(yōu)點總結如下：

（1）工件在生產(chǎn)過程中始終保持平行移動，無須旋轉。這有益于提高工件在上下工序壓力機之間的傳送速度，進而提高生產(chǎn)線的效率，尤其是在生產(chǎn)“車身側圍”等大型覆蓋件時，優(yōu)勢更明顯。

（2）工件在上下工序壓力機之間傳遞時保持平行移動方式，可以使大型工件在較小的空間內傳遞，減小壓力機之間的間距，也就減少整條沖壓線在廠房內的占地面積，進而降低廠房的建設成本。

（3）采用直線七軸技術的機器人搬運系統(tǒng)適應性強，柔性化高，小至輪罩，大至“車身整體側圍”等沖壓件均可以全自動高效生產(chǎn)。

（4）配合大型機器人，直線七軸裝置的有效負載能力強。例如配置直線七軸技術的機器人選用的是ABB IRB7600 325/3.1型機器人，直線七軸裝置端部的負載能力可以達到90Kg。減去未端執(zhí)行器和“未端執(zhí)行器快換夾具”的質量，還可以提供至少60Kg的負載能力給沖壓工件，這已經(jīng)遠遠超過了一般轎車和SUV的整體側圍沖壓件的質量。

機器人直線七軸技術存在的局限性

（1）基于承載能力的考慮，直線七軸裝置的長度是有限制的，這就對前后壓力機的最大中心距存在限制。一般情況下，前后壓力機中軸線之間的間距不能大于8.5m。如果是老式手動沖壓生產(chǎn)線改造，前后壓力機中心距大于上述數(shù)值，將無法采用機器人直線七軸技術。

（2）沖壓生產(chǎn)過程中，直線七軸裝置是需要伸入到壓力機模腔內的，如果發(fā)生機器人與機器人、機器人與模具的碰撞，可能造成七軸裝置的損壞，直線七軸裝置的修復難度較大。

隨著我國汽車市場競爭的不斷加劇，汽車的制造成本和品質成為各汽車制造廠家角逐市場的先決條件，因此，采用機器人搬運系統(tǒng)進行沖壓生產(chǎn)是降低汽車制造成本，提高車身制造品質的重要手段。機器人直線七軸技術更是充分發(fā)揮了沖壓機器人搬運系統(tǒng)的優(yōu)勢，將高柔性，高效率，低投入的特點更推進了一步。