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    當今社會,由于能源和資源的限制性,減少碳排放已經成為社會共識. 建立綠色節約型社會生活方式越來越成為企業的發展趨勢. 在我國,隨著汽車產業的迅速發展,其對環境的影響越來越引起人們的重視.據有關測算證實,平均大約70%的油耗是由于汽車本身的重量而產生的.因此,人們在嘗試用鋁板來代替鋼板構成車身.鋁板不但重量輕可節省油耗,同時還具備散熱性強有助于延長車身零部件壽命等優點.

    從20世紀80年代末，世界上歐、美、日等多家汽車生產廠加強了對鋁制汽車車身的研究，并取得了令人鼓舞的成就。1995年德國奧迪公司首先開始批量生產鋁制車身，把車身用鋁的研究推向了高潮，鋁合金在整車使用材料中的比例逐年提高.現在, 利用鋁板來逐步代替構成汽車車身的鋼板被越來越多的汽車廠商作為提高汽車綠色含量的現階段重要途徑.當然,這種鋁板的機械特性需要滿足與鋼板相當的剛性和尺寸穩定性. 不可否認,構成汽車車身的覆蓋件由于輪廓尺寸較大且具有空間的不同形狀. 所以,在短時間內,只能是局部車身零件能完全被鋁板代替.

    另一方面,由于目前的汽車沖壓生產線大多采用自動化上下料,不可能專為鋁板的生產投資一條生產線, 所以如何利用已有的沖壓自動化生產線來進行鋁板的自動化生產,而且能夠保證與鋼板生產相媲美的生產效率.是一個值得探討和創新的課題. 同時,面臨的難題還包括鋁板的自動快速拆垛.眾所周知,鋼板的拆垛分張利用的是磁性相斥的工作原理.這一原理不能用于鋁板的拆垛.目前,ABB利用其專利產品RotAx伺服旋轉第七軸和專用于沖壓車間的IRB6650型機器人成功集成了一種嶄新的鋼板與鋁板共存的沖壓生產線,經過一年多時間的實際生產驗證,各項工藝滿足了沖壓件質量的要求,生產線效率也達到了生產要求.

    改進前的鋼板拆垛系統

    原有的拆垛系統(圖1)為1998年12月ABB安裝調試完成的磁性皮帶配備垂直提升氣缸方式,集成利用了左右移動拆垛工作臺以實現不間斷生產換板料. 生產線平均節拍在10件/分鐘以上.

                        

                                                  圖1 鋼板拆垛系統

    改進后的鋼,鋁板拆垛系統

     圖2為經過改造后,增加了鋁板拆垛系統.通過對比可以看出,整線在增加了鋁板拆垛系統并沒有增加占地面積.由于替代皮帶機通過折疊式設計(當板料無需清洗時,只作為傳送單元)安裝在了原鋼板拆垛系統下方, 整個拆垛系統看起來更緊湊合理.事實證明, 在生產線的鋼板和鋁板生產之間生產轉換,只需要在總控臺同過生產模式轉換即可快速實現.


                

                                    圖 2 鋼,鋁板拆垛系統

    關鍵技術

    1. RotAx 伺服旋轉第七軸 .

     由于受空間所限,在拆垛速度必須滿足整線節拍的要求下, 如果利用傳統的六軸機器人和端拾器,由于板料的運行軌跡在進行180度旋轉時需要避讓鋼板拆垛系統部分結構, 故不能充分使用機器人的柔性速度.同時,可以看出,如果使板料在拆垛完成后以直線運動姿態進入替代皮帶機將會大大縮短運行時間. 而ABB機器人和其專利產品RotAx 伺服旋轉第七軸完全適應于這一要求.

                   

                                  圖 3 ABB Rotax 旋轉7軸

                   

                                        圖 4 實際應用


    區別于在機器人第六軸通過增加連桿機構實現附加第7軸, ABB RotAx 伺服旋轉第七軸是采用伺服控制，真正意義上的第7軸.借助于其360度的旋轉運動。在工序間傳遞板料時,能保持零件方向不變.它 不僅使端拾器布置靈活,而且操作編程簡便，另外,因為伺服軸與機器人完全融為一體.,可實現緊湊型生產線〔壓機間距離最小〕的設置.更重要的是,由于板料在傳遞時的姿態平穩, 機器人柔性的動力性能也由此發揮至最佳.自2006年首次在國內推出后,已經成功使用于多家國內外知名汽車廠商, 幫助其生產效率和產品品質得到了大幅提高.

    2. 鋁板分張:

     眾所周知,由于鋁板的非磁性特性, 采用同鋼板相同的分張方式, 即利用同極相斥的原理制造磁力分張器是不可行的. 通過考察當今汽車廠家,對于鋁板分張主要在采用以下兩種方式:

     2-1:吹氣分張: 通常直接與鋼板的磁力分張相結合, 如圖示, 這種設計優點是結構簡單,可以直接利用工廠氣源,只需通過增設一儲氣罐來滿足吹氣分張的瞬時耗氣量. 同時,在生產鋼板時,也可以作為其分張效果的輔助. 缺點是由于板料間普遍存在的油膜,致使雙料產生的機率大大增加. 從而使生產節拍得不到保證.

                         

                                                     圖 5 鋼板磁力分張

                   

                                                          圖 6 輔助齒鋸分張

     2-2:鋸條輔助+吹氣分張: 通過在端拾器上增加條形鋸條,即使板料間存在油膜,可以借助鋸條的細齒帶起最上面板料,同時進行吹氣. 這種工作方式的提高了板料分張的可靠性,生產節拍能在一定程度上得到保證.不足之處是由于鋸條在工作時,容易產生微細的碎鋁屑,一旦帶入模具,會給零件品質和模具帶來損失.或者,對于新的鋁板沖壓自動化線,可以考慮在對中前增加清洗單元.

                             

                                               圖 7 自動剝離分張示意

                       

                                                 圖 8 鋁板吹氣分張機構

    2-3. 在綜合考慮以上兩種鋁板分張方式后, ABB 通過改進機器人氣路附屬裝置成功開發研制了自動剝離+高壓吹氣的分張系統, 其具體工作原理如圖7 所示:

     借助于編碼器控制的升降拆垛臺始終將垛料上鋁板位置保持在工作高度, 機器人完成示教后吸盤每次在建立真空前首先由輔助提升氣缸將板料的四個直角部分提氣.同時空氣噴嘴吹出高壓氣體,在板料提氣直角部分和第二張板料間建立充氣層.與此同時,其它工作吸盤開始建立真空并最終將這張板料提起,在機器人第七軸的直線運動下將板料送至生產線.

    可以看出, 在調試中去協調優化各部分的工作時間和順序是成功分張的關鍵. ABB機器人制造車間工藝人員通過實驗,將復雜的氣路控制與機器人本身具備的附件氣路裝置成功集成在一起.這樣一來,既保證了端拾器功能的實現,又簡化了端拾器重量.對最終該系統達到生產線節拍要求創造了有利條件.

    結束語:

    該生產線成功的改進, 使其既能生產鋼板件,又能適應于鋁板生產.而且平均生產節拍均超過9次/分鐘(如果空間允許,經過進一步的軌跡優化,節拍可以達到11次/分鐘). 相信隨著汽車工業的發展,節能環保材料的廣泛應用, 配備ABB旋轉7軸的鋁板拆垛系統會有更多更好的應用.