用 '方蜀漢相攻, 權在將軍, 舉足左右, 便有輕重' 來形容夾持和抓取系統在構建無人化, 柔性化, 全自動化生產線中的作用並不為過. 在位於塞上江南銀川的寧夏小巨人有限公司工廠內, 有五條正處於預驗收階段的全自動化生產線就將雄克(SCHUNK)產品的這一特質詮釋得淋漓盡致.
該自動化生產線是廣汽乘用車與馬紮克合作項目的一部分, 此項目處於預驗收階段, 預計將於2017年底完全交付. 鑒於廣汽傳祺系列乘用車截止到目前, 已經創造逾50萬輛的銷售新高, 該項目順應而生. 在該項目的競標中, 寧夏小巨人機床有限公司以其強大的產能(產能1500台/年)與性價比更優的設計方案最終拔得頭籌. 項目主要由小巨人生產的FF-5000高速臥式加工中心74台, VCS430A高速立式加工中心18台, MRT桁架機器人以及FANUC機器人9台組成, 整體項目具備柔性生產能力. 為實現生產線的快速換型, 夾具, 手爪採用快換模組, 包括雄克零點定位系統18對, 負載150 kg的快換機器人側9個與工具側27個, 機械手64個. 生產線採用了近400把HSK-A 63液壓刀柄, 以實現對關鍵孔的精加工及刀具的高精度快速切換. '這是雄克首次為國內汽車行業的單個項目提供如此大批量的液壓刀柄. ' 雄克精密機械貿易(上海)有限公司銷售經理朱建坤先生表示. 縱觀雄克的發展曆程不難發現, 液壓刀柄有著舉足輕重的地位, 而今雄克成功地將其推向全球市場, 並實現了液壓刀柄的產業化.
雄克機器人快換裝置
除了液壓刀柄, 雄克的夾持技術和抓取系統在該項目中得到了良好運用, 正因如此, 本文開頭所提到的全自動化生產線才得以實現高度柔性化與無人化. '在以前倘若要加工不同工件, 更換夾具大概需要1——2天, 現在不僅可以實現0.5 h單元化換型, 而且還可以達到微米級的定位精度. ' 朱經理說道. 隨後, 在該生產線的總設計師李玉榮先生, 同時也是寧夏小巨人機床有限公司工程技術部的專家級工程師的帶領下, 筆者有幸近距離接觸到這條生產線.
雄克夾持技術和抓取系統在加工中高效配合
據李專家介紹, 此次項目涉及兩個變速箱殼體(自動變速, 手動變速)生產線, 兩條發動機缸體生產線, 一條連杆生產, 每條生產線可進行5種不同零件的柔性生產, 其中殼體, 缸體線從上料到成品無需任何人工操作(幹涉), 完全實現了柔性化, 無人化的全自動化生產. 生產線採用AB線體模式布線, 殼體採用地軌式機器人上下料, 缸體線採用桁架機械手式上下料, 生產布線中根據需求設置機器人快換, 機械手及夾具子板等待命工位的設計.
圖1 機器人通過零點定位系統抓取夾具子板
為了滿足客戶在一條自動線上實現多品種相容生產的要求, 機器人配置了兩種抓取機構: 分別用於抓取工件和夾具. 不同品種的工件對應的夾具不同, 因此夾具體被設計成子母板結構, 有統一的夾具母板, 多個夾具子板對應不同品種的工件. 更換夾具子板時, 機器人使用的夾具抓取機構配置了雄克VERO-S零點定位雙模組, 與夾具子板上的定位銷配合夾緊, 使其快速移至機床內部. 機器人抓取機構的互換由雄克SWS快速換手裝置實現, 由零點定位系統實現不同夾具子板與母板的快速更換, 定位和鎖緊. 小巨人機床有限公司自動化事業部專家級工程師吳衛天先生對此進行了詳細介紹. 實際上, 此項目生產線投入生產能夠實現過程能力1.67的工藝能力, 綜合開動率達到88%以上, 這是一個綜合多方面因素共同努力的結果. 其中廣汽乘用車發動機工廠高效管理是保障, 小巨人生產的高精度, 高可靠的設備是基礎, 當然雄克的產品和技術同樣起到了關鍵的作用. 現在只需一鍵切換即可更換夾具, 完全替代了之前需要人工操作的部分, 實現了全線的無人化, 柔性化, 自動化以及運行的穩定性和可靠性, 從而提升了生產效率與產能.
圖2 變速箱殼體生產線
實現微米級定位精度
整個加工過程非常連貫, 這得益於機床, 機器人與夾具間的完美配合, 來自於雄克的機器人快換, 零點定位系統以及機械手的靈活銜接和精準定位. '快換機器人側和工具側就像是按扣連接方式一樣……實現電, 氣對接, 鎖緊. ' 李專家通過形象的比喻向筆者描述雄克SWS換手裝置的工作方式, '機器人快換可以快速切換機械手, 工具端和其他執行器等, 能夠大幅減少, 甚至完全取代手動操作. ' 朱經理補充說.
圖3 雄克二指機械手和三指機械手正在抓取工件
在切換夾具板的過程中, 雄克的零點定位系統起到了類似機械手的抓取作用. 通過VERO-S零點定位系統, 只需要一次操作就能實現定位和夾緊, 並達到微米級的定位精度. 這將有效縮短工件的裝卡時間, 從而提高機床利用率, 更提高了單批次的生產合理性. 尤其是在多品種工件的生產情況下, 具有明顯的成本優勢, 最多可以縮短90%的工藝輔助時間. 朱經理表示: '零點定位系統融合了兩種基本功能, 通過定位銷實現中心定位;通過兩個夾持滑塊實現鎖定, 是機床精度和成本的完美結合. '
而在抓取工件時, 為限制工件運動自由度, 即避免過定位與轉動, 二指和三指機械手需同時抓取工件. '這個項目選用PGN-plus二指和PZN-plus三指機械手, 該系列採用了雄克專利的多齒導軌, 可以獲得更大的抓取力和更高的力矩. ' 朱經理介紹道, '項目中選用了防塵和密封設計, 根據具體需求還可以提供耐高溫, 耐腐蝕的機械手選型. '
在這個項目中, 小巨人公司使用了馬紮克專為汽車零部件批量生產設計研發的高速臥式加工中心FF-5000. '該機床系列結構緊湊, 具有高速進給速度和高加速度, 從而減少輔助時間, 同時設備具備A軸, B軸, AB軸選項選擇, 即同規格設備3種機型拓展. 生產線採用A軸, B軸設備組合, 減少零件轉換姿態, 減輕機器人或機械手零件姿態進行的設計結構負擔, 可靈活調整生產線的機械布局, 簡化相容性設計, 優化自動化機器人或機械手執行結構. 這都是FF-5000系列化設計的功勞, 為生產線而生. ' 李專家介紹說道.
圖4 雄克為該項目提供了大批量的HSK-A 63液壓刀柄
暢談未來合作
不斷縮短的產品生命周期, 快速擴展的產品種類和日益提高的精度要求, 以及不斷增長的成本壓力都在影響著現代生產. 在回憶當初選擇雄克作為此次項目的合作夥伴時, 李專家表示: '雄克能夠準確把握機械領域夾持需求的方向, 完全滿足現今產品更換周期較短的需求, 還可以將技術人員所想甚至未想到的想法變為現實, 而且在夾持技術和抓取系統領域頗受客戶青睞. ' 豐富的標準模組程序, 定製解決方案方面的寶貴經驗, 以及只有雄克可以提供的夾持技術和夾持系統的獨特結合, 為用戶帶來了巨大的利益.
其實, 馬紮克與雄克之間一直以來都保持著良好的合作關係, 汽車行業更是雙方都關注的重點. 擁有共同的客戶群體, 這必然驅使兩者之間的合作越來越緊密. 談及未來的合作前景, 李專家表示: '現在的機械加工行業對自動化的需求越來越高, 而雄克在夾持技術和抓取系統領域擁有非常全面的體系, 其產品的精度與耐用性在業內首屈一指, 相信未來我們會有更為深入的合作. '