2017/12/22
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夹具自动化 一键切换 快而精准
用“方蜀汉相攻，权在将军，举足左右，便有轻重”来形容夹持和抓取系统在构建无人化、柔性化、全自动化生产线中的作用并不为过。在位于塞上江南银川的宁夏小巨人有限公司工厂内，有五条正处于预验收阶段的全自动化生产线就将雄克(SCHUNK)产品的这一特质诠释得淋漓尽致。
该自动化生产线是广汽乘用车与马扎克合作项目的一部分，此项目处于预验收阶段，预计将于2017年底完全交付。鉴于广汽传祺系列乘用车截止到目前，已经创造逾50万辆的销售新高，该项目顺应而生。在该项目的竞标中，宁夏小巨人机床有限公司以其强大的产能(产能1500台/年)与性价比更优的设计方案最终拔得头筹。项目主要由小巨人生产的FF-5000高速卧式加工中心74台、VCS430A高速立式加工中心18台、MRT桁架机器人以及FANUC机器人9台组成，整体项目具备柔性生产能力。为实现生产线的快速换型，夹具、手爪采用快换模块，包括雄克零点定位系统18对、负载150 kg的快换机器人侧9个与工具侧27个、机械手64个。生产线采用了近400把HSK-A 63液压刀柄，以实现对关键孔的精加工及刀具的高精度快速切换。“这是雄克首次为国内汽车行业的单个项目提供如此大批量的液压刀柄。”雄克精密机械贸易(上海)有限公司销售经理朱建坤先生表示。纵观雄克的发展历程不难发现，液压刀柄有着举足轻重的地位，而今雄克成功地将其推向全球市场，并实现了液压刀柄的产业化。
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雄克机器人快换装置
除了液压刀柄，雄克的夹持技术和抓取系统在该项目中得到了良好运用，正因如此，本文开头所提到的全自动化生产线才得以实现高度柔性化与无人化。“在以前倘若要加工不同工件，更换夹具大概需要1——2天，现在不仅可以实现0.5 h单元化换型，而且还可以达到微米级的定位精度。”朱经理说道。随后，在该生产线的总设计师李玉荣先生，同时也是宁夏小巨人机床有限公司工程技术部的专家级工程师的带领下，笔者有幸近距离接触到这条生产线。
雄克夹持技术和抓取系统在加工中高效配合
据李专家介绍，此次项目涉及两个变速箱壳体(自动变速、手动变速)生产线、两条发动机缸体生产线、一条连杆生产，每条生产线可进行5种不同零件的柔性生产，其中壳体、缸体线从上料到成品无需任何人工操作(干涉)，完全实现了柔性化、无人化的全自动化生产。生产线采用AB线体模式布线，壳体采用地轨式机器人上下料，缸体线采用桁架机械手式上下料，生产布线中根据需求设置机器人快换、机械手及夹具子板等待命工位的设计。
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图1 机器人通过零点定位系统抓取夹具子板
为了满足客户在一条自动线上实现多品种兼容生产的要求，机器人配置了两种抓取机构：分别用于抓取工件和夹具。不同品种的工件对应的夹具不同，因此夹具体被设计成子母板结构，有统一的夹具母板，多个夹具子板对应不同品种的工件。更换夹具子板时，机器人使用的夹具抓取机构配置了雄克VERO-S零点定位双模块，与夹具子板上的定位销配合夹紧，使其快速移至机床内部。机器人抓取机构的互换由雄克SWS快速换手装置实现，由零点定位系统实现不同夹具子板与母板的快速更换、定位和锁紧。小巨人机床有限公司自动化事业部专家级工程师吴卫天先生对此进行了详细介绍。实际上，此项目生产线投入生产能够实现过程能力1.67的工艺能力，综合开动率达到88%以上，这是一个综合多方面因素共同努力的结果。其中广汽乘用车发动机工厂高效管理是保障，小巨人生产的高精度、高可靠的设备是基础，当然雄克的产品和技术同样起到了关键的作用。现在只需一键切换即可更换夹具，完全替代了之前需要人工操作的部分，实现了全线的无人化、柔性化、自动化以及运行的稳定性和可靠性，从而提升了生产效率与产能。
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图2 变速箱壳体生产线
实现微米级定位精度
整个加工过程非常连贯，这得益于机床、机器人与夹具间的完美配合，来自于雄克的机器人快换、零点定位系统以及机械手的灵活衔接和精准定位。“快换机器人侧和工具侧就像是按扣连接方式一样……实现电、气对接、锁紧。”李专家通过形象的比喻向笔者描述雄克SWS换手装置的工作方式，“机器人快换可以快速切换机械手、工具端和其他执行器等，能够大幅减少、甚至完全取代手动操作。”朱经理补充说。
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图3 雄克二指机械手和三指机械手正在抓取工件
在切换夹具板的过程中，雄克的零点定位系统起到了类似机械手的抓取作用。通过VERO-S零点定位系统，只需要一次操作就能实现定位和夹紧，并达到微米级的定位精度。这将有效缩短工件的装卡时间，从而提高机床利用率，更提高了单批次的生产合理性。尤其是在多品种工件的生产情况下，具有明显的成本优势，最多可以缩短90%的工艺辅助时间。朱经理表示：“零点定位系统融合了两种基本功能，通过定位销实现中心定位;通过两个夹持滑块实现锁定，是机床精度和成本的完美结合。”
而在抓取工件时，为限制工件运动自由度，即避免过定位与转动，二指和三指机械手需同时抓取工件。“这个项目选用PGN-plus二指和PZN-plus三指机械手，该系列采用了雄克专利的多齿导轨，可以获得更大的抓取力和更高的力矩。”朱经理介绍道，“项目中选用了防尘和密封设计，根据具体需求还可以提供耐高温、耐腐蚀的机械手选型。”
在这个项目中，小巨人公司使用了马扎克专为汽车零部件批量生产设计研发的高速卧式加工中心FF-5000。“该机床系列结构紧凑，具有高速进给速度和高加速度，从而减少辅助时间，同时设备具备A轴、B轴、AB轴选项选择，即同规格设备3种机型拓展。生产线采用A轴、B轴设备组合，减少零件转换姿态，减轻机器人或机械手零件姿态进行的设计结构负担，可灵活调整生产线的机械布局，简化兼容性设计，优化自动化机器人或机械手执行结构。这都是FF-5000系列化设计的功劳，为生产线而生。”李专家介绍说道。
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图4 雄克为该项目提供了大批量的HSK-A 63液压刀柄
畅谈未来合作
不断缩短的产品生命周期，快速扩展的产品种类和日益提高的精度要求，以及不断增长的成本压力都在影响着现代生产。在回忆当初选择雄克作为此次项目的合作伙伴时，李专家表示：“雄克能够准确把握机械领域夹持需求的方向，完全满足现今产品更换周期较短的需求，还可以将技术人员所想甚至未想到的想法变为现实，而且在夹持技术和抓取系统领域颇受客户青睐。” 丰富的标准模块程序、定制解决方案方面的宝贵经验，以及只有雄克可以提供的夹持技术和夹持系统的独特结合，为用户带来了巨大的利益。
其实，马扎克与雄克之间一直以来都保持着良好的合作关系，汽车行业更是双方都关注的重点。拥有共同的客户群体，这必然驱使两者之间的合作越来越紧密。谈及未来的合作前景，李专家表示：“现在的机械加工行业对自动化的需求越来越高，而雄克在夹持技术和抓取系统领域拥有非常全面的体系，其产品的精度与耐用性在业内首屈一指，相信未来我们会有更为深入的合作。”
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