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雄克更轻松、更灵活,伺服机械手为车轮生产带来新突破

国际金属加工网 2017年05月17日

小至 Smart,大至悍马,消费者对汽车的个性化需求越来越高,汽车生产商为了满足大众的需求,也不断推出新的车型,导致对车轮的生产灵活性要求随之倍增,这些轮胎在大小、重量、花纹、颜色等大量细节上,都存在差异。不仅如此,产品质量和安全要求也日益提高。

应对这样的挑战,位于德国达姆施塔特的申克(Schenck RoTec)公司安装了一条完整的车轮装配生产线,以期在符合最新质量和安全标准的前提下高效生产各种类型的轮毂和轮胎组合。针对平衡花纹的机器人辅助粘合作业,申克的平衡和诊断专家选择使用德国雄克 (SCHUNK)的高灵活度伺服机械手。

▲ 专为申克开发的雄克伺服电动车轮机械手,能够灵活抓取各类型轮胎,确保精确定位及过程监控

在粘合过程中,机械手会将不同的车轮置于粘合设备上方。与系统脉冲调谐的高精度粘合机器人会从环形配重线圈上截取一定重量的配重,并将其放置到轮辋上由平衡系统定义的精确位置。基于此,传感器可以监控接触压力,最大限度提高生产流程的可靠性。和手动或半自动平衡站相比,全自动系统可以将生产率提高了 30%,且确保了粘合牢固可靠,新的配重可以大大减少残余不平衡。

专为该应用设计的雄克机械手系统的核心元件是雄克 Delta 系列主轴线性模块,该模块可满足高力矩负荷线性运动的苛刻需求。其内置的双轮廓型材导轨能确保最大的刚性和精度,承受高负载自然不在话下。

▲ 申克公司希望尽可能消除车轮的残余不平衡。拥有高重复精度的雄克机械手对于实现这一目标功不可没。

为了提高这一超平滑模块的可靠性和使用寿命,雄克专门加装了一个固定的塑料封条,以保持导轨和驱动元件的清洁。可调模块具有极高的恒定输出力矩和误差仅为 +/- 0.03 mm 的高重复精度,且每个钳口的灵活行程为 285 mm。可以由操作人员对其进行自由编程,并配备不同类型的伺服电机,从而将其简单集成到现有的控制设计中。

结合机器人制造商生产的电机,它可以迅速、便捷地集成到机器人控制器中充当第七轴,就像申克所做的那样。除了定位机械手手指、进行在位监测之外,雄克抓取系统还能通过电流控制手指的抓取力。这样一来,可以在抓取过程中调节胎压,消除因轮辋空腔或阀门漏泄等因素造成的压力损失。

▲ 一旦发现车轮某处不平衡,单独定义的平衡块就会固定到粘合站。可以通过预先设置机械手手指来匹配不同尺寸的车轮,从而优化周期时间。

申克公司车轮生产线经理 Andreas Peinelt 认为,和传统的气动方案相比,机电式抓取系统具有相当大的优势:“我们选择了雄克的伺服电动机械手是因为它可以集成多种功能。通过接收由伺服驱动器发送的位置反馈,我们可以预先设置机械手手指的位置,从而实现周期时间的最优控制。保持力矩能确保车轮在紧急停机或防护门打开的情况下被牢牢抓住,不会掉落。”此外,和气动机械手相比,机电抓取系统更为小巧灵便,安装成本也低得多。

▲ 在全自动操作中,车轮机械手按随机顺序抓取各类车轮,并把它们精确地固定到粘合机器人上方。

虽然目前车轮平衡仍需通过人工方法实现(工人将不同大小的平衡块粘贴到标记的位置),但现代系统越来越趋向实施全自动化的解决方案。“没有哪名工人能连续 8 个小时以完全相同的接触压力贴装平衡块。这就是为何越来越多的原始设备制造商希望采用接触压力可验证、可记录的全自动化解决方案。”

据申克公司的专家估计,机器人技术和机电一体化是车轮生产的大势所趋,其原因在于,越来越多的车轮项目布局需求无法通过单纯的机械化解决方案实现。尤其在高端市场,客户巨细靡遗地要求个性化,这种趋势对整体车轮的影响比对任何其他汽车组件的影响都大。

“如果想在同一条生产线上混合生产各种独具特征的车轮,机器人和机电组件需要高度灵活,在最大化差异的同时实现最高层次的标准化。像这样的应用可以由两个机器人的全自动化方案或一个机器人配合工人的定制化方案来实现。”在后一种方案中,车轮会被机器人旋入,再由工人将平衡块粘贴到由激光标记定位的补偿点上。这种方式的优点在于符合人体工程学,车轮位置可以根据具体的工人身材而逐个调整。

此外,机电式机械手系统还具有较高的能源效率,磨损率也因能源链的精简而降低,而且能实施监控,在系统维护或瘫痪的情况下能快速切换模块,释放的噪音和颗粒更少,切断电源还能节约能源,并始终对生产过程进行记录。由于机电组件价格正大幅度下降,Andreas Peinelt 预测,机电式抓取系统的份额在未来几年内将明显扩大。

雄克公司提供功能全面的各种机械臂末端模块,共 4000 多个组件为定制化抓取解决方案创造了绝佳的先决条件。雄克平均每年实施 2000 多个标准及用户定制的抓取系统,并一直致力于拓展机电标准模块的产品种类。

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雷尼绍

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