机器人热板冲压搬运系统应用分析

机器人热板冲压搬运系统是专门为冲压机配套打造的专业系统，不但可以将作业人员从高强度、低效率、危险且恶劣的环境中解脱出来，还可以提高生产效率和产品质量，降低成本，提高经济效益。该系统由工件上料定位台、顶升机构、视觉定位系统、光源、机器人系统、机器人底座、夹具、夹具支架、快换系统、下料输送台、料框和控制系统等组成，配合冲压机、加热炉组成一个工作站，可以实现热板的自动上下料和冲压成形。

工作流程

该工作站的工作流程如下：加热炉加热钢板后输出→上料定位台启动，将钢板输送到上料定位台末端→顶升机构将工件顶起→视觉定位系统对工件进行拍照、分析和定位，并将工件位置信息发送给机器人→机器人接收信号后，根据预先编好的程序，利用夹具将工件搬运至冲压机模具指定位置，机器人退出并发送信号给冲压机→冲压机接收信号后，将工件冲压成形，完成后，发信号给机器人→机器人将冲压成形的工件搬运至料框→然后重复前面的工作过程→料框装满后，下料输送台将料框输出→人工将料框吊走，换上一个空料框→循环往复实现自动生产。为保证连续生产，该工作站设有两个下料输送台，一个料框输出后，另一个料框输入。

机器人系统

1.系统组成及选用

该系统机器人采用kuka、fanuc、abb、YASKAWA机器人，由机器人本体、控制柜和示教器组成，其平均无故障率的周期超过70000h。所选机器人作为全球知名品牌，应用领域广泛，具有系统稳定、易于操作和维护管理方便等诸多优点。举例KUKA机器人选用铸造版KR210L180-2F型号，有效负载180kg，工作半径2900mm，重复精度±0.06mm，防护等级为IP67，完全满足现场粉尘工况要求。

2.工具快换装置

具有专利技术的锁紧机构，拥有多重锥面的凸台，无弹簧设计的气体压力丢失防护功能使产品在稳定性、可重复性、强度和安全性方面与同类产品相比优势更加突出，工具快换装置在行业内甚至有超过15年无故障应用的记录；同系列、不同载荷的工具快装置具备互换功能，可模块化设计，减少备件购买数量，提高产品应用的延续性，最大程度降低客户的长期使用成本。

3.夹具支架

夹具支架由底座、定位销、盖板、气缸、密封垫和检测开关等组成，用来存放由快换装置更换下来的夹具。该存放支架具有定位、检测以及保护装置。

4.夹具

由多种通用和专用夹具组合来满足多种工件的抓取，既实现了通用性要求又满足了专用性要求。夹具采用标准气动元器件作为夹紧动力，简化结构的同时增加了可靠性，采用了防护罩隔绝辐射热，高温隔热垫隔绝传导热，保证气动元器件和电气元器件的正常工作，从而保证夹具的可靠性和使用寿命；辅以快换装置，实现夹具的快速自动更换；夹具的更换由程序自动控制，不需要人为干预，如果需要增加工件的品种，可以通过修改程序来完成，如果需要增加夹具只需将夹具放置在合适的位置即可，扩展性很好。

5.视觉定位系统

视觉定位系统由镜头、信息处理系统、光源、背景板、安装支架和防护装置等组成，配合定位台实现对工件的定位。视觉定位误差不超过±1mm，角度误差不超过±1°；定位时间不超过150ms。该系统为国内首创单镜头、大视野视觉定位系统。

6.上料定位台

上料定位台由支架、滚筒、顶升机构、背景板、驱动电动机和检测开关等组成，配合视觉系统实现对工件的定位。因工件是经过加热炉出来的，温度达600℃以上，所以所有部分都要考虑高温防护问题。滚筒部分采用滚轮结构，减少了与钢坯的接触面积，减少热传导；增大了滚轮轴与钢坯的距离，减少了热辐射；滚轮轴承采用耐高温轴承和高温润滑脂，以保证滚轮的正常工作。顶升机构采用顶升杆与钢坯接触，减少了与钢坯的接触面积，减少热传导；增大了顶升气缸与钢坯的距离，减少了热辐射；顶升气缸与钢坯间装有背景板，减少了钢坯对顶升气缸的热辐射，并作为视觉定位的背景；顶升杆与气缸上安装板连接部分装有耐高温隔热垫，减少了热传导，保证气缸及气缸磁性开关的正常工作。

7.下料输送台

下料输送台由输送平台、无杆气缸、支架、直线导轨滑块和液压缓冲等组成，实现工件料框的输送，结构简单、维护方便。输送平台除了输送料框外，还可以遮挡高温工件对无杠气缸和电气元器件的辐射；输送平台与无杆气缸之间的连接部分装有耐高温隔热垫，可以基本隔绝传导热。无杆气缸和直线导轨滑块分别起驱动和导向作用，结构简单可靠、控制方便。

8.料框

料框采用通用性设计，更换工件种类只需更换料框内的限位块，换型方便，大大减少了料框的数量，降低使用成本。

系统效益

1.人工方面

原来每天两班，每班需要配4个人，生产节拍是3min/件；现在的节拍是2min/件，每班1个人。这样一天就节省了10个人的人工成本，若每人按工资加保险5000元/月计算，一年节省的人力成本就是60万元。

系统总的能耗小于15kWh，一年的电费为64800元。像这样一套系统每年的折旧费约20万元，而且几乎没有备件费用，这样每年能节省成本近34万元。

2.材料方面

因人工放置偏差较大，为不造成废品，钢板留的切割余量较大，改用机器人搬运系统后，大大提高了钢板放置的准确性，经测试，周边平均余量减少约20mm，钢板若按1500mm×1000mm×8mm计算，每个工件节省钢材重量为7.8×103×（1500×1000－1460×960）×8×10－9＝6.14016kg。生产节拍按2min/件，一天按两班15h，一年按240个工作日，可生产的工件数量为：30×15×240＝108000个，节省的钢材重量为6.14016×108000＝663137.28kg≈66.3t，每吨钢材按5500元计算，节省的材料费约36万元。如果钢板尺寸更大、更厚，或者产能更大，节省的材料费将会更多。

3.总的经济效益

系统每年总的经济效益为70万元，所以投资改造这样一个项目是非常划算的。

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