我国冲压自动化机器人的发展及其在产业中的应用

李元兴

我国冲压自动化机器人的发展及其在产业中的应用

李元兴

李元兴，曾在甘肃电气工业公司、美的微波炉、格兰仕工作22年，历任美的微波炉配件工厂厂长、模具公司总经理，格兰仕集团模具部副部长，2012年创办佛山市鼎峰机器人有限公司，2014年创办广东捷瞬机器人有限公司。

冲压在制造业中占比很大，汽车75%的零部件是五金，家电60%是五金，另外，3C（计算机、通信、消费电子）行业中冲压所占比例也很大。我国2000年之前，冲压都是手工生产，模具技术落后，只有5%-10%采用连续模自动化生产方式（以卷料或条料的形式，将原单工序模具复合在同一料带，用大吨位冲压设备生产，效率、品质、稳定性和安全等方面已经前进了一大步），但受到零件形状、材料利用率、模具成本诸多因素的影响，适合于连续模生产的零件并不多，见图1。

图1　连续模生产方式

我从2003年加入美的微波炉，当时美的微波炉正处于起步阶段的关键时候，我亲自主导了将转盘电机支架（一出四）、波导管（一出三）、磁控管支架（一出二）、腔体零件“四大件”由原来的三、四工程模，发展到当时的一台机一付模生产，且生产效率由原来的14次/分，提高到28次/分，且大大降低了人为品质不稳定的隐患。真正做到了一边送进卷料，另外一边出微波炉成品。

1　冲压生产方式发展

在2000年以后，随着产品产量的增多，尤其家电行业，一副模具装上去一两个月不下来，而量大就能上自动化项目了，因此，企业就开始引进日本先进生产方式——连杆式冲压生产方式（见图2）及二、三次元送料生产方式（见图3）。

图2　连杆式冲压生产方式

1998年，国内一些冲压厂开始引进国外连杆线；1999年美的风扇厂引进了日本Adia第一条连杆生产线；2001年格兰仕引进韩国4条连杆生产线；后期国内企业更多地采购台湾连杆生产线。随着采购量增多，中国台湾、日本相关企业在我国陆续设立了工厂。

进口关节机器人之所以没有大面积运用在冲压行业，是因为当时成本高（30-50万/台），且生产效率低（比人工降低了一半），没人操作（开机人员需到国外培训），投入回报太长等。但一些大件生产，因用人太多，且不安全，人工生产效率也不高，因此也有所采用，但是很少，像汽车覆盖件等。

图3　二、三次元生产方式

随着人工成本越来越高，工资从2000年1500元/月到2006年2500元/月，现在4000元/月，且随着产品零件量日益增大和复杂，冲压行业迫切需要一种更加柔性的自动化生产方式。

原鼎峰的合伙人——摆臂机器人的发明人付国荣及其团队，从冲压工艺、冲压设备入手，研发出专供冲压行业使用的摆臂机器人。该机器人适应度很广，柔性很强，无论是油压、齿轮冲床或气动冲床，且无论吨位大小、机台高低，无论工序多少，都可随意连接、自由组合。此外，摆臂式机器人成本低、效率高，彻底杜绝了安全事故，无论新旧模具，只要花很低的成本，改变定位方式和导柱，就可以使用，不像连杆线及二、三次元需新买冲床、新开模具。摆臂机器人是冲压界一次革命。

图4　摆臂式生产方式

2　摆臂机器人介绍

摆臂机器人，其结构可说成是带水平旋转的直角坐标式或圆柱坐标式，甚至极坐标式都可以，一般四到五轴即可满足生产。冲压摆臂的精度并没有像焊接那么高的要求，因为有模具导向钉和内外定位，定位精度一般在±0.2-±0.5㎜都可以满足要求。

目前在行业中，摆臂机的驱动方式主要有电机、气动和液压三种驱动形式。电机占绝大多数，且以步进电机（系统繁琐、脉冲易丢步）和伺服电机+编码器为主（普通增量型，绝对值伺服系统，不需找原点，自动回原点）。在控制方式方面，配置由低级到高级分别为运动控制卡、可编程PLC控制器（大众化、现有插补）及运动控制器（如安川、台湾新代）。传动方式配置由低到高依次分别为同步带加导轨、齿轮齿条、丝杆加导轨三种形式。减速机主要有谐波减速机（如日本HD哈默纳克、绿的，轻载、精密度高）、RV减速机（如日本帝人、中国台湾村田）、行星减速机（大众化）及涡轮蜗杆减速机4种。

图5　独立式生产方式

首创的摆臂机器人在2013年申请了国际PCT专利，目前，捷瞬摆臂机器人将向着13~18次/分更加高效、稳定的技术领域和视觉检测、远程控制等智能安全保护领域的方向进行发展。

捷瞬公司在冲压自动化领域拥有完整的行业产品线，即连续模、二/三次元、关节机器人、摆臂机器人、独立式、连杆式机械手等，而且可以根据客户现场，量身定做一些应用。如：将导轨固定在冲床床身上，机械手从上往下抓取，节省空间，方便换模等，这些都是带有前沿科技的创新。

捷瞬还在研发机械手和冲床合二为一的革新性产品，将自动化与冲压紧密结合，大大节省空间，有效降低成本，此款产品预计今年底上市。此外，独立自主研发的独立式机械手，可用于电视机背板1500mm×950mm×0.8mm最大15kg的自动化生产，效率7次/分，配置三菱光纤、伺服电机驱动、远程控制器，左右齿轮齿条配合上下丝杆导轨精密传动方式，大大弥补了摆臂机的不足，有效延伸了公司产品线。

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3　人才培养

冲压自动化市场很大，从这两年才刚刚开始发展，在广东省260万冲床市场中，自动化普及率不到8%。冲压比冷塑自动化难度大，因工序多，机台模具料架相连，要求协调生产。因此，操机人员要有一定的机台维护自动化知识。我们发现，出机到客户端生产不顺，与开机人员水平有很大关系，因而这个行业对技术型人才需求量很大。基于此，公司成立了捷瞬学院，给客户、社会培养自动化实际操作人才。