史陶比尔工业机器人在汽车柔性生产线上的突破和解决方案
2014-6-29 来源：史陶比尔 作者：-
史陶比尔有着百年精密机械设计制造与高速运动控制的经验，汽车行业是史陶比尔工业机器人应用最多的行业之一。针对汽车行业需求，史陶比尔推行RX160L倒装方式龙门结构机器人柔性切割系统解决方案。如图所示，该系统从以下几个方面做出了重大突破：
突破一：大尺寸机器人宽幅面
采用RX160L机器人，2.05m的球型工作区域，切割台面宽度可以达到3m，一般汽车零部件尺寸都在RX160L倒装机器人工作区域内，有些大工件也可以通过移动平台来实现。工作台宽度超过昂贵的五轴机床，其他一般机器人都是非球型工作区域，所以实际切割中会遇到死角，迫使切割中断，重新起弧切入，这让汽车行业客户无法接受。
突破二：手臂重量轻，刚性好
史陶比尔采用整体铸造管状结构保持刚性；材料选用变形较小但重量轻的航空铸铝。RX160L机器人手臂重量只有250kg，而欧系相同手臂的机器人要达到400多kg或600多kg，非常不适合机器人柔性激光切割的需求。在实际的项目中也证明了这一点。
突破三：机器人的机械精度差异
机器人机械精度除了刚性差异外，最重要的差异在于机械传动的误差，而机械传动的误差主要体现在减速器上。一般机器人的减速系统都很庞大，而且都是采用普通减速器结构，齿轮间隙大，无法满足机器人柔性激光切割在汽车行业的需求。而史陶比尔采用的独特专利减速系统JCS，将公司100多年在精密机械上的经验技术成功应用于机器人上，高效而精确。这就是为什么史陶比尔比尔在小孔切割上得到客户高度认可的原因。
基于RX160L倒装的柔性解决方案适应于不同的产品和生产效率。
基本型解决方案为固定工作台面式的，其特点是占地面积小，通过机器人安全信号对产品分区，用户可以同时固定多个工件的工装夹具，只要集成安全系统可以保证，机器人可以在不同的工位切换，切割和上料不耽误，这也是最经济实惠的解决方案。这在汽车备件市场和很多批量较小的场合得到客户的青睐。
其他柔性解决方案是基于RX160L机器人的开放性展开的，通过不同形式的扩展轴和变位机构进行演变。比如单一平台大幅面型，双向双移动平台，单向双移动平台，移动平台上拓展单个或者旋转变位机进行联动同步切割。汽车零部件品种繁琐，工艺复杂，多机器人平台组可以很好适应汽车行业的需求；同时工件的上下料、转运、仓储都可以采用机器人来执行，充分利用了机器人柔性的特点，这样机器人柔性切割系统就演变成了多机器人协作集中控制平台。
五轴机床技术成功移植在机器人上
离线编程技术和自动生成工装夹具是机床行业得到推广的关键技术之一，这些技术在机器人领域的开发和成功应用，使得机器人柔性激光切割解决方案和汽车行业应用客户无缝链接。
传统的机器人编程方式是在线示教编程，示教编程本身费时费力，特别是汽车覆盖件或者管件，需要切割的都是复杂空间曲线，示教无法达到设计要求，即便降低要求示教成本也是客户接受不了的。机器人激光切割离线编程软件的应用使得编程时间大大缩短，而且不影响在线加工。如图所示。
高效率加工是五轴机床在汽车行业推广的一个重要因素，而目前大部分汽车厂商不接受机器人的最重要原因也是拿单个机器人的加工效率和五轴激光切割效率对比产生的。而我们认为效率是由集成方案优劣和集成经验决定的。很多集成商选用不适合激光切割的普通机器人，效率低下且效果差，影响了汽车行业用户对这个领域的认知，否定了机器人方案。我们提出的观点是优秀的集成商会选用高精度的机器人整合到精密的系统结构中，并根据不同的用户产品由基本型演化成不同的机器人柔性切割方案，可以采用单机、双机或多机和平台数量之间进行组合。
集成商集成能力高低决定最终切割效果和效率。德国JENOPTIK是史陶比尔的激光应用集成商，采用史陶比尔定制开发的TX90激光切割专用机器人、定制轻型切割头和独有的BIM（Beam-In-Motion）技术。该设备的小孔定位精度能达到± 50 mm，直线速度大于12m/min。如果产品产量比较高，JENOPTIK公司可以提供双机器设备或者多机器人解决方案。图片所展示的就是JENOPTIK定制的机器人正在进行热成型高强度钢切割，这在德国大众POLO车型上很早就得到了成功应用。
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