高端乘用車渦輪殼檢查線自動(dòng)化改造

王翠玲 谷春春

摘要：本文以某高端乘用車渦輪殼自動(dòng)檢查單元建設(shè)為例，通過自動(dòng)上下料改造方式，將現(xiàn)有人工上下料的氣密性檢查、尺寸檢查等工序通過引進(jìn)自動(dòng)化設(shè)備和工業(yè)機(jī)器人替代方式改造成自動(dòng)上下料，實(shí)現(xiàn)模塊化柔性制造單元，達(dá)到減少工人數(shù)量，增強(qiáng)過程穩(wěn)定性，集成化、低成本的效果。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化生產(chǎn)線;工業(yè)機(jī)器人;改造;檢查

中圖分類號：F407.471? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）11-0052-02

0? 引言

日益激烈的市場競爭促使各企業(yè)思考，如何提高產(chǎn)品的競爭力，提高自身在整體市場中的競爭力。隨著德國工業(yè)4.0理念的提出，國家智能制造2025等政策的推動(dòng)，自動(dòng)化、信息化等相關(guān)聯(lián)行業(yè)技術(shù)發(fā)展迅猛，其應(yīng)用場景和成熟的解決方案也在制造業(yè)內(nèi)廣泛滲透和拓展。傳統(tǒng)專用設(shè)備模式或人工生產(chǎn)的弊端愈發(fā)突顯，比如人工成本的增加、招工越來越難、產(chǎn)品生產(chǎn)的需求大、工件變化迅速、工傷等安全事故隱患等。在以上種種弊端下，許多企業(yè)開始思考轉(zhuǎn)型，并著重思考使用工業(yè)機(jī)器人等自動(dòng)化技術(shù)來解決制造業(yè)的生產(chǎn)難題。高端乘用車渦輪殼生產(chǎn)企業(yè)主要進(jìn)行渦輪殼的鑄造、生產(chǎn)加工、檢查、清洗、組裝等工序。其中，檢查工序根據(jù)產(chǎn)品具體的管控要求以及檢查類型存在外觀檢、螺紋檢、尺寸檢、氣密性檢查等類型。傳統(tǒng)生產(chǎn)組織往往是單人單工的作業(yè)形式，對人的技能要求以及紀(jì)律要求較高。但由于人工的隨意性與不確定性，生產(chǎn)效率不高，品控不穩(wěn)定，生產(chǎn)成本高。因此，嘗試使用工業(yè)機(jī)器人替代人對當(dāng)前生產(chǎn)線進(jìn)行自動(dòng)化改造，通過合理規(guī)劃工藝機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡，把自動(dòng)裝夾技術(shù)、先進(jìn)工藝裝備技術(shù)、系統(tǒng)總成控制技術(shù)組合起來，改變傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，取得較為可觀的成果。

1? 工業(yè)機(jī)器人概述

工業(yè)機(jī)器人是一種具有較大定位精度、可重復(fù)編程、多用途、多自由度、最典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品[1]，在搬運(yùn)、碼垛、噴涂、焊接、拋光、打磨、檢查等工業(yè)場景中匹配[2]。工業(yè)機(jī)器人按照總體結(jié)構(gòu)類型分，有圓柱坐標(biāo)型、直角坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)坐標(biāo)型、平面關(guān)節(jié)型（圖1）。其中，關(guān)節(jié)型機(jī)器人具有多自由度，運(yùn)動(dòng)靈活，構(gòu)造緊湊，占用空間少等特點(diǎn)，在工業(yè)中應(yīng)用較為普遍[3]。

2? 現(xiàn)有生產(chǎn)工藝分析

2.1 目標(biāo)產(chǎn)品? 本改造線目標(biāo)產(chǎn)品如圖2所示，產(chǎn)品為高鎳鑄造殼體，機(jī)加工后重量約2.36千克，外形為不規(guī)則異形件，最大外型尺寸約？準(zhǔn)150*120毫米。

2.2 工序內(nèi)容? 本改造線主要包含工序有外觀檢、螺紋檢、氣密性檢查、尺寸檢。傳統(tǒng)的作業(yè)過程以及人員配置情況如表1。

由表1可以看出，產(chǎn)線需要3名工人，兩班需要6名工人，如果使用了工業(yè)機(jī)器人替代人工，則可以減少人工數(shù)量，實(shí)現(xiàn)節(jié)約人工成本，同時(shí)使得產(chǎn)線品質(zhì)更加穩(wěn)定高效。

本改造線主要將尺寸檢、螺紋檢、氣密性檢查三個(gè)工序進(jìn)行自動(dòng)化改造，最終實(shí)現(xiàn)：外觀檢查（人工）→氣密性檢查及二維碼雕刻（自動(dòng)）→尺寸檢查（自動(dòng)）→螺紋檢測（自動(dòng)）→人工下料。根據(jù)需求部門要求，首次改造產(chǎn)線預(yù)留自動(dòng)螺紋檢測機(jī)位置及系統(tǒng)接口，后續(xù)設(shè)備開發(fā)到位后，并入本產(chǎn)線。

3? 改造技術(shù)方案

3.1 產(chǎn)線布局? 根據(jù)前期設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行產(chǎn)線的布局設(shè)計(jì)，經(jīng)過分析及演算，最終產(chǎn)線總體呈“品”字布置，見圖3。主要包含氣密性檢查機(jī)1臺(tái)、在線測量機(jī)1臺(tái)、擰螺紋機(jī)1臺(tái)、六關(guān)節(jié)機(jī)器人1臺(tái)、上料鏈板機(jī)1臺(tái)、下料機(jī)2臺(tái)、總控柜1個(gè)以及安全防護(hù)相關(guān)組件。

3.2 自動(dòng)線機(jī)器人動(dòng)作時(shí)序及節(jié)拍? 自動(dòng)線的節(jié)拍主要包含機(jī)器人上下料動(dòng)作，設(shè)備工作時(shí)間組成，具體如表2。

由表2可以看出，產(chǎn)線配置一個(gè)機(jī)器人上下料，可以滿足產(chǎn)線節(jié)拍要求。

3.3 工序設(shè)備方案? 上料機(jī)輸送鏈和工裝板方式，考慮人工放料的緩存需求，設(shè)置有效工位6個(gè)，每個(gè)工件有對應(yīng)的工裝板。模擬實(shí)際使用的場景，在投入口配置放置OK按鈕及指示燈（可投入、蜂鳴器、運(yùn)行燈）、急停按鈕，手動(dòng)自動(dòng)旋鈕，原點(diǎn)按鈕。下料機(jī)為皮帶機(jī)，可緩存10顆料。NG料通道設(shè)計(jì)有雙通道，為前后傾斜結(jié)構(gòu)，工件可依靠自重劃出。雙通道分別對應(yīng)氣密性檢測NG件與尺寸檢測NG件，便于人員進(jìn)行工件異常的復(fù)核及判定（圖4）。

氣密性檢測機(jī)與激光刻碼讀碼設(shè)計(jì)為一體機(jī)，工件在一次上下料中完成氣密檢測與激光刻碼讀碼，并將檢測數(shù)據(jù)與讀碼數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)。螺紋檢測機(jī)、在線測量機(jī)采用進(jìn)出料方式，設(shè)計(jì)有檢測工位和換料工位，便于進(jìn)行機(jī)器人上下料。因?yàn)楣ぜ橇⑹阶藨B(tài)，在機(jī)器人取放料時(shí)采用了預(yù)夾緊設(shè)計(jì)，即機(jī)器人手爪送料到工裝上，手爪松開，工裝進(jìn)行預(yù)夾緊，然后機(jī)器人手爪移開（圖5）。

3.4 工業(yè)機(jī)器人及手爪? 產(chǎn)線根據(jù)臂展及負(fù)載需求，選取的是FANUC M20i/35M機(jī)型，臂展1813mm，負(fù)載35kg;配CCLINK通訊模塊及軟件。機(jī)器人手爪采用雙手爪結(jié)構(gòu)，雙手爪背對背結(jié)構(gòu)形式，可一次性實(shí)現(xiàn)工件的取料和放料。手爪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)有Z向浮動(dòng)，能夠增加放料過程中的手爪柔性，減少工件異?？呐觥＃▓D6）手爪采用指端分離式設(shè)計(jì)，在產(chǎn)線換產(chǎn)及長時(shí)間使用磨損時(shí)只需要更換指端夾塊，減少了換產(chǎn)及使用維護(hù)成本。

3.5 控制系統(tǒng)及安全? 總控柜設(shè)有人機(jī)交互顯示屏，可顯示產(chǎn)線當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)、故障報(bào)警以及追溯信息生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并配置有擴(kuò)展通訊接口，可以連接MES等系統(tǒng)。在產(chǎn)線安全層面，產(chǎn)線周圍布置安全圍欄、安全門內(nèi)設(shè)有安全光柵、安全門聯(lián)鎖，PLC程序中的安全互鎖，外部張貼安全標(biāo)識。

4? 結(jié)語

該渦輪殼檢查機(jī)器人上下料系統(tǒng)由1臺(tái)機(jī)器人完成對3臺(tái)工序設(shè)備的上下料，機(jī)器人手爪設(shè)計(jì)為雙手爪，在機(jī)器人每次運(yùn)動(dòng)周期中能一次完成對機(jī)床的下料和上料，這樣就節(jié)省了機(jī)器人運(yùn)行時(shí)間，滿足生產(chǎn)節(jié)拍及產(chǎn)能要求。改產(chǎn)線的投入實(shí)際核算后，共節(jié)省了2名人工。此項(xiàng)目已經(jīng)在企業(yè)運(yùn)行約3個(gè)月，共完成84000余件工件殼體的檢查，機(jī)器人上下料系統(tǒng)穩(wěn)定，總體達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王田苗，陶永.我國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2014，050（009）：1-13.

[3]薛占璞.機(jī)械手臂關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2019（21）：258-259.