汽車保險杠精加工自動化設(shè)備的研究

王洪波 李金梁 程健偉

摘 要：該文介紹了對汽車保險杠精加工自動化設(shè)備的研究，通過對保險杠的自動化、柔性化抓取，實現(xiàn)了保險杠的自動化加工，同時沖切雷達空與去除水口功能一體化，滿足了生產(chǎn)節(jié)拍，解決了國內(nèi)目前保險杠行業(yè)手工加工的現(xiàn)狀，減輕了工人的勞動強度，提高了生產(chǎn)效率，同時還提高了產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，為汽車行業(yè)實現(xiàn)自動化生產(chǎn)提供了可靠依據(jù)。

關(guān)鍵詞：保險杠 自動化設(shè)備 智能 柔性 雷達孔 水口

中圖分類號：U46 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（b）-0183-03

隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展，中國的汽車業(yè)迅猛的發(fā)展起來，雖然受各種因素制約但根據(jù)“十一五”期間汽車產(chǎn)量的平均增長率來看，汽車產(chǎn)銷量仍在持續(xù)增長。汽車行業(yè)的發(fā)展勢必推動汽車保險杠的需求，同時也會對保險杠有更高的標準，從節(jié)約成本到提高生產(chǎn)效率，從降低勞動強度到外觀質(zhì)量都有更高的要求。針對以上的問題，目前許多汽車飾品公司都在研究開發(fā)保險杠精加工自動化加工設(shè)備，自動化精加工保險杠設(shè)備目前國內(nèi)還沒有實現(xiàn)，大都是人工輔助或半自動化設(shè)備。實現(xiàn)自動化精加工保險杠需要解決以下幾個問題：一是機器人全程自動化抓取，智能選取最優(yōu)路徑，實現(xiàn)機器人與加工設(shè)備的自動化聯(lián)機。二是要解決抓取保險杠的治具靈活，實現(xiàn)柔性抓取，多品種兼容。三是要解決切水口和沖雷達孔的時間問題，滿足生產(chǎn)節(jié)拍。該文介紹了對汽車保險杠精加工設(shè)備的自動化研究，通過機器人及抓取器的合理設(shè)計實現(xiàn)了對保險杠的自動化、柔性化抓取，實現(xiàn)了自動化加工，同時將沖切雷達空與去除水口功能一體化節(jié)省了時間，滿足了生產(chǎn)節(jié)拍，解決了國內(nèi)目前保險杠行業(yè)手工加工的現(xiàn)狀，減輕了工人的勞動強度，提高了生產(chǎn)效率，同時還提高了產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，為汽車行業(yè)實現(xiàn)自動化生產(chǎn)提供了可靠依據(jù)。

1 概述

汽車保險杠精加工自動化設(shè)備是依據(jù)汽車機器人取件項目設(shè)計的自動化生產(chǎn)線。機器人取件系統(tǒng)是在前后保險杠注塑成型后，利用機器人抓取注塑機上的工件，并將其放置在切水口及沖切雷達孔一體機上進行加工，加工完成后再由機器人取出保險杠到火焰處理系統(tǒng)上進行去毛刺處理，然后機器人將處理好的保險杠放置在輸送機上，通過輸送機輸送到指定位置后下線。

2 設(shè)備總體布局及組成

汽車保險杠精加工自動化設(shè)備包括機器人、抓取器、切水口及沖雷達孔一體機，火焰處理系統(tǒng)及輸送裝置等。（如圖1）

3 汽車保險杠精加工自動化設(shè)備構(gòu)成

汽車保險杠精加工自動化設(shè)備由機器人、抓取器、切水口及沖雷達孔一體機，火焰處理系統(tǒng)及輸送機等組成，整套設(shè)備通過計算機控制管理系統(tǒng)實現(xiàn)自動化控制，將機器人取件控制模塊與沖切設(shè)備控制模塊、火焰處理系統(tǒng)控制模塊、輸送系統(tǒng)控制模塊通過工業(yè)以太網(wǎng)連接，進行集中控制。

3.1 機器人系統(tǒng)

取件機器人安裝于每臺注塑機的定模板頂部，在模具的動、定模側(cè)均可方便取件，分別在注塑機的操作側(cè)、反操作側(cè)下件，輸送裝置、安全圍欄等設(shè)備集成良好，形成一套完整的注塑機頂部取件系統(tǒng)，保證每個循環(huán)周期中取件機器人的一個循環(huán)動作在注塑機注塑成型設(shè)計生產(chǎn)節(jié)拍內(nèi)。

3.2 保險杠抓取器

保險杠抓取器與機器人手臂前端聯(lián)接，通過機器人預(yù)設(shè)軌跡將注塑機注塑成型的保險杠取下，放到設(shè)備上進行加工，加工后放置到輸送機上下料。保險杠抓取器由抓取器機器人聯(lián)接板總成、主桿、副桿、連接件、支撐桿及末端支撐、圓形吸盤聯(lián)接組件、真空發(fā)生器總成、吸盤和管路、三通等組成。真空吸盤位置可調(diào)，保證與保險杠密封緊密。抓取器分成前保險杠抓取器和后保險杠抓取器。（如圖2）

3.3 前后保險杠切水口及沖雷達孔一體機

該設(shè)備一共設(shè)置兩個位置，為方便機器人的放置和抓取動作，將前后保險杠的治具設(shè)計成前后擺放，在每套治具上設(shè)置有工件到位傳感器，機器人放置工件到任何一個工位設(shè)備就自動動作，將工件的水口沖切完成。完成后設(shè)備反饋信號給機器人，機器人自動將工件取出后放到下一道工序。設(shè)備具有獨立的電氣系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、檢測夾具。設(shè)備具有自動檢測和手動調(diào)試兩種功能。設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由機體機架、氣動系統(tǒng)、工作治具、控制系統(tǒng)組成。

設(shè)備充分考慮整體剛度、強度，防止設(shè)備長期受力變形后影響自身精度。沖切模具采用仿形結(jié)構(gòu)形式制作，利用工件的特征位置進行定位導(dǎo)向。為保證工件能快速有效地沖切完成，沖孔位置采用氣液增壓缸來進行動作。為了滿足加工精度，設(shè)備配有加熱系統(tǒng)，可通過觸摸屏來進行控制加熱的溫度。

3.4 火焰處理系統(tǒng)

火焰處理系統(tǒng)包括熱源設(shè)備，天然氣或自燃的氣體，可以集成到自動化生產(chǎn)程序，以提供一個即時熱源來完成保險杠的去毛刺工序。

火焰處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖4所示。

3.5 輸送裝置

輸送裝置安裝在注塑機里側(cè)，輸送裝置的下位裝置設(shè)置在安全圍欄的出口，便于操作人員下件處理。輸送裝置兩端的高度適宜機器人取件及操作人員下件處理，輸送機成一定角度下行輸送，便于調(diào)節(jié)輸送裝置末端高度適合人員操作。

4 汽車保險杠精加工自動化設(shè)備控制系統(tǒng)

汽車保險杠精加工自動化設(shè)備工作流程如圖5所示，主要由五部分構(gòu)成，分別是計算機管理控制系統(tǒng)，機器人取件控制系統(tǒng)，沖切設(shè)備控制系統(tǒng)，火焰去毛刺處理系統(tǒng)，輸送裝置控制系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)進行連接，進行計算機控制其他4部分的管理、信號采集、參數(shù)設(shè)定和數(shù)據(jù)存儲等工作。

4.1 計算機管理控制系統(tǒng)

計算機管理控制系統(tǒng)主要對生產(chǎn)線上的設(shè)備進行集中控制，實施監(jiān)控、信息采集、存儲、統(tǒng)計和管理，方便操作工人和管理人員實時了解生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)。

4.2 機器人取件控制模塊

機器人取件控制模塊主要用來控制機器人通訊、信號采集以及抓取工件，智能選取最優(yōu)路徑；控制和檢測抓取器正確抓取工件，保證工件安全抓取及在各工位運行過程中不脫落、不顫抖，做到柔性抓取精確定位。

4.3 沖切設(shè)備控制模塊

沖切設(shè)備控制模塊主要用來加工過程中精確定位及檢測驗證單元執(zhí)行元件，根據(jù)PLC，模塊的指令，按照程序控制執(zhí)行元件執(zhí)行工作，并判斷執(zhí)行結(jié)果。

4.4 火焰處理系統(tǒng)控制模塊

火焰處理系統(tǒng)控制模塊主要用來控制機器人抓取工件到位后，給定處理信號，進行初定為，選擇給定路徑，控制加熱溫度，根據(jù)PLC模塊的指令，按照程序控制工件的定位、路徑選取、溫度加熱等。

4.5 輸送系統(tǒng)控制模塊

輸送系統(tǒng)控制模塊主要用來控制輸送系統(tǒng)的驅(qū)動電機，擋停器及上下料信號給定等。根據(jù)傳感器發(fā)送給PLC的指令控制輸送系統(tǒng)驅(qū)動電機的啟停，實現(xiàn)工件的自動上料和自動下料功能。

5 結(jié)語

汽車保險杠精加工自動化設(shè)備控制系統(tǒng)研究過程中通過綜合運用計算機控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、總線技術(shù)、柔性化夾具技術(shù)、智能路徑選取技術(shù)等先進技術(shù)，成功解決了自動化精加工保險杠生產(chǎn)線的難題，填補了我國保險杠實現(xiàn)自動化加工的空白，為汽車行業(yè)自動化生產(chǎn)提供了良好的解決方案，具有重要的推廣價值和示范意義。

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