機(jī)器人在鉆桿接頭鍛壓生產(chǎn)線中的應(yīng)用

林曉東，劉堯生，張金枝，徐 磊

LIN Xiao-dong, LIU Yao-sheng, ZHANG Jin-zhi, XU Lei

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120）

0 引言

傳統(tǒng)鉆桿接頭的生產(chǎn)由整塊棒料經(jīng)機(jī)加工后熱處理而成，如此生產(chǎn)方式既造成了材料的過度浪費(fèi)，也造成了機(jī)加工費(fèi)效比低下。因此采用先將棒料經(jīng)過鍛壓成型生成毛坯件，再機(jī)加工、熱處理生成成品件的生產(chǎn)方式。

系統(tǒng)主要由鋸床自動(dòng)下料線、中頻加熱設(shè)備、制坯工作站、成型工作站、沖控工作站、成品輸送線及外圍防護(hù)裝置組成。實(shí)現(xiàn)了鉆桿接頭的全程自動(dòng)化生產(chǎn)，降低了工人的工作風(fēng)險(xiǎn)，此種生產(chǎn)方式既可減少材料的浪費(fèi)、也降低了機(jī)加工的費(fèi)用，極大的提高了生產(chǎn)效率。

1 工藝流程

首先需要將長棒料切割成規(guī)定尺寸的棒料，鋸床自動(dòng)下料線由4部鋸床及輸送裝置組成，整根棒料由車間外部放到鋸床的棒料輸送線上，鋸床自動(dòng)根據(jù)預(yù)制的尺寸進(jìn)行切割，切割完成后自動(dòng)輸送到下一工序。

棒料加熱到合適的溫度后進(jìn)入制坯工序，生成坯料，由搬運(yùn)機(jī)器人取出后放入輸送車進(jìn)入成型工工序，成型工序完成后，再次由機(jī)器人放入輸送車進(jìn)入沖孔工序，沖孔完成后，由機(jī)器人將工件沖壓機(jī)中取出，放入輸送線，最后經(jīng)機(jī)加工，熱處理等工序完成鉆桿接頭的生產(chǎn)過程。整條鍛壓線對節(jié)拍要求嚴(yán)格，如線體上任何一個(gè)環(huán)節(jié)出問題則對整條線產(chǎn)生影響，因此，可靠性對線體的正常運(yùn)行至關(guān)重要。

2 鍛壓線簡介

線體組成：

1）鋸床自動(dòng)下料線；

圖1 鍛壓線整體布局圖

2）中頻加熱電源；

3）制坯工作站；

4）成型工作站；

5）沖孔工作站；

6）成品輸送線；

7）鍛壓模具及輔助設(shè)備。

3 鍛壓線中機(jī)器人工作過程

圖2 鉆桿接頭生產(chǎn)線現(xiàn)場圖

整線自動(dòng)運(yùn)行前，應(yīng)滿足如下條件：

1）安全門處于關(guān)閉狀態(tài)；

2）兩條輸送線及輸送小車位于啟動(dòng)位置；

3）機(jī)器人處于自動(dòng)狀態(tài)。

線體切換到自動(dòng)方式時(shí)，機(jī)器人首先對其頭部安裝的卡具自動(dòng)進(jìn)行檢查，如故障則報(bào)警，提示操作進(jìn)行處理；無故障則進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

3.1 制坯機(jī)器人工作流程

圖3 制坯壓機(jī)工作站

1）制坯機(jī)器人啟動(dòng)條件

（1）機(jī)器人在HOME點(diǎn)；

（2）安全門關(guān)閉；

（3）抓手供氣正常。

2）制坯機(jī)器人工作狀態(tài)說明

自動(dòng)啟動(dòng)完成后進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)滿足啟動(dòng)條件后，進(jìn)入工作循環(huán)。制坯壓機(jī)上設(shè)置與機(jī)器人相關(guān)的三個(gè)開關(guān)，選擇開關(guān)，開始，停止。

工作選擇開關(guān)有三檔選擇：坯料上車，烘爐，正常工作。

1）坯料上車工作狀態(tài)

制坯壓機(jī)退出生產(chǎn)線，其與機(jī)器人的交互信號(hào)處于失效狀態(tài)，此種狀態(tài)下，中頻出料為已經(jīng)經(jīng)過一次壓制的坯料，制坯機(jī)器人取料后判斷1號(hào)車是否到位，如小車準(zhǔn)備好則直接上車，如1號(hào)車未就位則直接拋料。

2）烘爐狀態(tài)

1號(hào)車退出生產(chǎn)線，機(jī)器人從中頻取料后判斷制坯壓機(jī)是否準(zhǔn)備好，準(zhǔn)備好則放入，否則直接拋料。

3）正常狀態(tài)

機(jī)器人自中頻取棒料后首先判斷壓機(jī)是否準(zhǔn)備好，準(zhǔn)備好則放入，否則直接拋掉棒料，棒料放入壓機(jī)后壓迫壓制開關(guān)，等待壓機(jī)出料信號(hào)，壓制完成后，機(jī)器人進(jìn)入壓機(jī)取坯料，判斷小車是否就位，就位則放入，否則拋料。

另外，自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，制坯壓機(jī)的進(jìn)料受成型壓機(jī)控制面板上的開關(guān)控制，如此時(shí)開關(guān)被按下，則制坯壓機(jī)只能出料無法進(jìn)棒料。

3.2 制坯機(jī)器人的工作邏輯

首先判斷制坯壓機(jī)中是否出料，之后檢測中頻是否出料，最后檢測1號(hào)車是否卸料；壓機(jī)出料有效則進(jìn)入取料程序，之后判斷小車是否就位，如未就位則拋掉。中頻有料則先取料，到達(dá)HOME點(diǎn)判斷壓機(jī)是否準(zhǔn)備好，如準(zhǔn)備好則放入壓機(jī)，壓迫壓機(jī)壓制開關(guān)，等待壓機(jī)出料，如壓機(jī)出現(xiàn)異常信號(hào)則跳出本次工作循環(huán)。從壓機(jī)取坯料后，進(jìn)入1號(hào)車準(zhǔn)備位進(jìn)行判斷1號(hào)車是否準(zhǔn)備好，準(zhǔn)備好則放入，未準(zhǔn)備好則拋掉。

3.3 一號(hào)輸送車手動(dòng)卸料方法

制坯壓機(jī)出料放到一號(hào)車上后，在成型工序無法抓取時(shí)，按下成型機(jī)器人暫停鍵，回到一號(hào)車控制盒，手動(dòng)將小車開至R1機(jī)器人側(cè)，當(dāng)TO R1按鈕燈亮起后按下，此時(shí)R1機(jī)器人，自動(dòng)將一號(hào)車上的坯料拋掉，恢復(fù)R2機(jī)器人的自動(dòng)運(yùn)行。

4 成型機(jī)器人工作流程

圖4 成型工作站

4.1 成型機(jī)器人啟動(dòng)條件

1）機(jī)器人在HOME點(diǎn)；

2）抓手供氣正常。

4.2 成型機(jī)器人工作邏輯

壓機(jī)非異常狀態(tài)時(shí)，當(dāng)一號(hào)輸送車到位且車上有料時(shí)，自動(dòng)進(jìn)入一號(hào)車取料程序，返回HOME點(diǎn)判斷壓機(jī)是否允許進(jìn)料，如允許則放入壓機(jī)（否則直接拋掉坯料），放入壓機(jī)后壓迫壓制開關(guān)等待取料信號(hào)，正常情況下，在壓機(jī)給出取料信號(hào)后，取料運(yùn)行至二號(hào)車準(zhǔn)備點(diǎn)，如二號(hào)車就位則放入，否則直接拋料。如壓機(jī)壓制過程中出現(xiàn)問題則此時(shí)壓機(jī)切換到手動(dòng)狀態(tài)，給出壓機(jī)異常信號(hào)，機(jī)器人退出本次工作流程，待故障處理完成后重新切換到自動(dòng)狀態(tài)，機(jī)器人自動(dòng)開始新的工作流程。

4.3 沖孔壓機(jī)工作流程

圖5 沖孔工作站

1）沖孔機(jī)器人啟動(dòng)條件

（1）機(jī)器人在HOME點(diǎn)；

（2）安全門關(guān)閉；

（3）抓手供氣正常。

2）沖孔機(jī)器人工作邏輯

二號(hào)車到位且車上有料時(shí)，機(jī)器人自動(dòng)到二號(hào)車取料，之后工作流程同成型機(jī)器人。

沖孔工序完成后，鉆桿接頭需經(jīng)傳送帶放置到料筐中自然冷卻，至此完成鉆桿接頭的毛坯件的生產(chǎn)。毛坯件冷卻后經(jīng)機(jī)加工、熱處理等后續(xù)工序完成成品件的生產(chǎn)。

5 結(jié)束語

本生產(chǎn)線專門針對鉆桿接頭的生產(chǎn)而開發(fā)，降低了工人的工作風(fēng)險(xiǎn)及勞動(dòng)強(qiáng)度，具有可靠性高，工藝穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，自交付使用以來，有效地提高了生產(chǎn)效率，客戶反應(yīng)良好。

[1]崔堅(jiān).李佳.楊光.西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊指南[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

[2]西門子（中國）有限公司.SIEMENS STEP75.4編程手冊[Z].2008.

[3]ABB(中國)有限公司SMARTAC手冊[Z].

[4]ABB(中國)有限公司 機(jī)器人編程手冊[Z].2005.