擠壓機(jī)機(jī)器人上下料系統(tǒng)設(shè)計(jì)

余穩(wěn)勝　羅擴(kuò)龍　陳月軍

摘要：為了提高汽車減震器零部件的生產(chǎn)效率，開發(fā)出一套由1臺(tái)搬運(yùn)機(jī)器人服務(wù)于2臺(tái)擠壓機(jī)，集成了上料傳送結(jié)構(gòu)、機(jī)器人夾爪取放工件，擠壓后完成產(chǎn)品直徑尺寸測(cè)量及測(cè)量數(shù)據(jù)保存并打印于一體高度集成系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)采用三菱Q系列PLC和觸摸屏為主控制器，適用于多款工件切換生產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和安全控制，目前已成功應(yīng)用于企業(yè)的生產(chǎn)制造中。

關(guān)鍵詞：擠壓機(jī)；機(jī)器人上下料；PLC控制；尺寸測(cè)量；數(shù)據(jù)分析及打印

汽車減震器零件是汽車必不可少的重要零部件。隨著汽車數(shù)量的增加，汽車減震器零件數(shù)量需求也越來越大。汽車減震器零件的生產(chǎn)環(huán)節(jié)有擠壓成型、擠壓后尺寸測(cè)量、產(chǎn)品測(cè)量數(shù)據(jù)保存及浸泡防銹油等生產(chǎn)工序。目前國(guó)內(nèi)有些生產(chǎn)企業(yè)還是采用人工上下料、半自動(dòng)或人工測(cè)量工件尺寸、人工投料浸泡防銹油，人工操作強(qiáng)度大、效率低下，人員需求多，人工成本較大。

針對(duì)上述問題，結(jié)合汽車減震器零件生產(chǎn)的工藝及品質(zhì)要求，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，合理布局，結(jié)合生產(chǎn)節(jié)拍的要求，成功設(shè)計(jì)開發(fā)出一套由1臺(tái)機(jī)器人服務(wù)于2臺(tái)擠壓機(jī)的系統(tǒng)。此系統(tǒng)集成度高，把汽車減震器零件生產(chǎn)工藝中的擠壓成型，擠壓后產(chǎn)品的尺寸測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)保存，浸泡防銹油等工序全部集成在一個(gè)機(jī)器人工站內(nèi)，生產(chǎn)節(jié)拍可以達(dá)到每件12秒。自動(dòng)化程度高，操作方便，滿足多款不同型號(hào)的工件的共線生產(chǎn)，穩(wěn)定可靠，取代了人工下上料，半自動(dòng)測(cè)量，減少了工人數(shù)量及工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提高了生產(chǎn)效率，提高了產(chǎn)品的品質(zhì)，降低了生產(chǎn)成本。目前設(shè)備已投人規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

1機(jī)械布局及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

綜合考慮到機(jī)器人的工作范圍和生產(chǎn)節(jié)拍的規(guī)劃要求，以及工件的多種尺寸規(guī)格的共線生產(chǎn)。機(jī)械布局設(shè)計(jì)為左右工件對(duì)稱結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)機(jī)械布局總圖如圖1所示。

機(jī)械結(jié)構(gòu)部分主要由旋轉(zhuǎn)上料裝置、機(jī)器人夾爪設(shè)計(jì)、浸防銹油傳送排出裝置和出料部分結(jié)構(gòu)等組成。

1.1旋轉(zhuǎn)上料裝置

旋轉(zhuǎn)上料裝置如圖2所示，采取人工投料于定位臺(tái)柱上，變頻器控制電機(jī)連續(xù)一直旋轉(zhuǎn)上料，工件托盤及工件到到位后，定位氣缸推出，跟隨在后面的托盤到阻擋缸處，阻擋氣缸推出夾緊托盤，保證阻擋處的托盤不會(huì)對(duì)定位托盤產(chǎn)生沖擊力，完成定位工作后，機(jī)器人夾取工件。

1.2機(jī)器人夾爪設(shè)計(jì)

如圖3所示，機(jī)器人夾爪由取零件夾爪和取成品夾爪及尺寸測(cè)量裝置三部分組成。取零件夾爪作用是在定位臺(tái)上取工件，把夾取的工件放在擠壓機(jī)內(nèi)，取成品夾爪是取出擠壓完成的工件，并在夾緊時(shí)測(cè)量成品的直徑尺寸。尺寸合格（OK）的產(chǎn)品，放人浸防銹油的油箱里，并由傳送帶到產(chǎn)品箱，尺寸不合格（NG）的產(chǎn)品，機(jī)器人放人到NG滑道排出。

1.3浸防銹油傳送排出裝置和出料部分結(jié)構(gòu)

浸防銹油相當(dāng)于給工件整體做一次潤(rùn)滑保養(yǎng)，全方位的浸油可以防止后面工件長(zhǎng)期不用導(dǎo)致生銹；當(dāng)工件被鑒定為合格品后有機(jī)器人直接把工作放置到浸油箱中，完成浸油操作后工件沿著傳送帶裝置傳輸?shù)匠隽喜糠帧?/p>

出料部分，根據(jù)裝件箱的流向，采取左右兩通道同時(shí)完成此工作。以右面的出料部分為例，當(dāng)有工件過來后，工件受到傾斜向上的力后自動(dòng)滑到出料傳送部分。

2電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1控制系統(tǒng)框圖

為了實(shí)現(xiàn)控制功能，滿足安全生產(chǎn)和方便操作等控制要求，整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)以PLC為控制核心，同時(shí)配有機(jī)器人、中繼箱等裝置，具體控制框圖如下圖4所示：

2.2控制部分硬件組成及主要功能設(shè)計(jì)

1）主控部分以三菱Q系列PLC和觸摸屏為控制核心部件。采用CCLINK現(xiàn)場(chǎng)總線與1臺(tái)安川機(jī)器人、2臺(tái)擠壓機(jī)（FX2N-32CCL），及外部遠(yuǎn)程10相連，通過程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)器人及擠壓機(jī)的狀態(tài)監(jiān)視，從而控制機(jī)器人的啟動(dòng)、暫停、急停、再啟動(dòng)等操作，同時(shí)結(jié)合機(jī)器人的運(yùn)行程序來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人安全進(jìn)人擠壓機(jī)，啟動(dòng)擠壓機(jī)，實(shí)現(xiàn)上下料的操作，控制外圍傳送帶及上料裝置的動(dòng)作等。

2）PLC通過RS232串口通訊，與數(shù)字測(cè)量?jī)x相連，通過觸發(fā)的方式讀出測(cè)量值，在PLC程序內(nèi)部與標(biāo)準(zhǔn)值及偏差值進(jìn)行比較，判斷尺寸OK品和NG品，并把OK品的尺寸，通過RS232傳到上位機(jī)電腦上進(jìn)行數(shù)據(jù)保存并打印。

3控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

為完成擠壓機(jī)機(jī)器人上下料設(shè)計(jì)，首先要確定總體的程序流程圖，其次是PLC控制程序的編寫，其中包括機(jī)器人內(nèi)部程序。具體程序控制系統(tǒng)流程圖如下圖5所示。

首先是啟動(dòng)設(shè)備，包括旋轉(zhuǎn)上料和浸油傳送帶的啟動(dòng)；其次當(dāng)檢測(cè)到工件正常排出到指定位置時(shí)氣缸動(dòng)作，并阻止下一個(gè)工件的動(dòng)作；再次是機(jī)器人完成抓取零件，進(jìn)入擠壓機(jī)取產(chǎn)品，通過卡尺的尺寸測(cè)量確認(rèn)是合格品后放到防銹油口；最后通過浸油道的傳送裝置傳送工件到出料位置，裝箱并計(jì)數(shù)，最后可以打印整箱產(chǎn)品的尺寸。如此往復(fù)，即可完成不停地上下料，大大提高生產(chǎn)效率。

這整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，也考慮到安全方面的控制。比如由于機(jī)器人要伸人到擠壓機(jī)內(nèi)部進(jìn)行上下料，所以必須保證，擠壓機(jī)在上位原點(diǎn)時(shí)，機(jī)器人方可進(jìn)入擠壓機(jī)內(nèi)，并且機(jī)器人在擠壓機(jī)內(nèi)時(shí)必須保證擠壓機(jī)不能動(dòng)作。如果沒有對(duì)位到原點(diǎn)，系統(tǒng)會(huì)觸發(fā)報(bào)警功能。

3.1觸摸屏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

觸摸屏的設(shè)計(jì)是一種新興的人工交互技術(shù)，只需要用戶輕輕一點(diǎn)就可以安裝用戶的指示進(jìn)行操作。為了讓用戶更好的使用該控制系統(tǒng)，根據(jù)上面描述的系統(tǒng)功能，設(shè)計(jì)了如下圖6所示的主菜單畫面，那么用戶可以通過點(diǎn)擊主菜單畫面上的功能選項(xiàng)，進(jìn)入到相關(guān)的畫面上進(jìn)行操作、監(jiān)控或參數(shù)設(shè)定等功能。例如，在主菜單畫面上，點(diǎn)擊“狀態(tài)監(jiān)視”按鈕，可以進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視畫面，如圖7所示，用戶可以對(duì)左右工位的生產(chǎn)工件的型號(hào)，生產(chǎn)狀態(tài)，生產(chǎn)數(shù)量等信息進(jìn)行監(jiān)視；點(diǎn)擊“手動(dòng)操作”按鈕，然后點(diǎn)擊“左工位手動(dòng)操作”，可以進(jìn)入如圖8所示的左工位手動(dòng)操作界面，在手動(dòng)條件滿足下，可以選中要操作的氣缸進(jìn)行氣缸的夾緊或松開等動(dòng)作；點(diǎn)擊“制番參數(shù)設(shè)定”按鈕，可以進(jìn)入當(dāng)前品番工件的測(cè)量參數(shù)設(shè)定畫面，如圖9所示，用戶可以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)值，測(cè)量值，偏差值等參數(shù)的設(shè)定。

3.2上位機(jī)軟件及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

上位機(jī)軟件使用Visual Studio為開發(fā)工具，其功能是顯示系統(tǒng)當(dāng)前生產(chǎn)的工件型號(hào)，并把PLC發(fā)過來的尺寸測(cè)量數(shù)據(jù)，顯示在主界面上，并生成.txt格式的文檔，進(jìn)行每箱工件測(cè)量數(shù)據(jù)的保存，并在出料口處，整箱工件排出到位時(shí)可以觸發(fā)打印該箱工件的尺寸數(shù)據(jù)。打印的尺寸數(shù)據(jù)，含有工件型號(hào)，每個(gè)工件的尺寸，并計(jì)算出最大值，較小值，以及平均值等數(shù)據(jù)，并保存于電腦內(nèi)。

打印數(shù)據(jù)僅由浸油機(jī)傳送帶后面的計(jì)數(shù)傳感器來觸發(fā)傳送打印。如果出現(xiàn)計(jì)數(shù)傳感器漏記產(chǎn)品個(gè)數(shù)時(shí)，打印紙張上是以數(shù)據(jù)空白的現(xiàn)象來體現(xiàn)的，即解決打印數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)不足的現(xiàn)象；紙張上的制番號(hào)只有通過掃描槍掃描治具上的條形碼，識(shí)別了制番號(hào)后才能在紙張上打印出來；打印機(jī)所打印的數(shù)據(jù)為正常機(jī)器人當(dāng)前測(cè)量值的絕對(duì)值。

4結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)汽車減震器零件擠壓生產(chǎn)工藝的要求，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，成功設(shè)計(jì)開發(fā)出一套機(jī)器人擠壓機(jī)上下料系統(tǒng)，該系統(tǒng)在一個(gè)機(jī)器人工作站內(nèi)集成了減震器零件擠壓成型上下料，直徑尺寸測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)打印及浸防銹油等多種工藝于一體。該系統(tǒng)柔性程序高，適用性強(qiáng)，可以通過PLC程序及機(jī)器人程序的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)多款車型不同工件型號(hào)的共線生產(chǎn)，目前已經(jīng)應(yīng)用到某企業(yè)中。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)該機(jī)器人擠壓機(jī)上下料系統(tǒng)可以大大提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本，為企業(yè)帶來更可觀的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益，具有相當(dāng)大的市場(chǎng)推廣價(jià)值。