現(xiàn)代機器人在集煙灶外殼沖壓自動生產線中的應用

湯世松，曹祖鳴，陳 哲，詹俊勇，羅素萍

（揚力集團股份有限公司，江蘇 揚州 225127）

沖壓生產在工業(yè)生產中的地位越來越重要。伴隨著家電行業(yè)的發(fā)展，沖床和油壓機等設備得到快速發(fā)展，在機床中所占比重也越來越大[1]。

沖壓自動化連線由壓力機和自動化系統(tǒng)組成，壓力機完成工件的沖壓工作，沖壓自動化系統(tǒng)完成料片的拆垛、自動傳輸、線尾出料工作，通常包含拆垛系統(tǒng)、自動傳輸系統(tǒng)和線尾出料系統(tǒng)[2]。

沖壓自動化生產線是指通過自動化輸送及其他輔助裝置，按照特定生產流程，將沖床及自動化系統(tǒng)連接成一體，使整個系統(tǒng)按照規(guī)定的程序自動工作，連續(xù)、穩(wěn)定地生產出符合技術要求的特定產品。

1 機器人柔性生產線的設計

1.1 系統(tǒng)設計組成與任務

本文所述生產線是以揚力公司2臺630t伺服液壓機、5臺315t數控伺服液壓機、1臺400t龍門雙點高性能壓力機和7臺250t龍門雙點高性能壓力機為主機而設計開發(fā)的一條工業(yè)機器人柔性沖壓自動生產線。拉伸工藝后三序都要將工件翻轉，加上其中有伺服油壓機沖壓，整線節(jié)拍最快只有25s/件。

具體來說，本自動化系統(tǒng)沖壓生產線由2臺630t伺服液壓機+5臺315t數控伺服液壓機+1臺400t沖床+7臺250t沖床+13臺關節(jié)型機器人現(xiàn)代YS080+4臺啟帆雙倍速機械手+1臺雙工位伺服片料機和松科快速換模系統(tǒng)。通過該條沖壓生產線的總體布局、數控伺服液壓機、龍門雙點高性能壓力機、伺服片料機以及連線總控系統(tǒng)等組成模塊設計，以及如機器人治具吸盤吸料、整條線地基固定、線尾皮帶線出料、協(xié)調控制等關鍵技術的解決，掌握金屬板材液壓機和沖床混合沖壓柔性自動化沖壓成套聯(lián)線的核心技術。

該柔性沖壓生產線開發(fā)設計任務包括：①數控伺服液壓機開發(fā)設計；②龍門雙點高性能壓力機開發(fā)設計；③現(xiàn)代六軸工業(yè)機器人程序開發(fā)；④總線控制系統(tǒng)設計。本設計機器人柔性自動化沖壓生產線通用性好，可以配套多種規(guī)格模具，滿足各種五金類零件和中高檔汽車所需要的高質量零件的需求[4]。目前研制的機器人柔性自動化生產線生產節(jié)拍可以達到2～3SPM。如圖1為油煙機集煙灶外殼機器人柔性沖壓自動線布局圖。

1.2 數控伺服液壓機

傳統(tǒng)的伺服液壓機或伺服機械壓力機，其伺服主要體現(xiàn)在：通過電控系統(tǒng)控制伺服電機的轉動速度，再通過滑塊位置檢測（高精度磁致伸縮尺）裝置檢測滑塊位置信號，輸入控制系統(tǒng)，進行比較形成閉環(huán)，從而調整伺服電機的轉速來實現(xiàn)伺服控制。數控伺服液壓機在伺服電機和滑塊位置檢測裝置的基礎上增加了電液比例伺服閥對流量進行控制，為數眾多的壓力傳感器對液壓系統(tǒng)各部位壓力進行檢測，采用高級微處理器滿足伺服液壓機的壓力、流量、速度等參數閉環(huán)程序控制大規(guī)模運算需要的專用高級微處理器控制系統(tǒng)，形成了混合伺服控制，具有更高的控制精度和輸出壓力流量的可控制性[5]。

圖1 集煙灶外殼機器人柔性沖壓自動線布局圖

由兩組交流伺服電機驅動的內嚙合泵直接連接到主缸上下腔，在泵與油缸之間連接有安全模塊。泵出口、安全模塊以及主缸上下腔分別連接有壓力傳感器檢測系統(tǒng)各點壓力，輸入控制系統(tǒng)對交流伺服電機的轉速進行伺服控制。安全模塊用于保護系統(tǒng)安全，防止系統(tǒng)超壓和支撐運動件自重。液壓系統(tǒng)超壓時，安全模塊的插裝閥閥芯開啟，向油箱中釋壓。

液位控制繼電器，有提示報警功能，防止系統(tǒng)缺油和超限，同時油箱上配置液位-液溫計。液壓系統(tǒng)回路設計有高精度油液過濾裝置，能確保系統(tǒng)的油液清潔度，從而保證系統(tǒng)的正常可靠運行。

1.3 現(xiàn)代YS080六軸工業(yè)機器人

現(xiàn)代YS080工業(yè)機器人是高生產效率多功能工業(yè)用機器人。搭載豐富功能，高負載，高速機器人動作節(jié)拍。同級別性能最高：通過應用高速小慣量伺服電機和最新控制技術，實現(xiàn)世界最快速。在腕部容許慣量增加的同時，保證了機器人本體的小型化。應對惡劣環(huán)境作業(yè)：手腕部采用防水、防塵結構（標準防爆等級IP67），在水滴、灰塵多的環(huán)境下，即使沒有防護服也可以使用。

1.4 伺服片料機

雙工位上料機采用的YL-SSP型高性能雙料架片料機。片料送料機作為定尺料的上料裝置，可以和啟帆機械手一起配合自動化生產，淘汰了傳統(tǒng)人工送料模式，提高了生產效率。送料范圍廣，送料機上配有對中工位起到產品精確定位與過渡作用。

此種片送料機驅動為三菱伺服電機，控制系統(tǒng)采用三菱伺服控制系統(tǒng)，準確實現(xiàn)同步性。片料送料機上的拿取方式采用真空吸盤方式。傳感器信號傳輸采用光纖方式，速度快、壽命長，不會被其他介質干擾，準確率高，重復定位精度為±0.2mm。

該方案采用雙料垛設計，每垛料片高度最大約600mm，片料由人工或叉車堆疊，料垛處增設料片分離裝置。料片移栽至定位臺進行定位，以便機械手抓取。

1.5 控制系統(tǒng)三菱Q03UDECPU

系統(tǒng)控制對象包括13個YS080現(xiàn)代機器人、1臺伺服片料機、7臺數控伺服液壓機以及8臺JM系列龍門雙點壓力機。系統(tǒng)主控單元為三菱Q系列PLC[5]（Q03UDECPU），配置有研華工控機（PPC-3190）、遠程IO輸入輸出模塊AJ65SBTB1-32DT等[6]。

主控單元PLC與工控機采用以太網通信；主控單元PLC與遠程IO模塊的通信是通過三菱CC-LINK總線實現(xiàn)。將片料裝入伺服片料機，料片移栽至定位臺進行定位，啟帆雙倍速機械手取料后送入第一臺630噸伺服油壓機成形后，第一臺現(xiàn)代YS080六軸關節(jié)機器人取料再送入第二臺沖床壓形，這樣通過關節(jié)型機器人的傳送，直至產品移出完成整個沖壓自動化。板材在拉伸完成后進行自動化CCD檢測，對產品拉伸的深度、是否拉裂等部件問題進行自動化檢測，并保存輸出測試數據，不良件進行停線報警線體預留MES接口，所有設備PLC帶以太網接口，線體數據實時上傳。整線現(xiàn)場布局圖如圖2所示。

圖2 整線機器人自動化生產線現(xiàn)場布局圖

2 系統(tǒng)程序設計

整條機器人自動化生產線系統(tǒng)的程序編寫是以GX-works2為軟件，Q03UDECPU為控制器，工控機為人機界面，編寫PLC程序和組態(tài)程序。遠程I/O模塊AJ65SBTB1-32DT、通過CC-Link專用電纜與CC-Link模塊QJ61BT11N進行通訊連接，液壓機、沖床控制所需的所有輸入信號、輸出信號直接連接在遠程I/O模塊上，機器人遠程控制信號通過CC-Link專用通訊板卡作為從站連接在總控PLC上。所有遠程I/O信號到總控操作臺由一根CC-Link專用電纜形成工業(yè)現(xiàn)場總線，而且因CC-Link專用電纜采用高速雙絞屏蔽等特殊處理，其抗干擾能力大大提高。

整條機器人生產線運行可靠，生產效率為2SPM。整個系統(tǒng)中，液壓機、沖床與機器人是處于互鎖狀態(tài)，液壓機和沖床動作，機器人禁止進入模腔取料放料，機器人動作，液壓機或者沖床必須處于上死點，以保證安全。當連線中所有設備只要有一個處于報警狀態(tài)，整個系統(tǒng)應該立即停止，防止事故發(fā)生。

3 結束語

本文設計開發(fā)了國內首條油煙機集煙灶柔性機器人全自動生產線，配套伺服片料機、快速換模系統(tǒng)，實現(xiàn)料件沖壓自動化，大大提高生產率，為客戶創(chuàng)造效益。通過該生產線的實際交付應用，先后解決了控制系統(tǒng)的故障報警、缺陷工件視覺檢測、機器人治具掉料報警、聯(lián)線動作的穩(wěn)定性和機器人線尾皮帶線輸送等一系列技術難題，也為今后實施機器人項目提供了依據。項目應用表明揚力公司掌握了15連機集煙灶沖壓成形設備機器人聯(lián)線的核心技術。