工業(yè)機(jī)器人在柔性沖壓生產(chǎn)線中的應(yīng)用研究

李野

摘要：鈑金沖壓工藝作為汽車(chē)四大生產(chǎn)工藝之一，在汽車(chē)生產(chǎn)制造中具有舉足輕重的地位，同時(shí)沖壓件的使用也越來(lái)越受到各行各業(yè)的關(guān)注。本文著重于工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線中的應(yīng)用，提出一種柔性生產(chǎn)工作模式，能夠?qū)崿F(xiàn)小批量、多品種的生產(chǎn)，為沖壓零部件生產(chǎn)企業(yè)提供一種自動(dòng)化解決方案。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;柔性化;生產(chǎn)線

0 ?引言

沖壓作為汽車(chē)的四大生產(chǎn)工藝之一，在汽車(chē)制造領(lǐng)域起著重要的作用，所有汽車(chē)主機(jī)廠均已配備完整的汽車(chē)鈑金自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線，為自身的汽車(chē)零部件提供質(zhì)量可靠、穩(wěn)定的零部件產(chǎn)品。與此同時(shí)，汽車(chē)零部件配套廠家不僅為汽車(chē)生產(chǎn)廠家提供沖壓件制品，同時(shí)，也為其他行業(yè)及領(lǐng)域提供沖壓件制品。然而，零部件廠家生產(chǎn)的沖壓零件種類繁多，為滿足更多產(chǎn)品生產(chǎn)的需求，對(duì)沖壓生產(chǎn)線的柔性、靈活性要求更高。

沖壓車(chē)間生產(chǎn)噪音大、勞動(dòng)強(qiáng)度高、工作單調(diào)重復(fù)、工作環(huán)境惡劣等因素影響，對(duì)沖壓車(chē)間的自動(dòng)化要求也越來(lái)越高，對(duì)加速產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化水平的提升也起到明顯的推動(dòng)作用[1][2]。

1 ?總體規(guī)劃

根據(jù)零部件生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)、生產(chǎn)柔性、靈活性的需求，采用“六軸沖壓機(jī)器人+普通凸輪四點(diǎn)壓力機(jī)”方式，組成機(jī)器人自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)六軸沖壓機(jī)器人、原料輸送料車(chē)系統(tǒng)、重力自對(duì)中系統(tǒng)、沖壓機(jī)器人端拾器快換系統(tǒng)、線尾輸送系統(tǒng)等技術(shù)進(jìn)行集成，最終開(kāi)發(fā)出一套具備柔性生產(chǎn)的機(jī)器人自動(dòng)沖壓系統(tǒng)，并可在同行業(yè)中廣泛推廣應(yīng)用。

2 ?工業(yè)機(jī)器人沖壓生產(chǎn)線的組成

工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線上的工作方式采用上料臺(tái)車(chē)供料（兩臺(tái)）→機(jī)器人拆垛→板料自對(duì)中→機(jī)器人取料、送料→首臺(tái)壓機(jī)沖壓工序→機(jī)器人取料、送料→根據(jù)沖壓工序循環(huán)→機(jī)器人下料→皮帶輸送機(jī)→人工質(zhì)量檢測(cè)。系統(tǒng)布局圖如圖1所示，共有七臺(tái)沖壓機(jī)器人與五臺(tái)凸輪壓力機(jī)組成一套機(jī)器人自動(dòng)沖壓系統(tǒng)[3]。

2.1 機(jī)器人系統(tǒng)

工業(yè)機(jī)器人被譽(yù)為“制造業(yè)皇冠上的明珠”，在工業(yè)生產(chǎn)中起到至關(guān)重要的作用，工業(yè)機(jī)器人具備與人工操作相似的操作功能，通過(guò)編程控制，工業(yè)機(jī)器人在得到運(yùn)動(dòng)指令后，觸發(fā)預(yù)先設(shè)定的軌跡路線。同時(shí)可設(shè)定多組運(yùn)動(dòng)程序，根據(jù)不同的規(guī)劃需求，選用不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃路徑。六軸工業(yè)機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活度高、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，同時(shí)可完成工件在空間內(nèi)任意位置的旋轉(zhuǎn)、平移等動(dòng)作。

2.2 上料系統(tǒng)

上料系統(tǒng)采用移動(dòng)工作臺(tái)車(chē)，配備“一備一用”方式，保證生產(chǎn)線可連續(xù)生產(chǎn)，臺(tái)車(chē)工作時(shí)會(huì)進(jìn)入工作區(qū)，由安全光柵進(jìn)行隔離，保障工作過(guò)程的可靠性。同時(shí)，每個(gè)臺(tái)車(chē)上配備有滑軌折臂式磁力分張器，可保證多規(guī)格、多品種板材的自動(dòng)分張?zhí)幚恚ＷC每張被抓取的板材能夠有效的分離開(kāi)。

2.3 端拾器系統(tǒng)

端拾器作為物料搬運(yùn)的抓取載體，在機(jī)器人自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線中起著重要的作用，有效、合理的端拾器設(shè)計(jì)能夠?yàn)樯a(chǎn)線節(jié)拍、產(chǎn)品質(zhì)量、使用壽命起到重要作用，本系統(tǒng)從經(jīng)濟(jì)效益、性能匹配、可靠性、適用性等多方面考慮，采用鋁型材構(gòu)件設(shè)計(jì)輕型端拾器結(jié)構(gòu)，應(yīng)對(duì)該類型沖壓生產(chǎn)線具有很好的效果，同時(shí)配備有靈活的快換裝置，更換夾具更快捷、更方便如圖2所示。

2.4 控制與安全系統(tǒng)

安全系統(tǒng)作為自動(dòng)沖壓系統(tǒng)的重要部分，對(duì)人員安全、系統(tǒng)設(shè)備安全等起著重要的作用[4]。整條產(chǎn)品布置多種安全保護(hù)裝置，首先整個(gè)生產(chǎn)線有一個(gè)封閉的工作區(qū)域，每個(gè)機(jī)器人配備有一個(gè)安全門(mén)，所有安全門(mén)采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)，保證系統(tǒng)聯(lián)鎖控制，在工作過(guò)程中不允許任何人員進(jìn)入。如需進(jìn)入，將啟動(dòng)進(jìn)入請(qǐng)求，安全門(mén)打開(kāi)，機(jī)器人處于停機(jī)狀態(tài)，待人員離開(kāi)后，啟動(dòng)復(fù)位，同時(shí)機(jī)器人需要在啟動(dòng)后方可進(jìn)行再生產(chǎn)。

另外，機(jī)器人在取料、放料過(guò)程中設(shè)定設(shè)備與設(shè)備間的干涉區(qū)域，確保設(shè)備間不會(huì)因?yàn)檎`動(dòng)作造成不必要的損壞。在干涉區(qū)設(shè)定時(shí)，采用立方體干涉區(qū)的方式，即每臺(tái)機(jī)器人與其相關(guān)的設(shè)備在其有交叉的位置，設(shè)定一個(gè)立方體，一旦機(jī)器人進(jìn)入到該區(qū)域，其他設(shè)備在該區(qū)域的任何動(dòng)作均不起作用，每臺(tái)中轉(zhuǎn)機(jī)器人共設(shè)定有4個(gè)干涉區(qū)，以R3機(jī)器人為例，干涉區(qū)的劃分如圖3所示，干涉區(qū)設(shè)定分別為R3機(jī)器人與R2機(jī)器人，R3機(jī)器人與Y2壓機(jī)，R3機(jī)器人與R4機(jī)器人，R3機(jī)器人與Y3壓機(jī)。其中，機(jī)器人與壓機(jī)間的干涉區(qū)最大，機(jī)器人與機(jī)器人間的干涉區(qū)最小。

機(jī)器人的立方體干涉區(qū)能夠確保機(jī)器人在自動(dòng)、手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，均可保證與干涉設(shè)備間的信號(hào)交互。通過(guò)機(jī)器人的TCP點(diǎn)，確定立方體的兩個(gè)對(duì)角頂點(diǎn)A、B，A點(diǎn)為接近機(jī)器人點(diǎn)，B點(diǎn)為遠(yuǎn)離機(jī)器人點(diǎn)如圖4所示。同時(shí)立方體的各個(gè)邊平行于機(jī)器人設(shè)定坐標(biāo)系的X、Y、Z軸，這樣通過(guò)兩個(gè)點(diǎn)A、B在空間就確定了一個(gè)唯一的立方體空間，當(dāng)機(jī)器人的TCP點(diǎn)進(jìn)入該立方體區(qū)域時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)輸出為ON，這樣就保證了機(jī)器人與其他設(shè)備的安全。

3 ?柔性控制方法

通過(guò)PLC系統(tǒng)，建立一套具備配方功能的控制系統(tǒng)[5]，在系統(tǒng)的配置界面，用戶可以實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品的添加與配置，完成產(chǎn)品信息的錄入，在配置界面中，配置工件型號(hào)、工序數(shù)、工件厚度、單雙料模式、機(jī)器人對(duì)應(yīng)作業(yè)序號(hào)保存，同時(shí)完成機(jī)器人作業(yè)示教。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)從上料端開(kāi)始任意連續(xù)多臺(tái)機(jī)器人自動(dòng)組線，形成一個(gè)柔性的生產(chǎn)線系統(tǒng)。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，選擇已經(jīng)配置完成的產(chǎn)品型號(hào)，確定啟動(dòng)條件，即可完成生產(chǎn)線的自動(dòng)生產(chǎn)，配置信息程序界面如圖5所示。

4 ?結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)柔性的生產(chǎn)線設(shè)計(jì)，為工業(yè)機(jī)器人在多品種、小批量的沖壓零件的生產(chǎn)提供了一個(gè)可行的、穩(wěn)定的、易于用戶操作的生產(chǎn)線系統(tǒng)，極大的減輕了操作人員的編程難度，同時(shí)自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線系統(tǒng)降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、保證沖壓產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)提高生產(chǎn)效率，帶來(lái)更好的經(jīng)濟(jì)效益。隨著工業(yè)機(jī)器人協(xié)同控制不斷提高，工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線中的應(yīng)用必將受到更多生產(chǎn)廠商的青睞，柔性化、智能化的沖壓生產(chǎn)線必將成為鈑金制品廠不可或缺的生產(chǎn)線系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

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