汽車底盤零部件焊接柔性生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)

趙佳萌 梁增提 覃京翎 鄭志明 曾慶文

摘 要：為了提高汽車零件生產(chǎn)線的信息集成程度和柔性程度，設(shè)計(jì)了一條生產(chǎn)汽車底盤零件的柔性生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線加入了工業(yè)機(jī)器人、AGV小車、視覺檢測(cè)等智能設(shè)備，以PLC為控制元件，通過(guò)組建工業(yè)網(wǎng)絡(luò)建立它們之間的通訊連接。經(jīng)過(guò)調(diào)試，生產(chǎn)線能夠按照工藝生產(chǎn)零件，各項(xiàng)指標(biāo)能夠達(dá)到工藝要求。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;柔性生產(chǎn)線;智能制造

Abstract：In order to improve the degree of information integration and flexibility of the automobile parts production line，a flexible production line for automobile chassis parts was designed.The production line incorporates intelligent equipment such as industrial robots，AGV carts，visual inspection，etc.，using PLC as the control element，and establishing a communication connection between them by forming an industrial network.After debugging，the production line can produce parts according to the process，and various indicators can meet the process requirements.

Key words：industrial robot;flexible production line;intelligent manufacturing

隨著汽車制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，汽車零部件的更新速度越來(lái)越快，因此需要智能化柔性化的生產(chǎn)線。對(duì)于零部件的焊接來(lái)說(shuō)，以往采用焊接專機(jī)來(lái)焊接的方法已不能適應(yīng)汽車零件的更新速度，需要加入工業(yè)機(jī)器人、AGV小車、視覺檢測(cè)等智能設(shè)備提高生產(chǎn)線的信息集成程度和柔性程度。

1 系統(tǒng)組成

汽車底盤零部件焊接柔性生產(chǎn)線主要由2個(gè)點(diǎn)焊機(jī)器人工作站、2個(gè)弧焊機(jī)器人工作站、運(yùn)輸軌道、智能料倉(cāng)組成，它們通過(guò)通訊電纜或者導(dǎo)線進(jìn)行信號(hào)的傳遞，構(gòu)成了整條生產(chǎn)線，如圖1所示。

2 系統(tǒng)工藝流程

該生產(chǎn)線可完成汽車前軸零件的焊接，工作時(shí)只需要將各部件放到智能料倉(cāng)的指定倉(cāng)位便可完成焊接、搬運(yùn)、檢測(cè)、分揀等一系列工藝流程，如圖2所示。

3 機(jī)器人工作站的設(shè)計(jì)

汽車底盤零部件焊接柔性生產(chǎn)線的機(jī)器人工作站通過(guò)用1臺(tái)Fanuc機(jī)器人實(shí)現(xiàn)零件的點(diǎn)焊或弧焊，另有1臺(tái)用三菱伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的變位機(jī)輔助焊接。整個(gè)機(jī)器人工作站通過(guò)一臺(tái)三菱FX5U PLC控制。各硬件之間的連接如圖3所示。按鈕、開關(guān)、指示燈、氣閥等設(shè)備通過(guò)導(dǎo)線與PLC的I/O接口連接，觸摸屏通過(guò)以太網(wǎng)接口與PLC建立通訊連接。Fanuc機(jī)器人上安裝有CC-link板卡，通過(guò)CC-link電纜與PLC的通訊擴(kuò)展模塊建立連接。變位機(jī)上的伺服電機(jī)通過(guò)SSCNET光纖與PLC擴(kuò)展的運(yùn)動(dòng)控制模塊進(jìn)行通訊相連。

由圖3可以看出，無(wú)論是以太網(wǎng)連接、CC-link連接還是SSCNET光纖連接，都將三菱PLC作為主站，監(jiān)控整個(gè)工作站的運(yùn)行，觸摸屏、機(jī)器人、伺服電機(jī)等設(shè)備作為從站接收來(lái)自PLC的命令。因此在軟件方面，需要設(shè)計(jì)PLC的程序和機(jī)器人的焊接程序，在PLC的梯形圖中調(diào)用機(jī)器人的焊接程序來(lái)指導(dǎo)機(jī)器人完成焊接工作，如圖4所示。

4 智能料倉(cāng)的設(shè)計(jì)

智能料倉(cāng)有1臺(tái)料倉(cāng)機(jī)器人，1臺(tái)七軸機(jī)器人、1臺(tái)AGV小車、2臺(tái)RFID讀寫裝置和1臺(tái)視覺檢測(cè)裝置組成，它們由一臺(tái)西門子S7-1215C PLC控制，如圖5所示。S7-1215C通過(guò)工業(yè)交換機(jī)與2臺(tái)工業(yè)機(jī)器人建立Modbus TCP通訊連接，與西門子觸摸屏建立Profinet通訊連接。此外，PLC上還擴(kuò)展了2個(gè)RS 422/485通訊模塊，與2個(gè)RFID讀寫頭進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。視覺檢測(cè)裝置和AGV小車通過(guò)導(dǎo)線與PLC的I/O接口連接。

從圖5可以看到，西門子S7-1215C PLC還通過(guò)I/O連接有4個(gè)機(jī)器人工作站的監(jiān)控信號(hào)，如下表所示，這些信號(hào)來(lái)源于機(jī)器人工作站的PLC。也就是說(shuō)，S7-1215C是主控PLC，掌控整個(gè)生產(chǎn)線的運(yùn)行。

料倉(cāng)工業(yè)機(jī)器人、七軸機(jī)器人需要編寫各自的運(yùn)行程序，完成取料放料等動(dòng)作，PLC只需要發(fā)出信號(hào)讓機(jī)器人調(diào)用這些程序并監(jiān)控機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)即可。視覺檢測(cè)裝置也需要設(shè)置程序判斷所拍攝的工件照片是否合格，PLC只需要通過(guò)I/O接口發(fā)出拍照指令并接收檢測(cè)結(jié)果即可。AGV小車也是通過(guò)PLC發(fā)送的啟動(dòng)和停止命令控制小車按規(guī)定的線路行走。

5 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行

打開冷卻水閥、焊接保護(hù)氣閥和壓縮空氣閥后，依次打開動(dòng)力柜電源、機(jī)器人控制柜電源、PLC控制柜電源和視覺工控機(jī)。用示教器將各機(jī)器人移動(dòng)到工作原點(diǎn)，然后切換到自動(dòng)運(yùn)行模式。之后在智能料倉(cāng)和夾具卡槽的相應(yīng)位置放入要焊接的工件。按下啟動(dòng)按鈕盒上的啟動(dòng)按鈕，整條生產(chǎn)線即可自動(dòng)運(yùn)行，完成汽車底盤零部件的焊接工作。生產(chǎn)線各部分的狀態(tài)可通過(guò)主控制柜的觸摸屏監(jiān)控。

6 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合目前智能制造領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀及特點(diǎn)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了汽車底盤零部件柔性生產(chǎn)線的總體框架。該生產(chǎn)線由4個(gè)機(jī)器人工作站和智能料倉(cāng)組成，能夠滿足汽車零件的制造精度和更新速度。但是該系統(tǒng)也有不足之處，對(duì)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還沒有充分運(yùn)用，以至于對(duì)生產(chǎn)過(guò)程沒有更優(yōu)化的管理，這將是未來(lái)的研究方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]雍洋洋，張廣才，高新浩，何繼榮，溫貽芳.基于機(jī)器視覺的機(jī)器人裝配工作站系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2018，47（05）：184-186+209.