機(jī)器人在沖壓生產(chǎn)線中的應(yīng)用

　　　　　　　　　　　　　湖南長(zhǎng)豐汽車制造公司 周焱森 鄧菊發(fā) 李紅 

　　[摘要] 通過(guò)機(jī)器人在沖壓生產(chǎn)線中的應(yīng)用，介紹了機(jī)器人沖壓生產(chǎn)線的構(gòu)造及主要功能、特點(diǎn)。 

　　關(guān)鍵詞 機(jī)器人 沖壓生產(chǎn)線 設(shè)備 自動(dòng)化 

　　1 引言 

　　隨著汽車業(yè)的快速發(fā)展，車外型愈求美觀流線，并由于汽車外板件要求完美無(wú)塵的沖壓生產(chǎn)線也向高速化、高品質(zhì)、自動(dòng)化、柔性化方向發(fā)展。傳統(tǒng)沖壓生產(chǎn)過(guò)程中的手工操作、人工送料的生產(chǎn)方式已無(wú)法滿足該行業(yè)的需要。 

　　在沖壓生產(chǎn)中采用工業(yè)機(jī)器人(機(jī)械手)代替人工操作，構(gòu)成自動(dòng)化生產(chǎn)單元或組成全自動(dòng)生產(chǎn)線，是進(jìn)行高速、高效、高質(zhì)量的沖壓生產(chǎn)的一種有效方法，也是現(xiàn)代沖壓生產(chǎn)技術(shù)的重要發(fā)展方向。 

　　機(jī)器人沖壓生產(chǎn)線在國(guó)外已運(yùn)用多年，但在國(guó)內(nèi)很少，特別是集合總線控制、網(wǎng)絡(luò)數(shù)字通信等國(guó)際先進(jìn)技術(shù)的全自動(dòng)機(jī)器人沖壓生產(chǎn)線在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有。 

　　2 機(jī)器人沖壓生產(chǎn)線的構(gòu)成及功能 

　　機(jī)器人沖壓生產(chǎn)線是湖南長(zhǎng)豐汽車制造股份有限公司與庫(kù)卡自動(dòng)化設(shè)備(上海)有限公司共同合作完成的。 

　　該沖壓生產(chǎn)線由4臺(tái)壓機(jī)、6臺(tái)KUKA機(jī)器人、總線控制臺(tái)、兩個(gè)拆垛工作臺(tái)，對(duì)中臺(tái)及磁性皮帶送料機(jī)、清洗機(jī)．線末皮帶機(jī)組成、及線末計(jì)數(shù)器組成。 

　　(1)壓機(jī)。 

　　由一臺(tái)2000t雙動(dòng)壓機(jī)和1臺(tái)1000t及2臺(tái)800t單動(dòng)壓機(jī)組成。壓機(jī)采用PLC控制，能存儲(chǔ)并調(diào)用每個(gè)工件的參數(shù)如閉合高度、壓邊力、平衡缸的壓力等，并能提供壓機(jī)的角度位置給機(jī)器人。 

　　(2)KUKA機(jī)器人。 

　　KUKA機(jī)29人KR100P，6臺(tái)站地上，額定荷重100kg，含蓋范閘R3501mm，控制箱KR C2；中文或英文軟件(標(biāo)準(zhǔn)形式)，KUKA控制面板帶有10m電纜線連結(jié)機(jī)械手臂與控制器，使用方便且為攜帶式，可采用中文或英文界面。機(jī)械人為緊湊和節(jié)省空間的設(shè)計(jì)，AC服務(wù)器6軸關(guān)節(jié)自由度，絕對(duì)位置的感應(yīng)，六軸皆含煞車系統(tǒng)，機(jī)械手臂除了原有的抓取重量，另外還可額外負(fù)載重量于第三軸手臂上，機(jī)械手臂至控制箱電纜線長(zhǎng)7m。 

　　(3)板料規(guī)格描述。 

　　材料：含油薄鋼板(鍍鋅板或棵板)。 

　　板料尺寸：前后最小845mm，最大2000mm。 

　　左右最小980mm，最大4000mm。 

　　料厚最小0.65mm，最大2.0mm。 

　　板料最大重量36kg，板料最小重量6kg。板料形狀不規(guī)則，并且中間可能有落料不規(guī)則孔。 

　　(4)機(jī)器人控制系統(tǒng)具有以下功能：①可進(jìn)行軌跡編程；②能顯示該單元的故障信息、操作信息、零件信息；③能提供必要的操作指導(dǎo)及診斷信息；④能協(xié)調(diào)機(jī)器人與壓機(jī)的工作過(guò)程；⑤機(jī)器人電柜內(nèi)具有擴(kuò)展I/O接口。 

　　3 運(yùn)行模式 

　　(1)正常的運(yùn)行模式。對(duì)每一控制臺(tái)(壓機(jī)除外)有兩個(gè)運(yùn)行模式：“自動(dòng)”和“手動(dòng)”(壓機(jī)有5個(gè)模式)，在每個(gè)控制臺(tái)上有一個(gè)“自動(dòng)／手動(dòng)”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。生產(chǎn)線以自動(dòng)方式運(yùn)行時(shí)，壓機(jī)以單次行程的方式運(yùn)行，但在上死點(diǎn)必須停車等待指令：①生產(chǎn)線自動(dòng)運(yùn)行模式“AUTO”；②生產(chǎn)的正常模式，桉循環(huán)順序連續(xù)運(yùn)動(dòng)；③生產(chǎn)線各設(shè)備在“起始位置”；④每臺(tái)壓機(jī)控制面板上的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在“連續(xù)”；⑤每個(gè)單元控制面板上的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在“自動(dòng)”；⑥阻欄門關(guān)閉，并按”循環(huán)開(kāi)始”；⑦主控制臺(tái)及單元控制臺(tái)的“現(xiàn)場(chǎng)/遙控”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在“遙控”。 

　　(2)手動(dòng)模式“MANU”。這種模式可以實(shí)現(xiàn)所有的動(dòng)作，但必須按照該零件規(guī)定的軌跡動(dòng)作。從手動(dòng)模式到自動(dòng)模式的轉(zhuǎn)換必須盡可能地快、簡(jiǎn)單。 

　　(3)停止模式。 

　　(4)緊急停止。在發(fā)生事故時(shí)使用緊急停止按鈕，緊急停止使生產(chǎn)線上的機(jī)器人的所有動(dòng)作立即停止，壓機(jī)立即停車。如：壓機(jī)的主電機(jī)、離合制動(dòng)器、液壓站、壓縮空氣入口等全部停止。緊急停止切斷所有動(dòng)力同路(電、氣、液)；所有的電柜及檸制臺(tái)中斷上作。當(dāng)緊急停止時(shí)，生產(chǎn)線兩邊各有一個(gè)紅色信號(hào)燈閃爍。緊急停止時(shí)，信號(hào)燈、可編程控制器的供電，電子凸輪的入口不切斷，不切斷安全組件上的壓縮空氣，不斷切端拾器的真空回路。緊急停止引起：①在壓機(jī)控制板上顯示故障號(hào)；②在主控制臺(tái)及相關(guān)單元的控制臺(tái)上顯示故障發(fā)生的位置及內(nèi)容；③緊急停止按鈕；④緊急停止按鈕的位置，每個(gè)安全圍欄門“申請(qǐng)進(jìn)入控制臺(tái)”上及主控制臺(tái)上。 

　　(5)立即停止。其作用等同于緊急停止(即機(jī)器人及壓機(jī)立即停止運(yùn)行，壓機(jī)滑塊在回程時(shí)允許繼續(xù)運(yùn)行并停在上死點(diǎn))，但不叨斷運(yùn)行回路，其作用僅限于立即停止的那個(gè)單元(機(jī)器人+壓機(jī))，立即停止按鈕安裝在：①每個(gè)機(jī)器人控制臺(tái)；②每個(gè)壓機(jī)控制臺(tái)；③每個(gè)雙手按鈕；④主控制臺(tái)；⑤線末零件計(jì)數(shù)臺(tái)。 

　　(6)故障診斷。自動(dòng)化控制系統(tǒng)能通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)機(jī)器人、PLC與壓力機(jī)的異常狀態(tài)能及時(shí)進(jìn)行報(bào)警并進(jìn)行相應(yīng)的診斷。包括：①動(dòng)力故障(包括上回路及分支控制回路，所有斷路器、接觸器及保險(xiǎn)的工作檢測(cè))；②控制部分故障(包括控制電路、真空系統(tǒng)等)；③機(jī)械部分故障；④功能性故障；⑤其它故障。 

　　生產(chǎn)線具有故障遠(yuǎn)程診斷功能。當(dāng)生產(chǎn)線發(fā)生無(wú)法解決的故障時(shí)，使用人員啟動(dòng)遠(yuǎn)程診斷功能，制造商能通過(guò)因特網(wǎng)讀取生產(chǎn)線運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并查看生產(chǎn)線的視頻狀態(tài)，判斷故障原因，維修人員根據(jù)制造商的建議排除故障。 

　　4 系統(tǒng)優(yōu)越性 

　　(1)生產(chǎn)速度高。生產(chǎn)線的節(jié)拍，一方面通過(guò)提高機(jī)器人速度和壓機(jī)速度可以直接提高生產(chǎn)線的節(jié)拍，另一方面通過(guò)優(yōu)化機(jī)器人及壓機(jī)的程序，減少二者的等待時(shí)間間隔提高生產(chǎn)線節(jié)拍。具體地說(shuō)，送料時(shí)修改機(jī)器人程序，在機(jī)器人未完全退出中間時(shí)即呼叫壓機(jī)起動(dòng)，在壓機(jī)下行到一定位置時(shí)，壓機(jī)將檢測(cè)機(jī)器人是否完全退出，否則壓機(jī)立即停機(jī)，保證了設(shè)備的安全； 取料時(shí)修改壓機(jī)的程序，在壓機(jī)未到上死點(diǎn)時(shí)，即呼叫機(jī)器人起動(dòng)，當(dāng)壓機(jī)停到上死點(diǎn)時(shí)，機(jī)器人已經(jīng)吸氣取料。大部分的零件還有憂化的余地。 

　　(2)生產(chǎn)線上新工件時(shí)，調(diào)試速度快，機(jī)械手式的全自動(dòng)生產(chǎn)線，調(diào)試一個(gè)零件(需制造6套端拾器及具零件編程等)共需3天的時(shí)間，而機(jī)器人生產(chǎn)線調(diào)試一個(gè)零件僅需1天的時(shí)間。 

　　(3)零件質(zhì)量高。機(jī)器人全自動(dòng)生產(chǎn)線，下料機(jī)從前一工位取料放入到清洗機(jī)上，清洗加油完成并送到位后，后一工位的機(jī)器人再?gòu)亩ㄎ慌_(tái)L取判放人模具，而機(jī)器人從上一工位取料后直接放入下一工位，減少了中間環(huán)節(jié)，零件質(zhì)量高，特別對(duì)外觀件有重要意義。 

　　(4)機(jī)器人編程方便快捷。由于每臺(tái)機(jī)器人有一手提式的示教器，其友好的用戶界面，可以讓編程人員靈活快速地實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的各種動(dòng)作。 

　　(5)柔性大。機(jī)器人最大的特點(diǎn)是柔性大，可以單軸運(yùn)動(dòng)，也可6軸聯(lián)動(dòng)完成各種復(fù)雜的空間運(yùn)動(dòng)，其軌跡可以是各個(gè)空間方向的直線、圓周，可以是各種規(guī)則或下規(guī)則空間曲線。任何結(jié)構(gòu)的模具，機(jī)器人皆可輕易上料、取料。 

　　5 結(jié)束語(yǔ) 

　　長(zhǎng)豐機(jī)器人沖壓生產(chǎn)線是國(guó)內(nèi)第一條采用總線控制、網(wǎng)絡(luò)連接等國(guó)際先進(jìn)技術(shù)的機(jī)器人沖壓生產(chǎn)線，功能強(qiáng)大，操作方便。同時(shí)將操作工人從繁重、單調(diào)、危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來(lái)。隨著A線機(jī)器人生產(chǎn)線在沖壓領(lǐng)域的成功應(yīng)用，提高了國(guó)內(nèi)沖壓行業(yè)的自動(dòng)化水平，增強(qiáng)了在世界上的競(jìng)爭(zhēng)能力。 

　　機(jī)器人沖壓牛產(chǎn)線具有柔性大、應(yīng)用范圍廣、生產(chǎn)速度高、工件質(zhì)量好的特點(diǎn)，與機(jī)械手式的生產(chǎn)線相比，其價(jià)格低廉，機(jī)器人的沖壓生產(chǎn)線是今后的發(fā)展趨勢(shì)。