汽車保險杠精加工自動化設備的研究

王洪波 李金梁 程健偉

摘 要：該文介紹了對汽車保險杠精加工自動化設備的研究，通過對保險杠的自動化、柔性化抓取，實現了保險杠的自動化加工，同時沖切雷達空與去除水口功能一體化，滿足了生產節拍，解決了國內目前保險杠行業手工加工的現狀，減輕了工人的勞動強度，提高了生產效率，同時還提高了產品的外觀質量，為汽車行業實現自動化生產提供了可靠依據。

關鍵詞：保險杠 自動化設備 智能 柔性 雷達孔 水口

中圖分類號：U46 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（b）-0183-03

隨著中國經濟的發展，中國的汽車業迅猛的發展起來，雖然受各種因素制約但根據“十一五”期間汽車產量的平均增長率來看，汽車產銷量仍在持續增長。汽車行業的發展勢必推動汽車保險杠的需求，同時也會對保險杠有更高的標準，從節約成本到提高生產效率，從降低勞動強度到外觀質量都有更高的要求。針對以上的問題，目前許多汽車飾品公司都在研究開發保險杠精加工自動化加工設備，自動化精加工保險杠設備目前國內還沒有實現，大都是人工輔助或半自動化設備。實現自動化精加工保險杠需要解決以下幾個問題：一是機器人全程自動化抓取，智能選取最優路徑，實現機器人與加工設備的自動化聯機。二是要解決抓取保險杠的治具靈活，實現柔性抓取，多品種兼容。三是要解決切水口和沖雷達孔的時間問題，滿足生產節拍。該文介紹了對汽車保險杠精加工設備的自動化研究，通過機器人及抓取器的合理設計實現了對保險杠的自動化、柔性化抓取，實現了自動化加工，同時將沖切雷達空與去除水口功能一體化節省了時間，滿足了生產節拍，解決了國內目前保險杠行業手工加工的現狀，減輕了工人的勞動強度，提高了生產效率，同時還提高了產品的外觀質量，為汽車行業實現自動化生產提供了可靠依據。

1 概述

汽車保險杠精加工自動化設備是依據汽車機器人取件項目設計的自動化生產線。機器人取件系統是在前后保險杠注塑成型后，利用機器人抓取注塑機上的工件，并將其放置在切水口及沖切雷達孔一體機上進行加工，加工完成后再由機器人取出保險杠到火焰處理系統上進行去毛刺處理，然后機器人將處理好的保險杠放置在輸送機上，通過輸送機輸送到指定位置后下線。

2 設備總體布局及組成

汽車保險杠精加工自動化設備包括機器人、抓取器、切水口及沖雷達孔一體機，火焰處理系統及輸送裝置等。（如圖1）

3 汽車保險杠精加工自動化設備構成

汽車保險杠精加工自動化設備由機器人、抓取器、切水口及沖雷達孔一體機，火焰處理系統及輸送機等組成，整套設備通過計算機控制管理系統實現自動化控制，將機器人取件控制模塊與沖切設備控制模塊、火焰處理系統控制模塊、輸送系統控制模塊通過工業以太網連接，進行集中控制。

3.1 機器人系統

取件機器人安裝于每臺注塑機的定模板頂部，在模具的動、定模側均可方便取件，分別在注塑機的操作側、反操作側下件，輸送裝置、安全圍欄等設備集成良好，形成一套完整的注塑機頂部取件系統，保證每個循環周期中取件機器人的一個循環動作在注塑機注塑成型設計生產節拍內。

3.2 保險杠抓取器

保險杠抓取器與機器人手臂前端聯接，通過機器人預設軌跡將注塑機注塑成型的保險杠取下，放到設備上進行加工，加工后放置到輸送機上下料。保險杠抓取器由抓取器機器人聯接板總成、主桿、副桿、連接件、支撐桿及末端支撐、圓形吸盤聯接組件、真空發生器總成、吸盤和管路、三通等組成。真空吸盤位置可調，保證與保險杠密封緊密。抓取器分成前保險杠抓取器和后保險杠抓取器。（如圖2）

3.3 前后保險杠切水口及沖雷達孔一體機

該設備一共設置兩個位置，為方便機器人的放置和抓取動作，將前后保險杠的治具設計成前后擺放，在每套治具上設置有工件到位傳感器，機器人放置工件到任何一個工位設備就自動動作，將工件的水口沖切完成。完成后設備反饋信號給機器人，機器人自動將工件取出后放到下一道工序。設備具有獨立的電氣系統、機械系統、檢測系統、檢測夾具。設備具有自動檢測和手動調試兩種功能。設備結構如圖3所示，主要由機體機架、氣動系統、工作治具、控制系統組成。

設備充分考慮整體剛度、強度，防止設備長期受力變形后影響自身精度。沖切模具采用仿形結構形式制作，利用工件的特征位置進行定位導向。為保證工件能快速有效地沖切完成，沖孔位置采用氣液增壓缸來進行動作。為了滿足加工精度，設備配有加熱系統，可通過觸摸屏來進行控制加熱的溫度。

3.4 火焰處理系統

火焰處理系統包括熱源設備，天然氣或自燃的氣體，可以集成到自動化生產程序，以提供一個即時熱源來完成保險杠的去毛刺工序。

火焰處理系統結構原理如圖4所示。

3.5 輸送裝置

輸送裝置安裝在注塑機里側，輸送裝置的下位裝置設置在安全圍欄的出口，便于操作人員下件處理。輸送裝置兩端的高度適宜機器人取件及操作人員下件處理，輸送機成一定角度下行輸送，便于調節輸送裝置末端高度適合人員操作。

4 汽車保險杠精加工自動化設備控制系統

汽車保險杠精加工自動化設備工作流程如圖5所示，主要由五部分構成，分別是計算機管理控制系統，機器人取件控制系統，沖切設備控制系統，火焰去毛刺處理系統，輸送裝置控制系統等組成。系統通過工業以太網進行連接，進行計算機控制其他4部分的管理、信號采集、參數設定和數據存儲等工作。

4.1 計算機管理控制系統

計算機管理控制系統主要對生產線上的設備進行集中控制，實施監控、信息采集、存儲、統計和管理，方便操作工人和管理人員實時了解生產過程的數據。

4.2 機器人取件控制模塊

機器人取件控制模塊主要用來控制機器人通訊、信號采集以及抓取工件，智能選取最優路徑；控制和檢測抓取器正確抓取工件，保證工件安全抓取及在各工位運行過程中不脫落、不顫抖，做到柔性抓取精確定位。

4.3 沖切設備控制模塊

沖切設備控制模塊主要用來加工過程中精確定位及檢測驗證單元執行元件，根據PLC，模塊的指令，按照程序控制執行元件執行工作，并判斷執行結果。

4.4 火焰處理系統控制模塊

火焰處理系統控制模塊主要用來控制機器人抓取工件到位后，給定處理信號，進行初定為，選擇給定路徑，控制加熱溫度，根據PLC模塊的指令，按照程序控制工件的定位、路徑選取、溫度加熱等。

4.5 輸送系統控制模塊

輸送系統控制模塊主要用來控制輸送系統的驅動電機，擋停器及上下料信號給定等。根據傳感器發送給PLC的指令控制輸送系統驅動電機的啟停，實現工件的自動上料和自動下料功能。

5 結語

汽車保險杠精加工自動化設備控制系統研究過程中通過綜合運用計算機控制技術、傳感器技術、總線技術、柔性化夾具技術、智能路徑選取技術等先進技術，成功解決了自動化精加工保險杠生產線的難題，填補了我國保險杠實現自動化加工的空白，為汽車行業自動化生產提供了良好的解決方案，具有重要的推廣價值和示范意義。

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