工業(yè)機器人在液壓機沖壓自動生產(chǎn)線中的應(yīng)用

湯世松，項余建，吳連紅，仲太生，詹俊勇，羅素萍

（揚力集團股份有限公司，江蘇 揚州 225127）

工業(yè)機器人在液壓機沖壓自動生產(chǎn)線中的應(yīng)用

湯世松，項余建，吳連紅，仲太生，詹俊勇，羅素萍

（揚力集團股份有限公司，江蘇 揚州 225127）

根據(jù)客戶需求，液壓機沖壓生產(chǎn)中手工送料將逐步由六軸工業(yè)機器人取代。應(yīng)用三菱Q00UJCPU控制器、遠程IO、安川六軸工業(yè)機器人進行了單機聯(lián)線柔性機器人生產(chǎn)線的開發(fā)。分析了整條機器人聯(lián)線的系統(tǒng)組成及對控制系統(tǒng)的要求，確定了控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案，實現(xiàn)了對整線自動化的穩(wěn)定控制。

沖壓生產(chǎn)線；工業(yè)機器人；數(shù)控伺服；控制系統(tǒng)；監(jiān)控程序

伴隨汽車工業(yè)的高速發(fā)展，液壓機等現(xiàn)代化沖壓工藝裝備也得到了快速發(fā)展，其在沖壓加工中所占比重和地位進一步增大[1]。與此同時，沖壓生產(chǎn)中的手工送料已逐步由自動送料機構(gòu)所取代，大大提高了沖壓生產(chǎn)自動化水平，大幅提高了生產(chǎn)節(jié)拍和生產(chǎn)質(zhì)量等要求[2]。

沖壓生產(chǎn)自動化是提高勞動生產(chǎn)率和改善勞動條件的有效措施和主要方法。隨著我國汽車、電器等行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高和生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，我國沖壓生產(chǎn)實現(xiàn)生產(chǎn)自動化勢在必行。

圖1 液壓機機器人柔性沖壓自動線布局圖

1 機器人柔性生產(chǎn)線設(shè)計

與人工生產(chǎn)方式相比，沖壓工藝中的自動化生產(chǎn)方式在產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性、人員勞動強度、安全生產(chǎn)、生產(chǎn)效率等諸方面均有較大優(yōu)勢，自動化生產(chǎn)也是沖壓生產(chǎn)的發(fā)展趨勢。目前，沖壓自動化生產(chǎn)線有機械手自動化生產(chǎn)線、機器人自動化生產(chǎn)線和多工位壓力機生產(chǎn)線等方式[3]。

1.1 系統(tǒng)設(shè)計組成與任務(wù)

本文所述生產(chǎn)線是以揚力公司1臺YGM-500K數(shù)控伺服液壓機和4臺YGM-315K數(shù)控伺服液壓機為主機而設(shè)計開發(fā)的一條工業(yè)機器人柔性沖壓自動生產(chǎn)線。機器人連線自動化系統(tǒng)沖壓生產(chǎn)線組成由1臺YGM-500K+4臺YGM-315K數(shù)控液壓機、5臺關(guān)節(jié)型機器人安川MH165、1臺三合一送料機（NLF2-1300耐銳）和尚川快速換模系統(tǒng)。通過該條沖壓生產(chǎn)線的總體布局、數(shù)控伺服液壓機、三合一送料機以及連線總控系統(tǒng)等組成模塊設(shè)計，以及如機器人治具吸盤吸料、整條線地基固定、線尾碼垛、協(xié)調(diào)控制等關(guān)鍵技術(shù)的解決，以掌握金屬板材液壓機沖壓柔性自動化沖壓成套聯(lián)線的核心技術(shù)。

該柔性沖壓生產(chǎn)線開發(fā)設(shè)計任務(wù)包括：①數(shù)控伺服液壓機開發(fā)設(shè)計；②六軸工業(yè)機器人程序開發(fā)；③總線控制系統(tǒng)設(shè)計。所設(shè)計機器人柔性自動化沖壓生產(chǎn)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高質(zhì)量零件的需求[4]。目前研制的機器人柔性自動化生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍可以達到5～8SPM。如圖1所示為液壓機機器人柔性沖壓自動線布局圖。

1.2 數(shù)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(zhuǎn)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(diào)整伺服電機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)伺服控制。數(shù)控伺服液壓機在伺服電機和滑塊位置檢測裝置的基礎(chǔ)上增加了電液比例伺服閥對流量進行控制，為數(shù)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(shù)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]。

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(shè)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 安川MH165六軸工業(yè)機器人

安川MH165工業(yè)機器人是高生產(chǎn)效率多功能工業(yè)用機器人。搭載豐富的功能選項，可承受高負載，動作節(jié)拍快，是一種高速機器人。搭配新型控制柜DX200。同級別性能最高：通過應(yīng)用高速小慣量伺服電機和最新控制技術(shù)，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(yīng)對惡劣環(huán)境作業(yè)：手腕部采用防水、防塵結(jié)構(gòu)（標(biāo)準(zhǔn)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。其具體規(guī)格如表1所示。

1.4 三合一送料機

表1 安川MH165機器人規(guī)格參數(shù)

三合一送料機采用東莞市耐銳機械有限公司的NLF2-1300。上料臺車輔助裝料，操作人員可以安全便捷地更換料卷。料架主軸采用變頻調(diào)速配合減速馬達運作與送料機速度同步。防止材料散扎，協(xié)助材料卷放料的壓料裝置帶動力。矯正滾輪機構(gòu)與送料機安置于同一精密平臺，保證平行的精度統(tǒng)一，最大限度地限制了整平與送料作業(yè)時的誤差。三合一料架整平送料機集料架、整平、送料于一體，占地空間小、工人操作安全簡單、工作效率高，是沖壓自動化送料的科技先進設(shè)備，具備充分體現(xiàn)沖壓生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)代化的特點。

1.5 控制系統(tǒng)三菱Q00UJCPU

系統(tǒng)控制對象包括5個MH165安川機器人、1臺三合一送料機以及5臺數(shù)控伺服液壓機。系統(tǒng)主控單元為三菱Q系列PLC[5]（Q00UJCPU-S8-SET），配置有威綸TK系列觸摸屏（TK6102I）、遠程IO輸入輸出模塊AJ65SBTB1-32DT等[6]。

主控單元PLC與觸摸屏通信采用串口通信；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)。將卷料裝入三合一送料機料架，三合一送料機根據(jù)機床沖壓次數(shù)將整平后的料片送入液壓機，通過關(guān)節(jié)型機器人的傳送，直至產(chǎn)品移出完成整個沖壓自動化。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(chǎn)線現(xiàn)場布局圖

2 系統(tǒng)程序設(shè)計

如圖3所示是機器人自動化生產(chǎn)線總控程序流程圖[7]。整條機器人自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)的程序編寫是以GX-works2為軟件，Q00UJCPU為控制器，TK6102I為人機界面，編寫PLC程序和觸摸屏程序。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。

圖3 送料系統(tǒng)總控程序流程圖

整條機器人生產(chǎn)線運行可靠，生產(chǎn)效率為6SPM。整個系統(tǒng)中，液壓機與機器人處于互鎖狀態(tài)，液壓機動作，機器人禁止進入模腔取料放料，機器人動作，液壓機必須處于上死點，以保證安全。連線中所有設(shè)備只要有一個處于報警狀態(tài)，整個系統(tǒng)應(yīng)立即停止，防止事故發(fā)生。

3 結(jié)束語

本文設(shè)計開發(fā)了一條柔性機器人全自動生產(chǎn)線，以1臺YGM-500K+4臺YGM-315K數(shù)控液壓機為工作主機，5臺安川MH165機器人取料放料，配套三合一送料機、快速換模系統(tǒng)，實現(xiàn)料件沖壓自動化，大大提高生產(chǎn)率，為客戶創(chuàng)造效益。通過該生產(chǎn)線的實際交付使用，先后解決了控制系統(tǒng)故障報警、機器人治具掉料報警、聯(lián)線動作的穩(wěn)定性和機器人線尾碼垛等一系列技術(shù)難題，為今后繼續(xù)實施機器人項目提供了依據(jù)。公司掌握了金屬板材沖壓成形設(shè)備機器人聯(lián)線的核心技術(shù)。

[1]劉 川，宋四全，李 勇.國內(nèi)沖壓自動化線成套技術(shù)及裝備供應(yīng)能力研究[J].機器人技術(shù)與應(yīng)用，2004，（3）：8-12.

[2]南雷英，戚春曉，孫友松.沖壓生產(chǎn)自動送料技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展概況[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2006，41（2）：18-21.

[3]徐 剛，等.金屬板材沖壓成形技術(shù)與裝備的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2004，39（4）：16-22.

[4]馮 科，張祥林，劉 鑫.中小型沖壓生產(chǎn)線自動化改造的整體設(shè)計[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2013，48（6）：29-32.

[5]夏衛(wèi)明，嵇寬斌.伺服液壓機的性能特點與應(yīng)用[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2016，51（2）：25-28.

Application of industrial robot in automatic stamping production line for hydraulic press

TANG Shisong，XIANG Yujian，WU Lianhong，ZHONG Taisheng，ZHAN Junyong，LUO Suping
（Jiangsu Yangli Group Co.,Ltd.,Yangzhou225127,Jiangsu China）

According to market customer needs,hand-feed stamping production of hydraulic press will be gradually replaced by the six-axis industrial robot.Stand-alone connecting flexible robot production line has been designed by use of Mitsubishi Q00UJCPU controller,remote IO module and YASKAWA six-axis industrial robot.The system composition of the whole robot connecting line and the requirement of control system have been analyzed.The structure project of the control system has been determined and the stable control of the whole line automatic control system has been realized.

Industrial robot;CNC servo;Control system;Monitor program

TG385.9；TG315.4

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.03.008

1672-0121（2017）03-0034-04

2017-01-10；

2017-02-27

湯世松（1985-），男，碩士，工程師，從事交流伺服運動控制、機器人、伺服電機、機電一體化、PLC等研究。E-mail：tangshisong26@163.com