工業(yè)機器人在對開門冰箱生產(chǎn)線中的應用

湯世松，項余建，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)機器人在對開門冰箱生產(chǎn)線中的應用

湯世松，項余建，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)市場客戶需求，對開門冰箱門殼生產(chǎn)的手工送料將逐步由六軸工業(yè)機器人取代。應用三菱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)的結(jié)構(gòu)方案，并實現(xiàn)了對整條自動化線的穩(wěn)定控制。

沖壓生產(chǎn)線；雙點壓力機；工業(yè)機器人；對開門冰箱；控制系統(tǒng)；監(jiān)控程序

沖壓設(shè)備作為關(guān)系國計民生、國防尖端建設(shè)、特別是汽車工業(yè)的基礎(chǔ)重要裝備和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，一直引起世界各國的廣泛關(guān)注。采用現(xiàn)代化的沖壓工藝生產(chǎn)工件，具有效率高、質(zhì)量好、成本低的特點。伴隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，沖壓生產(chǎn)在工業(yè)生產(chǎn)中的地位越來越重要，從而沖壓裝備在機床工業(yè)中所占的比重也越來越大[1]。

沖壓自動化生產(chǎn)是現(xiàn)代沖壓生產(chǎn)的發(fā)展趨勢。沖壓自動化生產(chǎn)線又可分為機械手自動化生產(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[2]。

1 機器人柔性生產(chǎn)線的設(shè)計

1.1 系統(tǒng)設(shè)計組成與任務(wù)

本文所述生產(chǎn)線為鈑金沖壓自動化生產(chǎn)線，主要由雙入料片料機(伺服定位電缸)，一臺SP2-400龍門型雙點高性能壓力機，兩臺安川MS165六軸機器人，皮帶線和安全護欄組成。其中SP2-400龍門型雙點高性能壓力機配置雙工位換模臺車，上料架配備磁力分張器，將板料分離，雙入料片料機上配置雙料檢測裝置并采用伺服定位電缸，防止雙料誤送。

通過該條沖壓生產(chǎn)線的總體布局、龍門型雙點高性能壓力機、雙入料片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、協(xié)調(diào)控制等關(guān)鍵技術(shù)的解決，掌握家電行業(yè)冰箱門殼沖壓機器人柔性自動化沖壓成套聯(lián)線的核心技術(shù)。

該機器人柔性沖壓生產(chǎn)線開發(fā)設(shè)計任務(wù)包括：①龍門型雙點高性能壓力機開發(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。我們設(shè)計的機器人柔性自動化沖壓生產(chǎn)線通用性好，可配套多種規(guī)格模具，滿足各種冰箱門殼零件生產(chǎn)需求[3]。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5～6SPM。如圖1所示為對開門冰箱門殼機器人柔性沖壓自動線布局圖。

1.2 龍門型雙點高性能壓力機

SP2系列龍門型雙點高性能壓力機是JM36系列龍門壓力機的升級產(chǎn)品。機身采用龍門整體鋼板焊接，摒棄了傳統(tǒng)閉式壓力機分體機身需要組裝調(diào)試的弊端，既提供了閉式壓力機的良好的精度、剛度和強度性能，又提供了開式壓力機的安裝簡單、操作方便的特點。該系列壓力機具有高精度、高強度和高剛度的特點，適用于剪切、沖孔、落料、彎曲及淺拉伸工作。其結(jié)構(gòu)特點有：執(zhí)行日本JIS一級精度標準；機身采用鋼板整體焊接龍門式結(jié)構(gòu)，高強度框架機身焊接成整體，保證了機身非常高的剛度和強度，整體框架式機身經(jīng)壁爐整體退火處理，保證了機架精度長期穩(wěn)定；曲軸縱向放置，支點距離短，曲軸剛度好；傳動部分封閉在機身內(nèi)部，齒輪浸油潤滑；安裝有二度落保護裝置；滑塊為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，滑塊內(nèi)高壓油缸裝有進口高壓油封，確保高壓油無泄漏；采用進口液壓超負荷保護器，動作靈敏可靠；滑塊裝模高度采用電動調(diào)節(jié)，數(shù)碼顯示，顯示精度0.1mm；壓力機設(shè)有氣動平衡裝置，減少二次沖擊，運行平穩(wěn)，提高了壓力機的動態(tài)精度；采用日本TACO雙聯(lián)安全閥，保證了離合器操作的安全性和可靠性；電氣控制采用三菱公司的可編程序控制器(PLC)進行集中控制，有效保證電控部分的可靠性；采用含電子凸輪一體化面板，以實現(xiàn)與曲軸的同步檢測，可實現(xiàn)多種監(jiān)控和信號指示。

圖1 對開門冰箱機器人柔性沖壓自動線布局圖

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。搭載豐富功能，高負載，高速機器人動作節(jié)拍。搭配新型控制柜DX200。同級別性能最高：通過應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。應對惡劣環(huán)境作業(yè)：手腕部采用防水、防塵結(jié)構(gòu)，在水滴、灰塵多的環(huán)境下，即使沒有防護服也可以使用。

1.4 雙入料片料機

伺服片料送料機采用揚力集團公司FW-SSP1800/800型高性能雙入料片料機。片料送料機作為定尺料的上料裝置，可以和機械手一起配合自動化生產(chǎn)，淘汰了傳統(tǒng)人工送料模式，提高了生產(chǎn)效率，避免人工參與生產(chǎn)所產(chǎn)生的各種因素(包括效率慢、危險、誤操作等)。送料范圍廣，送料機上配有對中工位起到產(chǎn)品精確定位與過渡作用(四面或三面伺服電動氣缸定位，下面配有等高柱)。根據(jù)需要將片料機設(shè)計成雙入料方式，換料時不停機。

此種片送料機驅(qū)動為日本進口三菱伺服電機，控制系統(tǒng)采用日本三菱公司最新的FX系列伺服控制系統(tǒng)，準確實現(xiàn)同步性。片料送料機上的拿取方式采用真空吸盤方式吸料。

在沖壓自動線的機器人上料部分，由于鋼板表面油膜的作用等原因，常會使鋼板互相粘著在一起，普遍采用的空氣分離或磁性分離等預防措施有時無法使粘著的鋼板分開。若雙層或多層鋼板被送入壓力機，不僅可能產(chǎn)生次品，嚴重的還會對設(shè)備或模具造成傷害，導致高額的維修費用，延誤正常生產(chǎn)。為了確保設(shè)備和模具安全，保證生產(chǎn)的連續(xù)進行，必須在雙入料片料機上料臺端安裝雙料檢測系統(tǒng)，并根據(jù)需要發(fā)出報警信號或暫停機器，以便自動或手動清理雙料。

1.5 控制系統(tǒng)三菱Q00UJCPU

系統(tǒng)控制對象包括2個MH165安川機器人、1臺雙入料片料機以及1臺龍門型雙點高性能壓力機。系統(tǒng)主控單元為三菱Q系列PLC(Q00UJCPU)，配置有威綸TK系列觸摸屏(TK6070iP)、遠程IO輸入輸出模塊AJ65SBTB1-32DT等[4]。

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模塊的通信通過三菱CC-LINK總線實現(xiàn)。將料垛裝入雙入料片料機料架，片料機送料平臺檢測到平臺上無料時，平臺運行到吸桿下面，吸料桿將吸到的料放在送料平臺上，送料平臺再運行到機器人取料下方。上料機器人取出送料平臺上的料送入雙點壓力機沖壓，通過下料機器人的傳送，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

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，TK6070iP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，雙點壓力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CCLink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。如圖3所示是機器人自動化生產(chǎn)線總控程序流程圖[4]。

圖3 機器人聯(lián)線總控程序流程圖

整條機器人生產(chǎn)線運行可靠，生產(chǎn)效率可達6SPM。整個系統(tǒng)中，雙點壓力機與機器人處于互鎖狀態(tài)，壓力機沖壓動作，機器人禁止進入模腔取料放料，機器人動作，壓力機必須處于上死點，以保證安全。當連線中所有設(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臺龍門型雙點壓力機為工作主機，兩臺安川MH165機器人取料放料，配套雙工位入料片料機、雙工位換模臺車，實現(xiàn)荊州美的對開門冰箱門殼沖壓自動化，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)定性和一模兩序等一系列技術(shù)難題，也為今后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)及裝備供應能力研究[J].機器人技術(shù)與應用，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).

[3] 徐 剛，等.沖壓生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).

[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.

Application of industrial robot in the production line of side by side refrigerator

TANG Shisong,XIANG Yujian,ZHONG Taisheng,ZHAN Junyong,LUO Suping
(Jiangsu Yangli Group Co.,Ltd.,Yangzhou 225127,Jiangsu China)

According to market customer needs,hand-feeding press for side by side refrigerator will be gradually replaced by the six-axis industrial robot.Stand-alone flexible robot production line has beendeveloped by applying with the Mitsubishi Q00UJCPU controller,remote IO module and YASKAWA six-axis industrial robot.The system composition of the whole robot automatic line and the requirement of control system have been analyzed.The structure scheme of the control system has been determined and the steady control of the whole automatic linehas been realized.

Industrial robot;Double point press;Control system;Monitor program

TG315.5

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.05.013

1672-0121(2017)05-0046-03

2017-02-23；

2017-03-29

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@sina.com