安川機器人在洗衣機箱體外殼沖壓自動生產線中的應用

湯世松，曹祖鳴，陳 哲，詹俊勇，羅素萍

（揚力集團股份有限公司，江蘇 揚州225127）

伴隨著汽車工業的高速發展，沖壓生產的重要地位越發凸顯，從而使液壓機和其他鍛壓設備得到快速發展，在機床工業中所占的比重也越來越大[1]。根據調研顯示，由于人工成本的上升，自動送料機具有了愈加廣泛的市場需求，沖壓生產的手工送料已逐步由自動送料機構所取代，進一步滿足了沖壓生產自動化以及大幅度提高生產節拍、生產質量等的要求[2]。

沖壓生產自動化是提高勞動生產率和改善勞動條件的有效措施和主要方法。隨著我國汽車工業、家電行業對產品質量要求的不斷提高和生產規模的不斷擴大，我國金屬沖壓行業實現生產自動化勢在必行。

1 機器人柔性生產線設計

自動化生產是沖壓生產方式的發展趨勢。沖壓自動化生產線又分為機械手自動化生產線、機器人自動化生產線和多工位壓力機生產線等方式[3]。

1.1 系統設計組成與任務

本文所述生產線是以揚力公司1臺800t伺服液壓機、2臺315t龍門雙點高性能壓力機和1臺250t龍門雙點高性能壓力機為主機而設計開發的一條工業機器人柔性沖壓自動生產線。該機器人連線自動化系統還包括5臺關節型機器人安川MH165、1臺伺服片料機和松科快速換模系統。通過該條沖壓生產線的總體布局、數控伺服液壓機、龍門雙點高性能壓力機、伺服片料機以及連線總控系統等組成模塊設計，以及如機器人治具吸盤吸料、整條線地基固定、線尾皮帶線出料、協調控制等關鍵技術的解決，從而掌握金屬板材液壓機和沖床混合沖壓柔性自動化沖壓成套聯線的核心技術。

該柔性沖壓生產線開發設計任務包括：①數控伺服液壓機開發設計；②龍門雙點高性能壓力機開發設計；③六軸工業機器人程序開發；④總線控制系統設計。本設計的機器人柔性自動化沖壓生產線通用性好，可配套多種規格模具，滿足各種五金類零件和中高檔汽車所需的高質量零件的需求[4]。目前研制的機器人柔性自動化生產線生產節拍可以達到5～8SPM。如圖1所示為洗衣機箱體外殼機器人柔性沖壓自動線布局圖。

1.2 數控伺服液壓機

傳統的伺服液壓機或伺服機械壓力機，其伺服主要體現在：通過電控系統控制伺服電機的轉動速度，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，進行比較形成閉環，從而調整伺服電機的轉速來實現伺服控制。數控伺服液壓機在伺服電機和滑塊位置檢測裝置的基礎上增加了電液比例伺服閥對流量進行控制，通過數量眾多的壓力傳感器對液壓系統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、速度等參數閉環程序控制大規模運算需要的專用高級微處理器控制系統，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]。

圖1 洗衣機箱體外殼機器人柔性沖壓自動線布局圖

由兩組交流伺服電機驅動的內嚙合泵直接連接到主缸上下腔，在泵與油缸之間連接有安全模塊。泵出口、安全模塊以及主缸上下腔分別連接有壓力傳感器檢測系統各點壓力，輸入控制系統對交流伺服電機的轉速進行伺服控制。安全模塊用于保護系統安全，防止系統超壓和支撐運動件自重。液壓系統超壓時，安全模塊的插裝閥閥芯開啟，向油箱中釋壓。泵的出口也設有安全裝置，超壓情況下也向油箱釋壓，關于這部分的具體技術方案將在后文敘述。滑塊位置由高精度的MTS磁致伸縮尺檢測，其精度達0.005mm。

數控伺服液壓機的液壓傳動裝置--液壓站配置在機器的上梁上，其作用主要是控制滑塊和液壓墊滑塊的運動。液壓控制主系統全部采用先進的整體式二通插裝閥集成塊。其響應速度快，通油能力大，流阻小，工作可靠，便于維護。動力裝置采用大流量恒功率高壓壓力補償變量軸向柱塞泵，主油缸下腔設有雙回路安全閥，能可靠防止油缸下腔超壓及滑塊意外下行。

1.3 安川MH165六軸工業機器人

安川MH165工業機器人是高生產效率多功能工業用機器人。搭載豐富功能，高負載，高速機器人動作節拍。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，實現快速響應。在腕部容許慣量增加的同時，保證了機器人本體的小型化。該機器人可應對惡劣環境作業：手腕部采用防水、防塵結構（標準防爆等級IP67），在水滴、灰塵多的環境下，即使沒有防護服也可以使用。

1.4 伺服片料機

雙工位上料機采用YL-P750型高性能雙料架片料機。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，淘汰了傳統人工送料模式，提高了生產效率，避免人工參與生產所產生的各種因素（包括效率慢、危險、誤操作等）。送料范圍廣，其送料機上配有對中工位，起到產品精確定位與過渡作用（四面或三面氣缸定位，下面配有等高柱）。

此片料機驅動為三菱伺服電機，控制系統采用三菱伺服控制系統，準確實現同步性。片料送料機上的拿取方式采用真空或電磁吸盤方式。傳感器信號傳輸采用光纖方式，速度快、壽命長，不會被其他介質干擾，準確率高，重復定位精度±0.2mm。

該方案采用雙料垛設計，每垛料片高度最大約600mm，片料由人工或叉車堆疊，料垛處增設料片分離裝置。料片移栽至定位臺進行定位，以便機械手抓取。伺服片料機和首臺液壓機配合布局圖如圖2所示。

圖2 伺服片料機和首臺液壓機配合布局圖

1.5 控制系統三菱Q00UJCPU

系統控制對象包括5個MH165安川機器人、1臺伺服片料機、1臺數控伺服液壓機以及3臺SP2系列龍門雙點壓力機。系統主控單元為三菱Q系列PLC[5]（Q00UJCPU），配置有威綸TK系列觸摸屏（TK6102I）、遠程I/O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模塊的通信通過三菱CC-LINK總線實現。將片料裝入伺服片料機，料片移栽至定位臺進行定位，安川MH165六軸關節機器人取料后送入第一臺800t伺服液壓機成型后，第二臺機器人取料再送入第二臺沖床壓型，這樣通過關節型機器人的傳送，直至產品移出完成整個沖壓自動化。整線現場布局圖如圖3所示。

2 系統程序設計

整條機器人自動化生產線系統采用GX-works2編寫，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專用電纜形成工業現場總線，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。如圖4所示是機器人自動化生產線總控程序流程圖[7]。

整條機器人生產線運行可靠，其生產效率SPM為5。整個系統中，液壓機、沖床與機器人處于互鎖狀態，液壓機和沖床動作，機器人禁止進入模腔取料放料；機器人動作，液壓機或者沖床必須處于上死點，以保證安全。當連線中所有設備只要有一個處于報警狀態，整個系統應該立即停止，防止事故發生。

圖3 整線機器人自動化生產線現場布局圖

3 結束語

本文設計開發了一條柔性機器人全自動生產線，以1臺800t液壓機+2臺315t龍門雙點壓力機+1臺250t龍門雙點壓力機為工作主機，5臺安川MH165機器人取料放料，配套伺服片料機、快速換模系統，實現料件沖壓自動化，大大提高生產率，為客戶創造效益。通過該生產線的實際交付給客戶，我們先后解決了控制系統的故障報警、機器人治具掉料報警、聯線動作的穩定性和機器人線尾皮帶線輸送等一系列技術難題，為今后實施機器人項目提供了依據。揚力公司也據此掌握了金屬板材沖壓成形設備機器人聯線的核心技術。

圖4 送料系統總控程序流程圖