基于機(jī)器人的沖壓組裝自動(dòng)上下料工作站

□ 潘慶峰 □ 倪受東

南京工業(yè)大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 南京 211800

1 設(shè)計(jì)背景

在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中,隨著勞動(dòng)力生產(chǎn)成本的不斷增加,工業(yè)機(jī)器人承擔(dān)著越來(lái)越重要的任務(wù)。工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化生產(chǎn)中主要應(yīng)用于裝配、上下料、加工等需要?jiǎng)幼髦貜?fù)、繁重、復(fù)雜的場(chǎng)合,尤其是在需要?jiǎng)幼黛`活性大、速度快的場(chǎng)合,工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用更為廣泛[1-4]。

筆者針對(duì)某汽車(chē)安全氣囊發(fā)生器基座的自動(dòng)化組裝生產(chǎn),設(shè)計(jì)了基于水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人的沖壓組裝自動(dòng)上下料工作站。工作站的設(shè)計(jì)應(yīng)用不僅能提高產(chǎn)品生產(chǎn)的效率和穩(wěn)定性,而且對(duì)其它同類(lèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)具有參考價(jià)值。

2 方案布局

這一沖壓組裝自動(dòng)上下料工作站由一套主控可編程序控制器、兩臺(tái)2 t伺服壓機(jī)、一臺(tái)水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人、兩臺(tái)振動(dòng)盤(pán)、四套視覺(jué)檢測(cè)裝置,以及基座上料輸送線(xiàn)、上下料移位裝置、引爆器與O形圈移位裝置、引爆器翻轉(zhuǎn)裝置、其它氣動(dòng)相關(guān)裝置組成。沖壓組裝自動(dòng)上下料工作站布局如圖1所示。

3 沖壓組裝自動(dòng)上下料工藝

汽車(chē)安全氣囊發(fā)生器基座組件包括基座、適配器、引爆器、O形圈,是駕駛側(cè)安全氣囊發(fā)生器的承載體,生產(chǎn)組裝的工藝要求較高,裝配生產(chǎn)過(guò)程為全自動(dòng)化封閉環(huán)境生產(chǎn)。由于引爆器的特殊性,因此要盡量避免人員接觸,以免發(fā)生不必要的意外。

▲圖1 沖壓組裝自動(dòng)上下料工作站布局

基座和適配器均為鋼制件,O形圈為塑料件,引爆器為帶有電子元器件的外殼塑料件。組裝工藝如下:

(1) 完成O形圈和引爆器的組裝;

(2) 引爆器和O形圈的組裝件檢測(cè)合格后,放入適配器;

(3) 將放入適配器的引爆器和O形圈組裝件沖壓,使兩者成為一體,檢測(cè)合格后進(jìn)入下一個(gè)工作站。

生產(chǎn)工藝流程是組織自動(dòng)化生產(chǎn)的關(guān)鍵,是自動(dòng)化控制的重要參考依據(jù),根據(jù)生產(chǎn)對(duì)象的裝配和工作站的整體布局規(guī)劃而成。沖壓組裝自動(dòng)上下料工作站生產(chǎn)工藝流程如圖2所示。

▲圖2 沖壓組裝自動(dòng)上下料工作站生產(chǎn)工藝流程

4 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是沖壓組裝自動(dòng)上下料工作站的核心,是協(xié)調(diào)各生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備的邏輯控制中心。

4.1 硬件

沖壓組裝自動(dòng)上下料工作站的控制系統(tǒng)由主控可編程序控制器、伺服壓機(jī)控制系統(tǒng)、水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人控制系統(tǒng)、視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)、氣動(dòng)輔助系統(tǒng)組成。可編程序控制器作為控制中心,通過(guò)通信總線(xiàn)與各控制系統(tǒng)進(jìn)行通信,并進(jìn)行信號(hào)反饋與動(dòng)作輸出控制。

采用AB1738通信模塊將各系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作位置點(diǎn)的監(jiān)控信息反饋至主控可編程序控制器。主控可編程序控制器根據(jù)反饋的信息進(jìn)行判斷,發(fā)出下一步指令,完成相關(guān)動(dòng)作。

4.2 系統(tǒng)通信

沖壓組裝自動(dòng)上下料工作站為全自動(dòng)化生產(chǎn)的工作站,需要各系統(tǒng)之間進(jìn)行邏輯聯(lián)動(dòng),通過(guò)相關(guān)協(xié)議整合,實(shí)現(xiàn)通信[5]。

沖壓組裝自動(dòng)上下料工作站采用工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行通信,將各氣缸磁性開(kāi)關(guān)和各種傳感器的輸入輸出控制、組態(tài)、診斷、信息、安全、同步、運(yùn)動(dòng)控制集成在一起,通過(guò)總線(xiàn)技術(shù)與主控可編程序控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換[6-7]。通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行通信,避免了不同系統(tǒng)、不同硬件結(jié)構(gòu)與主控可編程序控制器之間繁雜的接線(xiàn)問(wèn)題。沖壓組裝自動(dòng)上下料工作站通信框圖如圖3所示。

▲圖3 沖壓組裝自動(dòng)上下料工作站通信框圖

4.3 軟件

軟件功能應(yīng)盡可能滿(mǎn)足安全生產(chǎn)的需要,實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的模塊化,既方便生產(chǎn),又方便后期的維護(hù)和功能擴(kuò)展。

(1) 安全防護(hù)系統(tǒng)。安全防護(hù)系統(tǒng)是安全生產(chǎn)的重要防線(xiàn),在自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中可以避免人為意外事故。安全防護(hù)系統(tǒng)同時(shí)需要有自動(dòng)報(bào)警功能,防止人為意外帶來(lái)生產(chǎn)危險(xiǎn)。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置安全門(mén)鎖,只有通過(guò)相關(guān)程序設(shè)置才能打開(kāi)或者關(guān)閉。

(2) 自動(dòng)功能。沖壓組裝自動(dòng)上下料工作站用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn),程序的功能設(shè)計(jì)要適應(yīng)自動(dòng)化需要。由于工作站是封閉生產(chǎn)模式,因此系統(tǒng)程序軟件要具備生產(chǎn)缺料提示、產(chǎn)品合格與否判定、生產(chǎn)過(guò)程中異常報(bào)警提示、程序自檢等功能。

(3) 通信功能。生產(chǎn)人員在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、異常處理時(shí),需要與上位機(jī)或主控可編程序控制器進(jìn)行通信,并通過(guò)人機(jī)交互界面進(jìn)行操作[8-9]。

4.4 人機(jī)交互

沖壓組裝自動(dòng)上下料工作站人機(jī)交互的重要媒介是人機(jī)交互界面,也就是觸摸屏。通過(guò)人機(jī)交互界面,生產(chǎn)人員可以對(duì)生產(chǎn)相關(guān)信息進(jìn)行查看或者設(shè)置,對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行統(tǒng)計(jì),將生產(chǎn)信息回傳至上位機(jī),同時(shí)可以對(duì)工作站內(nèi)出現(xiàn)的異常報(bào)警故障日志進(jìn)行查看、處理。人機(jī)交互界面主畫(huà)面如圖4所示。

▲圖4 沖壓組裝自動(dòng)上下料工作站人機(jī)交互界面主畫(huà)面

4.5 生產(chǎn)節(jié)拍

產(chǎn)品生產(chǎn)節(jié)拍是產(chǎn)能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵計(jì)算數(shù)據(jù),是滿(mǎn)足生產(chǎn)需要的重要因素。控制系統(tǒng)對(duì)各結(jié)構(gòu)各系統(tǒng)之間的反應(yīng)時(shí)效,影響生產(chǎn)節(jié)拍的快慢程度,生產(chǎn)節(jié)拍也是程序軟件設(shè)計(jì)的重要參考對(duì)象。

為了便于分析生產(chǎn)節(jié)拍,對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的各個(gè)相關(guān)組件進(jìn)行單元?jiǎng)澐?具體分為O形密封圈振動(dòng)盤(pán)供料單元、引爆器振動(dòng)盤(pán)供料單元、O形密封圈移位單元、引爆器移位單元、引爆器和O形密封圈組裝單元、機(jī)器人移位單元、二工位伺服沖壓?jiǎn)卧⒁曈X(jué)檢測(cè)單元。在分析生產(chǎn)節(jié)拍時(shí),通常以生產(chǎn)時(shí)間最慢的單元作為參考單元。沖壓組裝自動(dòng)上下料工作站生產(chǎn)節(jié)拍的參考單元為O形密封圈移位單元、引爆器移位單元、引爆器和O形密封圈組裝單元,因?yàn)檫@三個(gè)單元采用的氣動(dòng)設(shè)備比較多。設(shè)定的生產(chǎn)時(shí)間為10 h,生產(chǎn)狀態(tài)為連續(xù)生產(chǎn),日產(chǎn)能要達(dá)到3 000件,所以工作站的生產(chǎn)節(jié)拍控制為12 s,這樣才能滿(mǎn)足生產(chǎn)的需要。

5 結(jié)束語(yǔ)

筆者設(shè)計(jì)的沖壓組裝自動(dòng)上下料工作站實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)安全氣囊發(fā)生器基座的自動(dòng)化組裝生產(chǎn),提高了生產(chǎn)效率及質(zhì)量,避免了人工生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn),降低了生產(chǎn)成本,對(duì)類(lèi)似部件的自動(dòng)化生產(chǎn)具有參考意義[10]。