密封工件自動上下料生產線設計與實現

摘 要：信息化與工業化的不斷融合推動了智能制造的發展，其中以“機器人+數控機床”組成的柔性制造單元更是目前制造領域應用的熱點之一。針對企業提出的密封工件自動化上下料的生產需求，設計開發了一條由注塑機、油溫機、振動盤、切邊機、RB08型號機器人等設備組成的智能生產線。該生產線融合了制造執行系統、傳感器技術、PLC控制技術和工業互聯網技術等各類新技術，在滿足產品質量要求和生產節拍基礎上實現了密封工件全自動上下料加工，協助企業實現了密封工件的大批量、自動化、高效率生產。

關鍵詞：RB08工業機器人;數控機床;自動上下料

0 ? ?引言

國家政策的支持與工業結構調整，推動了現代新技術與制造業的深度融合。工業機器人配合高端數控機床組成的智能生產線屬于智能制造領域的典型應用，并廣泛應用于工業領域的零部件生產中[1]。在眾多智能產線應用中，自動化上下料生產線的柔性加工由于能代替人工完成重復、繁重的上下料加工作業，且系統具有穩定性、靈活性和高效性等優勢而備受各類企業的青睞。下面主要結合具體的生產線案例進行具體說明，該產線引入廣州數控研發生產的RB08型號工業機器人，并與其他相關設備組合，實現某密封工件加工過程中的自動取料、上料、下料、裝夾、零件移位和翻轉等，有效縮短了密封工件生產過程中的加工準備和輔助時間。另外，本文所述自動化智能生產線除了適應本密封工件的加工外，還可以適應大多數零件的加工，具有強大的柔性功能。

1 ? ?密封工件加工工藝流程分析

工藝流程分析是智能生產線整體設計的基礎，需要結合本密封工件的加工精度和相關技術要求進行分析，從而制訂出詳細的加工工藝流程。該企業原有密封工件的生產是人工將工件插入注塑機，完成注塑后再人工取出工件至切水口裝置上，不僅生產效率低，且人工操作具有一定的安全風險，為此對該工件原生產模式進行自動化改造。本改造需要借助一臺機器人、外夾工件等實現自動化上下料，同時要求工作站相對獨立，工業機器人與注塑機、切邊機及工裝夾具等進行聯網組線，PLC進行控制檢測和系統調度，形成加工過程無人值守、整體布局簡潔實用、便于操作和維護、具有安全防護功能的生產中心[2]。

本產線的主要設計目的是通過引入機器人代替人工完成密封工件的自動上下料作業，實現密封工件高質量、高效率的批量化生產。生產線涉及的主要設備有注塑機、油溫機、振動盤、切邊機、RB08型號機器人等，具體的工作流程步驟如下：

步驟1，檢測設備無異常后，機器人上料至注塑機;

步驟2，注塑機進行密封工件注塑加工;

步驟3，注塑機完成工件的注塑作業后，機器人抓手抓取工件至切水口裝置上方，切水口完成;

步驟4，機器人下料至振動盤，振動盤自動上料至切邊機，完成切邊機的切邊作業;

步驟5，切邊機切邊完成后，機器人下料至下料框;

步驟6，當下料框堆滿后，機器人暫停作業，人工推走下料框，并換上新的下料框。

2 ? ?智能上下料生產線的整體布局設計

2.1 ? ?密封工件自動上下料智能產線的需求分析

在進行本智能上下料生產線的整體布局設計前，需要對企業的生產車間進行實地調研，并結合企業的未來發展規劃，完成對密封工件自動上下料生產線的需求分析，具體如下：

（1）該智能生產線需要滿足多規格、多型號的型材上下料生產，突出生產柔性與靈活性，滿足企業不同產品加工需求。

（2）基于工業機器人的自動上下料工藝流程，在連續自動上下料的過程中，各工位的各項功能能夠在控制系統控制下實現自行調節，同時確保自動上下料動作精準迅速，與工位生產節拍一致。

（3）密封工件智能生產線的整體布局設計需要結合該企業現有資源、廠房布局和未來發展規劃開展，設計的產線除了滿足本密封工件的生產技術要求外，還要預留改善的空間，方便日后進行產線新功能添加，提高生產線環境適應能力。

2.2 ? ?生產線整體布局

借助數字孿生技術和計算機輔助工藝，本生產線以上述工作流程為基礎，以“設計—工藝—制造調試”為布局思路，經過不斷地優化設計，最終確定的智能生產線的整體布局如圖1所示。

密封工件加工是將直徑為52 mm的SPCC鐵件按照圖樣要求加工成成品工件，工件正反面成品圖如圖2所示。

根據項目加工工藝要求，需要完成取骨架—入模具—注塑成型—取出產品—剪水口—切唇等不同工序，加工過程中需要在注塑機、切邊機和油溫機等不同設備之間轉換。因此，本設計方案需要由一臺RB08型號機器人、一臺注塑機、一臺油溫機、振動盤、一臺切邊機等構成，同時引入制造執行系統MES、PLC、工業互聯網實現智能制造。

根據工件、手爪重量和設備布局情況，初步選用RB08機器人作為該密封工件自動上下料生產線的機器人。GSK-RB系列工業機器人在我國國產機器人中具有一定代表性，為廣州數控自主研發和生產，目前主要用于數控機床的上下料、搬運、焊接、噴漆等生產作業。

RB08機器人（圖3）主要由機器人本體、控制柜和示教盒三部分組成，屬于六自由度機器人，其中機器人本體為機械執行機構，末端含有結合工件的形狀、尺寸等特點設計的氣動手爪，實現對工件的夾持，本生產線采用雙工位的手爪設計，外夾工件。機器人控制柜包括機器人控制器、伺服驅動單元等裝置，屬于機器人的控制中樞，機器人自帶I/O與外圍設備進行信號交接。示教盒屬于人機交互接口，操作者通過示教器可以編制多種應用程序，對機器人進行示教、編程、系統設置，滿足產品更新換代及增加新產品的要求。

除了機器人外，本生產線還包括一些其他重要設備：（1）振動盤，起理料作用，末端需定制定位機構，實現工件末端定位;（2）切水口裝備，機器人夾持工件位于裝置上方，剪切水口;（3）安全圍欄，機器人工作區域安裝防護圍欄，采用優質網格焊接，表面烤黃色警戒漆，全圍欄上設有安全鎖，當安全鎖打開，工人進入機器人工作區時，自動化單元會立即停止工作，保證人員安全。

3 ? ?自動化上下料生產線控制系統設計與調試

本產線以自動上下料為背景，以制造執行系統MES為核心，建立智能制造管控系統。制造執行系統具有強大的數據采集引擎功能，通過分析密封工件加工工藝、各設備位置、環境等數據類型，整合數據采集渠道（RFID、PLC、CNC、PC）等，實現對整個車間各個制造環節的數據覆蓋，實現對基礎數據的采集、數據邏輯模型的構建、車間實時異常檢測數據的獲取，保證生產線現場數據的實時、準確、全面采集[3]。

PLC的主動控制是MES控制系統的核心之一。在進行智能產線控制系統設計時，首先需要結合生產線的工藝流程要求進行PLC模塊的擴展，正確編寫和調試PLC組態通信應用程序，正確配置I/O，完成權限控制、質量控制、流程控制和報警顯示;其次對HMI的寄存器、變量等數據進行正確分配，完成HMI工控組態和PLC編程，實現與RB08機器人、注塑機、油溫機、切邊機等相關設備的信號連接和通信調試;最后進行MES系統與RB08機器人、注塑機、油溫機、切邊機等設備參數配置，實現數據的采集和信號連接，最終達到可視化管理的目的。

4 ? ?結語

近年來，制造業中產品更新換代頻繁，進行產品定制和個性化設計越來越重要。智能自動化生產線具備裝配靈活、安全高效等優勢，因而成為當前動態市場的最佳選擇。本文就是基于企業的生產個性化需求，在深入剖析某企業密封工件加工工藝后，結合工業機器人應用技術進行的智能產線開發設計，能滿足加工過程的自動上下料作業、檢測以及產品加工信息共享等要求，加速實現跨行業和跨企業的分布式制造。

[參考文獻]

[1] 申曉龍.數控加工技術[M].北京：冶金工業出版社，2008.

[2] 葉寒，付望，張軍，等.制動器殼體類零件的自動化生產線設計[J].組合機床與自動化加工技術，2016（3）：115-119.

[3] 歐陽勁松，劉丹，杜曉輝.制造的數字化網絡化智能化的思考與建議[J].中國儀器儀表，2018（4）：28-36.

收稿日期：2021-09-02

作者簡介：呂會安（1964—），男，陜西寶雞人，機械工程師，研究方向：智能生產線設計及應用。