機器人在沖壓生產線中的應用

[摘要> 通過機器人在沖壓生產線中的應用，介紹了機器人沖壓生產線的構造及主要功能、特點。
關鍵詞 機器人 沖壓生產線 設備 自動化
1 引言
隨著汽車業的快速發展，車外型愈求美觀流線，并由于汽車外板件要求完美無塵的沖壓生產線也向高速化、高品質、自動化、柔性化方向發展。傳統沖壓生產過程中的手工操作、人工送料的生產方式已無法滿足該行業的需要。
在沖壓生產中采用工業機器人(機械手)代替人工操作，構成自動化生產單元或組成全自動生產線，是進行高速、高效、高質量的沖壓生產的一種有效方法，也是現代沖壓生產技術的重要發展方向。
機器人沖壓生產線在國外已運用多年，但在國內很少，特別是集合總線控制、網絡數字通信等國際先進技術的全自動機器人沖壓生產線在國內還沒有。
2 機器人沖壓生產線的構成及功能
機器人沖壓生產線是湖南長豐汽車制造股份有限公司與庫卡自動化設備(上海)有限公司共同合作完成的。
該沖壓生產線由4臺壓機、6臺KUKA機器人、總線控制臺、兩個拆垛工作臺，對中臺及磁性皮帶送料機、清洗機．線末皮帶機組成、及線末計數器組成。
(1)壓機。
由一臺2000t雙動壓機和1臺1000t及2臺800t單動壓機組成。壓機采用PLC控制，能存儲并調用每個工件的參數如閉合高度、壓邊力、平衡缸的壓力等，并能提供壓機的角度位置給機器人。
(2)KUKA機器人。
KUKA機29人KR100P，6臺站地上，額定荷重100kg，含蓋范閘R3501mm，控制箱KR C2；中文或英文軟件(標準形式)，KUKA控制面板帶有10m電纜線連結機械手臂與控制器，使用方便且為攜帶式，可采用中文或英文界面。機械人為緊湊和節省空間的設計，AC服務器6軸關節自由度，絕對位置的感應，六軸皆含煞車系統，機械手臂除了原有的抓取重量，另外還可額外負載重量于第三軸手臂上，機械手臂至控制箱電纜線長7m。
(3)板料規格描述。
材料：含油薄鋼板(鍍鋅板或棵板)。
板料尺寸：前后最小845mm，最大2000mm。
左右最小980mm，最大4000mm。
料厚最小0.65mm，最大2.0mm。
板料最大重量36kg，板料最小重量6kg。板料形狀不規則，并且中間可能有落料不規則孔。
(4)機器人控制系統具有以下功能：①可進行軌跡編程；②能顯示該單元的故障信息、操作信息、零件信息；③能提供必要的操作指導及診斷信息；④能協調機器人與壓機的工作過程；⑤機器人電柜內具有擴展I/O接口。
3 運行模式
(1)正常的運行模式。對每一控制臺(壓機除外)有兩個運行模式：“自動”和“手動”(壓機有5個模式)，在每個控制臺上有一個“自動／手動”轉換開關。生產線以自動方式運行時，壓機以單次行程的方式運行，但在上死點必須停車等待指令：①生產線自動運行模式“AUTO”；②生產的正常模式，桉循環順序連續運動；③生產線各設備在“起始位置”；④每臺壓機控制面板上的轉換開關在“連續”；⑤每個單元控制面板上的轉換開關在“自動”；⑥阻欄門關閉，并按”循環開始”；⑦主控制臺及單元控制臺的“現場/遙控”轉換開關在“遙控”。
(2)手動模式“MANU”。這種模式可以實現所有的動作，但必須按照該零件規定的軌跡動作。從手動模式到自動模式的轉換必須盡可能地快、簡單。
(3)停止模式。
(4)緊急停止。在發生事故時使用緊急停止按鈕，緊急停止使生產線上的機器人的所有動作立即停止，壓機立即停車。如：壓機的主電機、離合制動器、液壓站、壓縮空氣入口等全部停止。緊急停止切斷所有動力同路(電、氣、液)；所有的電柜及檸制臺中斷上作。當緊急停止時，生產線兩邊各有一個紅色信號燈閃爍。緊急停止時，信號燈、可編程控制器的供電，電子凸輪的入口不切斷，不切斷安全組件上的壓縮空氣，不斷切端拾器的真空回路。緊急停止引起：①在壓機控制板上顯示故障號；②在主控制臺及相關單元的控制臺上顯示故障發生的位置及內容；③緊急停止按鈕；④緊急停止按鈕的位置，每個安全圍欄門“申請進入控制臺”上及主控制臺上。
(5)立即停止。其作用等同于緊急停止(即機器人及壓機立即停止運行，壓機滑塊在回程時允許繼續運行并停在上死點)，但不叨斷運行回路，其作用僅限于立即停止的那個單元(機器人+壓機)，立即停止按鈕安裝在：①每個機器人控制臺；②每個壓機控制臺；③每個雙手按鈕；④主控制臺；⑤線末零件計數臺。
(6)故障診斷。自動化控制系統能通過現場總線實時監測生產線的運行狀態，對機器人、PLC與壓力機的異常狀態能及時進行報警并進行相應的診斷。包括：①動力故障(包括上回路及分支控制回路，所有斷路器、接觸器及保險的工作檢測)；②控制部分故障(包括控制電路、真空系統等)；③機械部分故障；④功能性故障；⑤其它故障。

生產線具有故障遠程診斷功能。當生產線發生無法解決的故障時，使用人員啟動遠程診斷功能，制造商能通過因特網讀取生產線運行狀態數據，并查看生產線的視頻狀態，判斷故障原因，維修人員根據制造商的建議排除故障。
4 系統優越性
(1)生產速度高。生產線的節拍，一方面通過提高機器人速度和壓機速度可以直接提高生產線的節拍，另一方面通過優化機器人及壓機的程序，減少二者的等待時間間隔提高生產線節拍。具體地說，送料時修改機器人程序，在機器人未完全退出中間時即呼叫壓機起動，在壓機下行到一定位置時，壓機將檢測機器人是否完全退出，否則壓機立即停機，保證了設備的安全； 取料時修改壓機的程序，在壓機未到上死點時，即呼叫機器人起動，當壓機停到上死點時，機器人已經吸氣取料。大部分的零件還有憂化的余地。
(2)生產線上新工件時，調試速度快，機械手式的全自動生產線，調試一個零件(需制造6套端拾器及具零件編程等)共需3天的時間，而機器人生產線調試一個零件僅需1天的時間。
(3)零件質量高。機器人全自動生產線，下料機從前一工位取料放入到清洗機上，清洗加油完成并送到位后，后一工位的機器人再從定位臺L取判放人模具，而機器人從上一工位取料后直接放入下一工位，減少了中間環節，零件質量高，特別對外觀件有重要意義。
(4)機器人編程方便快捷。由于每臺機器人有一手提式的示教器，其友好的用戶界面，可以讓編程人員靈活快速地實現機器人的各種動作。
(5)柔性大。機器人最大的特點是柔性大，可以單軸運動，也可6軸聯動完成各種復雜的空間運動，其軌跡可以是各個空間方向的直線、圓周，可以是各種規則或下規則空間曲線。任何結構的模具，機器人皆可輕易上料、取料。
5 結束語
長豐機器人沖壓生產線是國內第一條采用總線控制、網絡連接等國際先進技術的機器人沖壓生產線，功能強大，操作方便。同時將操作工人從繁重、單調、危險的工作環境中解放出來。隨著A線機器人生產線在沖壓領域的成功應用，提高了國內沖壓行業的自動化水平，增強了在世界上的競爭能力。
機器人沖壓牛產線具有柔性大、應用范圍廣、生產速度高、工件質量好的特點，與機械手式的生產線相比，其價格低廉，機器人的沖壓生產線是今后的發展趨勢。