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      安川機器人在汽車控制臂自動生產線中的應用

      放大字體  縮小字體 發布日期:2020-02-27 11:36:53    瀏覽次數:27    評論:0
      導讀

      根據市場客戶需求,汽車控制臂的沖壓生產的手工送料將逐步由六軸工業機器人取代。應用歐姆龍EIP以太網通信、安川六軸工業機器人進行了單機聯線柔性機器人生產線的開發。分析了整條機器人聯線的系統組成及對控制系統的要求,確定了控制系統的結構方案,并實現了對整條自動化的穩定控制。關鍵詞:工業機器人;以太網通

      摘要:根據市場客戶需求,汽車控制臂的沖壓生產的手工送料將逐步由六軸工業機器人取代。應用歐姆龍EIP以太網通信、安川六軸工業機器人進行了單機聯線柔性機器人生產線的開發。分析了整條機器人聯線的系統組成及對控制系統的要求,確定了控制系統的結構方案,并實現了對整條自動化的穩定控制。

      關鍵詞:工業機器人;以太網通信;控制系統;監控程序

      沖壓設備作為汽車工業的基礎重要裝備和戰略性產業,一直受到世界各國的廣泛關注。采用現代化的沖壓工藝生產工件,具有效率高、質量好、成本低的特點。沖壓生產在工業生產中的地位越來越重要,特別是伴隨著汽車工業的發展,液壓機和其他鍛壓設備得到了快速發展,在機床中所占的比重也越來越大[1]。

      雙工位片料機包括兩個上料臺、磁性分張裝置、機械對中系統、拆垛機械手、雙料檢測裝置、真空系統及端拾器。

      取料位置配置有磁性分張器,同時配置雙料片檢知器,確保拆垛機上的空工位是單張料片在每次開始拆垛時,拆垛機能自識別料片高度位置,后續能自動補償料片取走后的高度變化。左右、上下運動采用三菱伺服電機,控制系統采用日本三菱公司最新的Q系列伺服控制系統,準確實現同步性片料機上的抓取方式采用真空吸盤方式[2]。

      1 機器人柔性生產線設計

      整線及每個單元均有兩個運行模式:自動和手動。整線以自動方式運行時,壓機以單次方式運行。自動運行模式為生產的正常模式,按循環順序連續運動,包含中間穿越功能。而手動模式可實現所有動作,按照該零件程序規定的軌跡動作。從手動模式到自動模式的轉換快捷、簡單[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2臺1000噸閉式單點壓力機、2臺800噸閉式單點壓力機和5臺630噸閉式單點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。機器人連線自動化系統沖壓生產線由2臺1000噸沖床+2臺800噸沖床+5臺630噸沖床、10臺關節型機器人安川MH165和1臺伺服片料機組成。通過該條沖壓生產線的總體布局、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,以及諸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,以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龍門雙點高性能壓力機開發設計;②六軸工業機器人程序開發;③總線控制系統設計。設計的機器人柔性自動化沖壓生產線通用性好,可以配套多種規格模具,滿足各種五金類零件和中高檔汽車所需要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5~6SPM。如圖1所示為汽車控制臂機器人柔性沖壓自動線布局圖。

      1.2 安川MH165六軸工業機器人

      圖1 汽車控制臂機器人柔性沖壓自動線布局圖

      安川MH165工業機器人是高生產效率多功能工業機器人。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。

      1.3 伺服片料機

      雙工位上料機采用的YL-2P500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,送料機上配有對中工位,起到產品精確定位與過渡作用。

      此種片送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取料。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,重復定位精度為±0.2mm。

      該方案采用雙料垛設計,每垛料片高度最高約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。

      1.4 控制系統三菱Q00UJCPU

      系統控制對象包括10個MH165安川機器人、1臺伺服片料機以及9臺P1H閉式單點壓力機。系統主控單元為歐姆龍PLC(CP1H-X40DT-D),配置有威綸TK系列觸摸屏(TK6102I)、CJ1W-EIP21以及工業交換機等[5]。

      主控單元PLC與觸摸屏通信采用以太網通信;主控單元PLC與機床和機器人的通信是通過工業以太網Ethernet IP協議實現。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800噸閉式單點壓力機成型后,第二臺機器人取料再送入第二臺沖床沖孔,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2所示。

      圖2 整線機器人自動化生產線現場布局圖

      2 系統程序設計

      整條機器人自動化生產線系統的程序編寫是以歐姆龍CX-Programmer為軟件,CP1H-X40DT-D為控制器,TK6102I為人機界面,編寫PLC程序和觸摸屏程序。整線通過工業以太網將所有機床和安川機器人控制所需的輸入信號,輸出信號連接入工業交換機,按照EIP通訊協議直接關聯到總控PLC上。整線通過工業以太網Ethernet IP協議通信,實現一網到底,大大減少布線接線工作量。

      全線主要由9臺機械壓力機(記為P)、10臺機器人(記為R)、雙工位片料機標記為T、機械對中系統、成品輸送帶等組成。沖壓自動化生產時,在準備好各工序模具的情況下,由行車或人工將片料架垛放到左右上料臺上,兩個上料臺交替使用,保證生產的連續性。當片料垛料放到上料臺上后,經過磁力分張器分張,拆垛機械手將雙料片抓取放置在對中臺上進行對中和雙料檢測。機器人拾取對中后板料送入第一臺壓力機的模具中,當線首上料機器人移出壓機干涉區域后,壓機開始沖壓成形板料。第一臺壓機沖壓完成后,壓機滑塊回程,線間搬運器人將第一臺壓機沖壓完成的板料取出送入第二臺壓機模具內。線間單元其余搬運機器人按此順序依次完成各沖壓工序至結束。最后一臺壓機沖壓完成后,線末下料機器人將工序完成的零件取出并放置于輸出皮帶機上。輸出皮帶機動作,工件輸送到收料臺上;由人工將工件進行碼垛或裝箱處理[6]。

      通過整個自動化搬運系統,自動完成拆垛、磁力分張、雙料檢測、機械對中、機器人上料、壓機沖壓、機器人傳送、機器人下料等工作,滿足沖壓零件的自動化生產。如圖3所示是機器人自動化生產線工藝流程圖。

      圖3 機器人自動化生產線工藝流程圖

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

      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9臺閉式單點壓力機作為工作主機,10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,實施了國內首條汽車底盤類零件控制臂機器人自動化生產項目。表明揚力公司掌握了金屬板材沖壓成形設備機器人聯線的核心技術。

      參考文獻:

      [1]劉 川,宋四全,李 勇.國內沖壓自動化線成套技術及裝備供應能力研究[J].機器人技術與應用,2004,(3):8-12.

      [2] 南雷英,戚春曉,孫友松.沖壓生產自動送料技術的現狀與發展概況[J].鍛壓裝備與制造技術,2006,41(2).

      [3] 徐 剛,等.金屬板材沖壓成形技術與裝備的現狀與發展[J].鍛壓裝備與制造技術,2004,39(4).

      [4] 馮 科,張祥林,劉 鑫.中小型沖壓生產線自動化改造的整體設計[J].鍛壓裝備與制造技術,2013,48(6):29-32.

      [5] 湯世松,項余建,吳連紅.工業機器人在液壓機沖壓自動生產線中的應用[J].鍛壓裝備與制造技術,2017,52(3):34-37.


       
      (文/小編)
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