安川機(jī)器人在沖壓生產(chǎn)線中的自主集成應(yīng)用

沖壓機(jī)器人的特點(diǎn)

機(jī)器人能在惡劣環(huán)境下連續(xù)工作，并具有工作靈活、精準(zhǔn)度高等特點(diǎn)，足以保證產(chǎn)品的質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率并減輕操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。日本安川MOTOMAN-EPH4000D/EPH130RLD機(jī)器人是專門為沖壓上下料而設(shè)計(jì)制造的，其結(jié)構(gòu)形式與普通機(jī)器人相比有如下特點(diǎn)：

1. 應(yīng)用專用減速機(jī)

MOTOMAN-EPH4000D/EPH130RLD 機(jī)器人應(yīng)用專用減速機(jī)，可以高速運(yùn)行，壽命比普通機(jī)器人更長(zhǎng)。

2. 配置平行四連桿機(jī)構(gòu)

MOTOMAN-EPH4000D 配置平行四連桿機(jī)構(gòu)，便于端拾器自動(dòng)調(diào)整方向，可以快速地傳遞工件。

3. 具備很強(qiáng)的擴(kuò)展應(yīng)用能力

MOTOMAN-EPH4000D/EPH130RLD 機(jī)器人具備很強(qiáng)的擴(kuò)展應(yīng)用能力。利用機(jī)器人離線編程功能，可以在計(jì)算機(jī)上直接進(jìn)行編程示教、模擬仿真，然后導(dǎo)入機(jī)器人控制系統(tǒng)內(nèi)，基本不做修改就可以啟動(dòng)運(yùn)行。

4. 具有中文界面的操作系統(tǒng)

該系列機(jī)器人還具有中文界面的操作系統(tǒng)，使操作者能在很短的時(shí)間內(nèi)掌握機(jī)器人的基本操作功能。

安川機(jī)器人沖壓生產(chǎn)線

1. 生產(chǎn)線介紹

該機(jī)器人沖壓生產(chǎn)線(見圖1)用于沖壓汽車車橋零件，工件輸送采用機(jī)器人自動(dòng)傳輸方式，其中人工將工件放置在拆跺臺(tái)上，拆跺臺(tái)靠磁力進(jìn)行定位夾緊，拆垛機(jī)器人抓取工件進(jìn)行雙料檢測(cè)，隨后送至壓機(jī)內(nèi)，中間4 臺(tái)機(jī)器人進(jìn)行不同工序的搬運(yùn)沖壓，最后卸料工序由兩臺(tái)卸料機(jī)器人組成，針對(duì)雙工位沖壓進(jìn)行快速卸料。

(1)總體布局包括壓力機(jī)和沖壓自動(dòng)化系統(tǒng)，其中沖壓自動(dòng)化系統(tǒng)通常包含拆垛系統(tǒng)、自動(dòng)傳輸系統(tǒng)和線尾出料系統(tǒng)。該系統(tǒng)將工人上料工位與端拾器更換分開布置，保證了系統(tǒng)操作的安全和簡(jiǎn)便。

(2) 該生產(chǎn)線選用日本安川生產(chǎn)的MOTOMANEPH130RLD/EPH4000D 機(jī)器人。機(jī)器人操作說明書全部為中文，簡(jiǎn)單易學(xué)、便于掌握且使用方便;機(jī)器人操作盒擁有超大屏幕，包含中英文雙語顯示并可快速切換，屏幕窗口顯示采用下拉式菜單，使編輯操作過程簡(jiǎn)單易行。

(3)從生產(chǎn)線控制來看，該系統(tǒng)能在手動(dòng)、自動(dòng)兩種狀態(tài)下進(jìn)行快速切換。系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及系統(tǒng)報(bào)警可在主操作盤上顯示;系統(tǒng)具有故障自診斷功能;控制系統(tǒng)靈敏可靠、故障少，且操作和維護(hù)方便。自動(dòng)化沖壓線的控制采用三菱Q 系列高性能CPU。壓機(jī)PLC 與整線PLC 之間采用CC-link 現(xiàn)場(chǎng)總線形式通信。周邊傳感器等通過總線和相應(yīng)的PLC 或遠(yuǎn)程I/O 單元通信。整線PLC 與機(jī)器人控制系統(tǒng)之間通過CC-link 總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。配備相關(guān)安全裝置，確保有故障時(shí)及時(shí)報(bào)警或停機(jī)，確保操作人員安全。

(4)從系統(tǒng)的應(yīng)用適應(yīng)性來看，該系統(tǒng)為柔性系統(tǒng)，對(duì)不同尺寸、不同類型的沖壓具有良好的適應(yīng)性，更換不同的端拾器即可，適用于多車型的柔性生產(chǎn)。

2. 生產(chǎn)線功能及特點(diǎn)

(1)功能：整線生產(chǎn)節(jié)拍，空運(yùn)轉(zhuǎn)CT 值為6s ;整線滿足零件從第一臺(tái)壓機(jī)工序上料至第四臺(tái)壓機(jī)下料(含皮帶機(jī))的自動(dòng)搬送功能，具有全線自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)及單臺(tái)壓機(jī)手動(dòng)生產(chǎn)兩種生產(chǎn)模式;滿足零件在搬送過程實(shí)現(xiàn)上下翻轉(zhuǎn)以及水平旋轉(zhuǎn)功能要求;采用便捷式拆垛平臺(tái)，滿足整線生產(chǎn)以及多工序生產(chǎn)需求;全線自動(dòng)化集成(含安全聯(lián)鎖、急停、循環(huán)停止、啟動(dòng)和節(jié)拍控制等);采用便捷式皮帶機(jī)對(duì)物料進(jìn)行傳輸;滿足沖壓生產(chǎn)的多工藝性要求，比如沖壓線同時(shí)滿足2 ～ 3種工件同時(shí)生產(chǎn)。

(2)特點(diǎn)：該系統(tǒng)提高了沖壓設(shè)備的自動(dòng)化程度，同時(shí)還可減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度;沖壓生產(chǎn)線運(yùn)行成功率最小達(dá)到90% ;自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)故障時(shí)預(yù)留人工操作空間，以減少機(jī)器人故障造成的停產(chǎn)時(shí)間;與主控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連鎖控制;壓機(jī)具有模具自動(dòng)識(shí)別功能。

3. 主要結(jié)構(gòu)

(1)機(jī)器人

該生產(chǎn)線采用了7 套機(jī)器人，包括3 套EPH130RLD 機(jī)器人和4 套EPH4000D 機(jī)器人。MOTOMAN-EPH130RLD/EPH4000D 機(jī)器人均采用了新型交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、高輸出、響應(yīng)快、高可靠性和維護(hù)保養(yǎng)方便等特點(diǎn)。因此機(jī)器人本體更緊湊、更靈活，同時(shí)具有了更大的運(yùn)動(dòng)空間和更好的穩(wěn)定性，以及可以適應(yīng)各種工藝姿態(tài)的卓越性能。機(jī)器人持重130 kg/200 kg，作業(yè)半徑R為3 474 mm/3 505 mm。同時(shí)，MOTOMAN-EPH130RLD/EPH4000D 機(jī)器人具有非常簡(jiǎn)單的示教及編程特性。

安川機(jī)器人EPH130RLD/EPH4000D 具備客戶化定制界面，例如針對(duì)沖壓自動(dòng)化的軟件包(選項(xiàng));控制器軟件能夠最大限度地壓縮新生產(chǎn)線的學(xué)習(xí)和設(shè)置時(shí)間，顯著提高工作效率;模塊化程序結(jié)構(gòu)、程序向?qū)б约皥D形化生產(chǎn)窗口，有助于加快操作員與機(jī)器人程序員的掌握進(jìn)度。

軟件包含優(yōu)化功能，當(dāng)生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間之后，可以進(jìn)行機(jī)器人/ 壓力機(jī)的優(yōu)化工作，以提高整線的生產(chǎn)節(jié)拍。優(yōu)化是機(jī)器人/ 壓力機(jī)提前發(fā)送信號(hào)給相鄰設(shè)備，使相鄰設(shè)備提前進(jìn)行動(dòng)作，從而提高生產(chǎn)效率。

(2)拆跺機(jī)

該生產(chǎn)線采用兩套拆垛機(jī)(見圖2)，具備自動(dòng)切換抓取工件的模式，主要由磁力裝置、調(diào)整裝置、檢測(cè)裝置、框架及滑行裝置組成。

工件在拆垛臺(tái)首先放料時(shí)粗定位，然后通過磁性分張器對(duì)垛料進(jìn)行分張，降低拆垛時(shí)吸雙料的故障率。拆垛臺(tái)配置末料檢測(cè)裝置，檢測(cè)機(jī)器人拆垛完成時(shí)，機(jī)器人自動(dòng)進(jìn)入待料狀態(tài)，放完料之后，快速恢復(fù)生產(chǎn)。

(3)端拾器放置滑臺(tái)裝置

該生產(chǎn)線的所有端拾器均采用自動(dòng)切換方式，由手輪、滑軌、端拾器定位機(jī)構(gòu)及滑臺(tái)定位裝置組成，如圖3 所示。

(4)端拾器

端拾器(見圖4)主要應(yīng)用在現(xiàn)有鈑金件沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，為機(jī)器人對(duì)零件進(jìn)行搬送的工裝。它安裝在壓機(jī)的上下料機(jī)器人上， 通過軌跡示教， 帶動(dòng)端拾器按照預(yù)設(shè)軌跡完成對(duì)工件的拾取工作。

目前汽車沖壓線的生產(chǎn)過程中，采用鋁型材進(jìn)行端拾器設(shè)計(jì)和制造，利用其輕量化、高強(qiáng)度和高剛性的特點(diǎn)，使機(jī)器人端拾器在搬送零件時(shí)減輕負(fù)載、減小晃動(dòng)，提高在零件搬送過程中的穩(wěn)定性。

該生產(chǎn)線上的端拾器采用標(biāo)準(zhǔn)化通用設(shè)計(jì)，保證一種端拾器滿足多種工件的需求;利用電永磁鐵，滿足負(fù)荷需求的同時(shí)，增加了搬運(yùn)過程的穩(wěn)定性。

此外，在設(shè)計(jì)端拾器時(shí)，我們會(huì)根據(jù)客戶現(xiàn)有的實(shí)際情況進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，保證其通用、可靠，并確保端拾器手動(dòng)調(diào)整方便、快捷且牢固可靠。

(5)壓機(jī)裝置

壓力機(jī)滑塊增加PASCAL 自行走式夾緊器，一次性安裝，模具夾緊簡(jiǎn)單、可靠。

①壓力機(jī)上模采用自行走式夾緊器對(duì)上模或者上模墊板進(jìn)行自動(dòng)夾裝。

②自行走式夾緊器由氣缸和特殊的鏈條構(gòu)成，可以使夾緊器在T 型槽內(nèi)自由滑動(dòng)行走，滿足不同尺寸的模具及墊板的需求。

③采用4 個(gè)夾緊器，每個(gè)夾緊器夾緊力為98.0kN，保證模具安全穩(wěn)定地工作。

④獨(dú)立的控制單元，控制單元由泵與不漏閥的機(jī)能有機(jī)地結(jié)合形成的電氣控制(電磁閥操作)的油壓控制單元。小型不占空間的HCS 最適合用于小型、中型壓力機(jī)的模具夾緊器控制。HCS控制單元安裝在滑塊內(nèi)部，節(jié)省空間，不影響維護(hù)。夾緊器和控制單元如圖6、圖7 所示。

⑤ 下模自動(dòng)夾緊器。下模采用4 個(gè)自動(dòng)滑動(dòng)式夾緊器進(jìn)行夾持，每個(gè)夾緊器夾持力為6.0kN，對(duì)下模換模墊板與工作臺(tái)進(jìn)行夾持。自動(dòng)滑動(dòng)式在換模時(shí)，自動(dòng)避讓下模換模墊板，保證自動(dòng)換模。

下模采用VSB 電氣控制單元以及HUT 氣壓驅(qū)動(dòng)動(dòng)力單元。HUT 動(dòng)力單元是使用了超小型、高性能的泵，根據(jù)氣壓活塞和油壓活塞的面積比把壓縮空氣的壓力轉(zhuǎn)換為高壓油壓，對(duì)油壓夾緊器最合適的油壓源。電氣控制單元采用特殊無漏密封機(jī)構(gòu)，在斷開驅(qū)動(dòng)氣壓、泵停止的狀態(tài)下也能長(zhǎng)時(shí)間保障夾緊器的油壓。夾緊回路和舉?；芈返膬煞N油壓回路能構(gòu)成具備基本功能的、安全的油壓回路。

該裝置具有較強(qiáng)的安全性。根據(jù)由夾緊回路與舉?；芈方M合而成的壓力開關(guān)的電信號(hào)，能構(gòu)成一系列連鎖反應(yīng)。舉模臂為下降狀態(tài)(舉?；芈酚蛪涸谠O(shè)定壓力以下)，夾緊回路油壓在設(shè)定壓力以上時(shí)壓力機(jī)可以運(yùn)轉(zhuǎn)。壓力機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中夾緊回路油壓下降，夾緊力降低時(shí)，壓力機(jī)會(huì)緊急停止。

結(jié)語

隨著市場(chǎng)需求的不斷發(fā)展，必將導(dǎo)致沖壓自動(dòng)線的技術(shù)含量不斷提升，沖壓自動(dòng)線規(guī)劃需要考慮的因素也會(huì)不斷變化。針對(duì)國(guó)內(nèi)汽車生產(chǎn)現(xiàn)狀，安川首鋼機(jī)器人有限公司利用安川機(jī)器人自行開發(fā)了自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線具有形式多樣、結(jié)構(gòu)合理的優(yōu)勢(shì)，每個(gè)子系統(tǒng)又可細(xì)分為很多不同的類型。安川機(jī)器人沖壓生產(chǎn)線的應(yīng)用，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)率，改善了產(chǎn)品質(zhì)量，并且大大提高了車身制造水平。