机器人在冲压生产线中的应用

1 引言

       随着汽车业的快速发展，车外型愈求美观流线，并由于汽车外板件要求完美无尘的冲压生产线也向高速化、高品质、自动化、柔性化方向发展。传统冲压生产过程中的手工操纵、人工送料的生产方式已无法满足该行业的需要。

       在冲压生产中采用产业机器人(机械手)代替人工操纵，构成自动化生产单元或组玉成自动生产线，是进行高速、高效、高质量的冲压生产的一种有效方法，也是现代冲压生产技术的重要发展方向。

       机器人冲压生产线在国外已运用多年，但在国内很少，特别是集合总线控制、网络数字通讯等国际先进技术的全自动机器人冲压生产线在国内还没有。

2 机器人冲压生产线的构成及功能

       机器人冲压生产线是湖南长丰汽车制造股份有限公司与库卡自动化设备(上海)有限公司共同合作完成的。该冲压生产线由4台压机、6台KUKA机器人、总线控制台、两个拆垛工作台，对中台及磁性皮带送料机、清洗机．线末皮带机组成、及线末计数器组成。

(1)压机。

       由一台2000t双动压机和1台1000t及2台800t单动压机组成。压机采用PLC控制，能存储并调用每个工件的参数如闭合高度、压边力、平衡缸的压力等，并能提供压机的角度位置给机器人。

(2)KUKA机器人。

       KUKA机29人KR100P，6台站地上，额定荷重100kg，含盖范闸R3501mm，控制箱KR C2；中文或英文软件(标准形式)，KUKA控制面板带有10m电缆线连结机械手臂与控制器，使用方便且为携带式，可采用中文或英文界面。机械人为紧凑和节省空间的设计，AC服务器6轴关节自由度，尽对位置的感应，六轴皆含煞车系统，机械手臂除了原有的抓取重量，另外还可额外负载重量于第三轴手臂上，机械手臂至控制箱电缆线长7m。

(3)板料规格描述。

       材料：含油薄钢板(镀锌板或棵板)。
       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。板料外形不规则，并且中间可能有落料不规则孔。

(4)机器人控制系统具有以下功能：①可进行轨迹编程；②能显示该单元的故障信息、操纵信息、零件信息；③能提供必要的操纵指导及诊断信息；④能协调机器人与压机的工作过程；⑤机器人电柜内具有扩展I/O接口。

3 运行模式

       (1)正常的运行模式。对每一控制台(压机除外)有两个运行模式：“自动”和“手动”(压机有5个模式)，在每个控制台上有一个“自动／手动”转换开关。生产线以自动方式运行时，压机以单次行程的方式运行，但在上死点必须停车等待指令：①生产线自动运行模式“AUTO”；②生产的正常模式，桉循环顺序连续运动；③生产线各设备在“起始位置”；④每台压机控制面板上的转换开关在“连续”；⑤每个单元控制面板上的转换开关在“自动”；⑥阻栏门封闭，并按”循环开始”；⑦主控制台及单元控制台的“现场/远控”转换开关在“远控”。
       (2)手动模式“MANU”。这种模式可以实现所有的动作，但必须按照该零件规定的轨迹动作。从手动模式到自动模式的转换必须尽可能地快、简单。
       (3)停止模式。
       (4)紧急停止。在发生事故时使用紧急停止按钮，紧急停止使生产线上的机器人的所有动作立即停止，压机立即停车。如：压机的主电机、离合制动器、液压站、压缩空气进口等全部停止。紧急停止切断所有动力同路(电、气、液)；所有的电柜及柠制台中断上作。当紧急停止时，生产线两边各有一个红色信号灯闪烁。紧急停止时，信号灯、可编程控制器的供电，电子凸轮的进口不切断，不切断安全组件上的压缩空气，不断切端拾器的真空回路。紧急停止引起：①在压机控制板上显示故障号；②在主控制台及相关单元的控制台上显示故障发生的位置及内容；③紧急停止按钮；④紧急停止按钮的位置，每个安全围栏门“申请进进控制台”上及主控制台上。
       (5)立即停止。其作用等同于紧急停止(即机器人及压机立即停止运行，压机滑块在回程时答应继续运行并停在上死点)，但不叨断运行回路，其作用仅限于立即停止的那个单元(机器人+压机)，立即停止按钮安装在：①每个机器人控制台；②每个压机控制台；③每个双手按钮；④主控制台；⑤线末零件计数台。
       (6)故障诊断。自动化控制系统能通过现场总线实时监测生产线的运行状态，对机器人、PLC与压力机的异常状态能及时进行报警并进行相应的诊断。包括：①动力故障(包括上回路及分支控制回路，所有断路器、接触器及保险的工作检测)；②控制部分故障(包括控制电路、真空系统等)；③机械部分故障；④功能性故障；⑤其它故障。

       生产线具有故障远程诊断功能。当生产线发生无法解决的故障时，使用职员启动远程诊断功能，制造商能通过因特网读取生产线运行状态数据，并查看生产线的视频状态，判定故障原因，维修职员根据制造商的建议排除故障。

4 系统优越性

       (1)生产速度高。生产线的节拍，一方面通过进步机器人速度和压机速度可以直接进步生产线的节拍，另一方面通过优化机器人及压机的程序，减少二者的等待时间间隔进步生产线节拍。具体地说，送料时修改机器人程序，在机器人未完全退出中间时即呼唤压机起动，在压机下行到一定位置时，压机将检测机器人是否完全退出，否则压机立即停机，保证了设备的安全； 取料时修改压机的程序，在压机未到上死点时，即呼唤机器人起动，当压机停到上死点时，机器人已经吸气取料。大部分的零件还有忧化的余地。
       (2)生产线上新工件时，调试速度快，机械手式的全自动生产线，调试一个零件(需制造6套端拾器及具零件编程等)共需3天的时间，而机器人生产线调试一个零件仅需1天的时间。
       (3)零件质量高。机器人全自动生产线，下料机从前一工位取料放进到清洗机上，清洗加油完成并送到位后，后一工位的机器人再从定位台L取判放人模具，而机器人从上一工位取料后直接放进下一工位，减少了中间环节，零件质量高，特别对外观件有重要意义。
       (4)机器人编程方便快捷。由于每台机器人有一手提式的示教器，其友好的用户界面，可以让编程职员灵活快速地实现机器人的各种动作。
       (5)柔性大。机器人最大的特点是柔性大，可以单轴运动，也可6轴联动完成各种复杂的空间运动，其轨迹可以是各个空间方向的直线、圆周，可以是各种规则或下规则空间曲线。任何结构的模具，机器人皆可轻易上料、取料。

5 结束语

       长丰机器人冲压生产线是国内第一条采用总线控制、网络连接等国际先进技术的机器人冲压生产线，功能强大，操纵方便。同时将操纵工人从繁重、单调、危险的工作环境中解放出来。随着A线机器人生产线在冲压领域的成功应用，进步了国内冲压行业的自动化水平，增强了在世界上的竞争能力。

       机器人冲压生产线具有柔性大、应用范围广、生产速度高、工件质量好的特点，与机械手式的生产线相比，其价格低廉，机器人的冲压生产线是今后的发展趋势。