工业机器人在冲压自动化生产线中的应用

第3期(总第160期)

2010年6月机械工程与自动化

M ECHA N ICAL EN GI NEER IN G &　AU T O M A T IO N N o.3Jun.

文章编号:1672-6413(2010)03-0133-03

工业机器人在冲压自动化生产线中的应用

陈立新,郭文彦

(华北电力大学机械工程系,河北　保定　071003)

摘要:首先分析了机械手自动化生产线和机器人自动化生产线的区别及优劣。然后以机器人自动化冲压线为例,分析了其机械部分的结构及特点,并对其进行了总体布局设计和电气监控设计。结果表明,设计方案可同时实现单独控制和连线自动控制的功能,并可与安全总线一起构成安全防护系统,具有一定的实用性和参考价值。

关键词:工业机器人;冲压;自动化

中图分类号:T P242.2∶T G 38 文献标识码:A

收稿日期:2009-09-27;修回日期:2010-01-21

作者简介:陈立新(1963-),女,河北保定人,副教授,博士,主要研究方向为机械设计及制造。

0　引言

汽车车身钣金件冲压线是汽车生产过程中的重要设备,其生产质量和效率直接影响到汽车的质量和生产效率。冲压生产自动化是提高劳动生产率和改善劳动条件的有效措施和主要方法。随着我国汽车、电器产品质量的不断提高和生产规模的不断扩大,我国金属冲压行业实现生产自动化势在必行。1　各种生产方式的比较

冲压工艺中的生产方式有传统的人工生产方式(如图1所示)与自动化生产方式(如图2与图3所示)。从产品质量的稳定性、人员劳动强度、安全生产、生产效率各方面进行比较,自动化生产方式有较大优势,也是冲压生产方式的发展趋势。冲压自动化生产线又分为机械手自动化生产线、机器人自动化生产线和多工位压力机生产线等方式。

图1　人工生产线示意图

图2　机械手自动化生产线示意图

机械手自动化生产线和机器人自动化生产线的区

别主要表现在以下几个方面:

(1)安装方式:机器人线在地面安装,与压力机没有机械上的连接;机械手线在压力机立柱间安装钢梁,附着在压力机上。

(2)使用特点:机器人线通过端拾器的切换和机器人动作轨迹的调整,更加柔性化。

(3)生产节拍:机器人线生产节拍为7件/min～10件/min,机械手线为8件/min～12件/min。

(4)投资成本:机器人线投资低,机械手线投资高。因为生产节拍是一个综合指标,它不仅取决于某一设备,而且取决于自动化设备、压力机、模具3者的协调匹配关系,如达到10件/min以上,对压力机和模具的要求就相应提高,意味着投资增加。

综合考虑,使用机器人自动化线更加经济、适用。机械手自动化线适于大间距的压力机生产线,同时适用于已有生产线的自动化改造。通过更换端拾器,机器人自动化生产线可适合多车型的生产,

柔性更高。

图3　机器人自动化生产线示意图

2　机器人冲压自动化生产线设计

机器人自动化冲压生产线运行循环方式为:垛料

拆垛(机器人拆垛)-板料传输-板料涂油-板料对

中-上料机器人送料-(首台压机冲压)-下料机器人

取料、送料-(压机冲压)-(根据工序数量循环)-下

料机器人取料、送料-(末端压机冲压)-线尾机器人

取料、放料-皮带机输送-人工码垛。

本文以长城汽车的机器人冲压自动化生产线为例

对其整体布局、电器控制等进行具体设计。

2.1　系统组成

本系统包括拆垛系统、涂油机、对中台、压力机

兼上下料系统、线尾输送系统。

拆垛系统采用可循环式双垛料台,导轨布置平行

于压力机,冲压板料用行车或叉车放置在非工作垛料

台上,然后通过有效信号确认上料完毕,系统将在一

台拆垛完成后自动转换垛料台,保证连续生产;在垛

料车上配备磁力分张器,通过磁力将垛料自动拆垛成

单张。在拆垛机器人上有双料检测以及双料处理装置

以保证每次为单张送料。拆垛机器人将板料放置在长

度可调的磁性传送带上,板料送至涂油机,板料是否

涂油及涂油位置可通过编程自行设定,板料涂油后,传

送到对中台。

对中台采用机械对中台,可方便地进行移动和固

定,同时使用重力对中或视觉对中系统,保证板料的

重复定位快捷、准确与牢固;上料机器人根据每个零

件的对中位置,改变运行轨迹,将板料准确地搬运到

压力机内;对不同的冲压制件进行机器人的模拟示教,

离线编程,以适应多种制件的共线生产;线尾输送采

用皮带机,在生产线的末端放置皮带机,保证最后一

台压力机的机器人直接将零件放置到皮带机上,达到

出件效果。

通过软件使机器人跟踪压机的运动,实现压机与

机器人同步功能,可以最大化上下料与压机运动之间

的重合度,达到平稳切换其速度来缩短生产节拍及减

少机械负荷的目的。

通过增加外部轴,做为机器人的第七轴进行伺服

控制,使压力机间的间距布置更加自由;同时,机器

人的传送范围和搬运速度得到提升,生产节拍更快。

2.2　控制系统

2.2.1　总体控制方案

本系统包括拆垛机、涂油机、对中台、上下料系

统、线尾输送系统,各分系统间的电气控制按照集中

监控、分散控制的原则。在各控制部分控制系统中,采

用设备层和控制层的典型控制模式,每个层次中使用

不同的网络结构及软硬件配置,以实现各自不同的功

能。

2.2.2　控制层

各部分控制系统采用具有现场总线形式的PLC

控制方式,具有单独控制及连线自动控制的功能。为

保证系统稳定可靠地运行,可采用西门子S7-416-

2DP的PLC,现场总线采用西门子Profibus总线及工

业以太网控制系统。每个控制部分的PLC之间及各

PLC与上位机之间的数据交换采用工业以太网方式,

供监控系统联网使用。压力机控制系统需配备

Ethernet card与机器人控制系统接口,控制系统与机

器人系统间通过Pro fibus-DP现场总线形式实现信

息交换和连锁对接。

2.2.3　设备层

设备层在整个控制系统中处于最底层,是整个控

制系统的关键环节,主要包括现场操作站、现场设备

检测单元(如接近开关、光电开关)、现场其他输入设

备、现场执行机构(如电动机、电磁阀)等,直接或通过

现场总线与控制层中的PLC相联系,将输入信号发送

给PLC,并将PLC输出指令发送到现场设备。各种传

感器和阀的接线盒通过现场总线(Pr ofibus-DP)和相

应控制单元通讯。

・

134

・　机械工程与自动化 2010年第3期