文/梁家春·奇瑞汽車(chē)股份有限公司乘用車(chē)公司設(shè)備部

汽車(chē)沖壓車(chē)間中機(jī)器人的應(yīng)用案例

文/梁家春·奇瑞汽車(chē)股份有限公司乘用車(chē)公司設(shè)備部

隨著汽車(chē)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各汽車(chē)廠都在采用新的自動(dòng)化設(shè)備，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。國(guó)內(nèi)自主汽車(chē)品牌奇瑞公司，率先從國(guó)外引進(jìn)了多條先進(jìn)的沖壓生產(chǎn)線，采用機(jī)器人技術(shù)代替人工操作、實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)。本文將對(duì)公司沖壓生產(chǎn)線中機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用，做系統(tǒng)介紹。

奇瑞公司沖壓項(xiàng)目共有沖壓生產(chǎn)線多條，現(xiàn)以沖壓三車(chē)間34線為例來(lái)說(shuō)明機(jī)器人在沖壓生產(chǎn)線上的應(yīng)用。34線全自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線由4臺(tái)壓力機(jī)、6臺(tái)KUKA機(jī)器人、總控制臺(tái)、主操作臺(tái)、兩臺(tái)可移動(dòng)拆垛工作臺(tái)、對(duì)中臺(tái)及磁性皮帶送料機(jī)、涂油機(jī)、線尾皮帶機(jī)及檢驗(yàn)臺(tái)組成。

壓力機(jī)

圖1 整線布局

34線由1臺(tái)LS4-1600/C單動(dòng)多連桿閉式四點(diǎn)機(jī)械式壓力機(jī)和3臺(tái)JE39-800T單動(dòng)閉式四點(diǎn)機(jī)械式壓力機(jī)組成，整線布局如圖1所示。LS4-1600/C壓力機(jī)主要技術(shù)參數(shù)中：公稱(chēng)力，16000kN；公稱(chēng)力行程，下死點(diǎn)前13mm；滑塊行程長(zhǎng)度，1000mm；最大裝模高度，1400mm；裝模高度調(diào)節(jié)量，700mm；行程次數(shù)，3～18次可調(diào)。JE39-800T壓力機(jī)主要技術(shù)參數(shù)中：公稱(chēng)力，8000kN；公稱(chēng)力行程，下死點(diǎn)前13mm；滑塊行程長(zhǎng)度，1000mm；最大裝模高度，1400mm；裝模高度調(diào)節(jié)量，700mm；行程次數(shù)，3～18次可調(diào)。所有壓力機(jī)均采用西門(mén)子S7-300系列PLC單獨(dú)控制，能夠存儲(chǔ)并調(diào)用每個(gè)沖壓工件模具的參數(shù)，如裝模高度、氣墊壓力、滑塊平衡器的壓力等。同時(shí)，可向機(jī)器人提供壓力機(jī)的各種需要的角度信號(hào)和位置信號(hào)。

機(jī)器人

在34生產(chǎn)線中，6臺(tái)KUKA機(jī)器人KR120P安裝于地面上，額定荷重120kg，最大運(yùn)動(dòng)半徑R為3501mm。機(jī)器人控制器KRC2含空調(diào)、沖壓自動(dòng)化功能包、帶有20m延長(zhǎng)電纜線的KUKA手持編程器、Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線、接線端子箱和Profibus總線遠(yuǎn)程接口模塊、25m機(jī)器人控制柜與機(jī)器人本體連接電纜等。示教器可采用中、英文界面，整個(gè)機(jī)器人操作使用方便，示教程序簡(jiǎn)單，機(jī)器人為6軸關(guān)節(jié)自由度，柔性強(qiáng)。相對(duì)、絕對(duì)和世界坐標(biāo)位置的感應(yīng)，每個(gè)軸均有機(jī)械精確位置通過(guò)校準(zhǔn)程序進(jìn)行校準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況見(jiàn)圖2。

圖2 機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

整線板料規(guī)格

⑴材料：矩形、梯形、不規(guī)則的鍍鋅鋼板或非鍍鋅鋼板。

⑵板料尺寸：板件流向垂直方向最大為2500mm，板件流向方向最大為1400mm，料厚最小為0.5mm，最大為2.0mm。

⑶拾取重量：每個(gè)機(jī)器人取料最大單件板料重量為35kg，整線可實(shí)現(xiàn)單進(jìn)雙出，即雙件分離。

機(jī)器人控制系統(tǒng)的功能

⑴可進(jìn)行軌跡編程，程序優(yōu)化，機(jī)器人數(shù)據(jù)備份。

⑵能顯示該單元的故障信息、操作信息、零件信息。

⑶能提供必要的操作指導(dǎo)及診斷信息。

⑷能協(xié)調(diào)控制機(jī)器人與壓力機(jī)的工作過(guò)程，機(jī)器人/壓力機(jī)狀態(tài)互鎖監(jiān)控，機(jī)器人/機(jī)器人狀態(tài)互鎖監(jiān)控，速度自動(dòng)調(diào)節(jié)。

⑸機(jī)器人電柜內(nèi)具有擴(kuò)展I/O接口，Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線接口，以太網(wǎng)接口。

運(yùn)行模式

⑴正常的運(yùn)行模式。在每一臺(tái)機(jī)器人控制柜上有兩個(gè)運(yùn)行模式，即“自動(dòng)”和“手動(dòng)”（壓力機(jī)5個(gè)模式），在每個(gè)控制臺(tái)上都有一個(gè)“自動(dòng)／手動(dòng)”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。生產(chǎn)線以自動(dòng)方式運(yùn)行時(shí)，壓力機(jī)以單次行程的方式運(yùn)行，整線需要滿足以下條件：

①生產(chǎn)線緊急停止復(fù)位。

②生產(chǎn)線自動(dòng)運(yùn)行模式“AUTO”。

③生產(chǎn)正常模式，按循環(huán)順序連續(xù)運(yùn)動(dòng)。

④生產(chǎn)線壓力機(jī)在“上死點(diǎn)”，機(jī)器人在“HOME”點(diǎn)。

⑤每臺(tái)壓力機(jī)控制面板上的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在“連續(xù)”。

⑥每個(gè)機(jī)器人單元控制面板上的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在“自動(dòng)”。

⑦各單元安全門(mén)關(guān)閉，并按“循環(huán)開(kāi)始”。

⑧主控制臺(tái)及單元控制臺(tái)的“現(xiàn)場(chǎng)/自動(dòng)”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在“自動(dòng)”。

⑵手動(dòng)模式“MANU”。在此模式下可進(jìn)行沖壓新品零件軌跡示教編程，這種模式可以操作機(jī)器人所有可能的動(dòng)作，切換機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模式等。這種模式下操作機(jī)器人的時(shí)候，因人員可以進(jìn)入機(jī)器人運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)，需要注意人身和設(shè)備安全，不可預(yù)料的情況下，使用T1模式，運(yùn)動(dòng)速度調(diào)整較低。在軌跡確認(rèn)準(zhǔn)確無(wú)誤時(shí)，可以用T2模式高速運(yùn)行試驗(yàn)。

⑶停止模式。在生產(chǎn)線完成生產(chǎn)任務(wù)或清空生產(chǎn)線時(shí)，使用停止模式。

⑷緊急停止。在發(fā)生事故時(shí)使用緊急停止按鈕，緊急停止使生產(chǎn)線上機(jī)器人的所有動(dòng)作立即停止，壓力機(jī)滑塊立即停止。當(dāng)緊急停止時(shí)，生產(chǎn)線兩邊各有一個(gè)紅色信號(hào)燈閃爍，信號(hào)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。緊急停止將引起在壓力機(jī)人機(jī)界面上顯示故障號(hào)、在主控制臺(tái)及相關(guān)單元的控制屏上顯示故障發(fā)生的位置及內(nèi)容。

⑸立即停止。作用基本等同于緊急停止，但不切斷運(yùn)行回路，作用僅限于立即停止的那個(gè)單元（機(jī)器人＋壓力機(jī)），整線立即停止按鈕布置在每個(gè)機(jī)器人控制臺(tái)、每個(gè)壓力機(jī)操作面板、主控制臺(tái)及線尾皮帶機(jī)控制柜上。

⑹故障診斷。自動(dòng)化控制系統(tǒng)能通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)機(jī)器人、PLC與壓力機(jī)的異常狀態(tài)能及時(shí)報(bào)警并進(jìn)行相應(yīng)的診斷。主要包括：壓力機(jī)滑塊位置及所有狀態(tài)、機(jī)器人的位置及所有狀態(tài)、整線運(yùn)行狀態(tài)、所有的輸入輸出回路監(jiān)控、控制電路、真空系統(tǒng)、總線監(jiān)控、功能性故障及操作提示等。當(dāng)生產(chǎn)線發(fā)生無(wú)法解決的故障時(shí)，可以啟用設(shè)備維修與維護(hù)并進(jìn)行在線診斷功能，使維修人員可以快速地判斷故障，查找故障原因，指導(dǎo)維修人員根據(jù)相應(yīng)提示來(lái)排除故障。

系統(tǒng)優(yōu)越性

⑴生產(chǎn)速度高。生產(chǎn)線的節(jié)拍，一方面可以通過(guò)提高機(jī)器人速度和壓力機(jī)速度直接提高生產(chǎn)線的節(jié)拍，另一方面通過(guò)優(yōu)化機(jī)器人軌跡及壓力機(jī)的程序，減少二者的等待時(shí)間間隔提高生產(chǎn)線節(jié)拍。具體來(lái)講，可從以下幾個(gè)方面來(lái)提高線速：

①機(jī)器人送料時(shí)修改機(jī)器人程序，在機(jī)器人未完全退出模具區(qū)域時(shí)機(jī)器人發(fā)送壓力機(jī)啟動(dòng)信號(hào)，啟動(dòng)壓力機(jī)運(yùn)行，在壓力機(jī)滑塊下行到與機(jī)器人干涉位置時(shí)，壓力機(jī)將檢測(cè)機(jī)器人是否完全退出，否則壓力機(jī)滑塊立即停止，保證設(shè)備的安全。

②取料時(shí)可修改壓力機(jī)程序，在壓力機(jī)未到上死點(diǎn)時(shí)發(fā)送啟動(dòng)機(jī)器人信號(hào)啟動(dòng)機(jī)器人，當(dāng)壓力機(jī)停到上死點(diǎn)時(shí)，機(jī)器人開(kāi)始吸氣取料。

③對(duì)機(jī)器的過(guò)渡軌跡點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，在確保安全的同時(shí)提高加速度。

④最理想的狀態(tài)是機(jī)器人和壓力機(jī)速度同步，壓力機(jī)根據(jù)機(jī)器人的運(yùn)行速度自行調(diào)節(jié)主電機(jī)速度。

⑵生產(chǎn)線上新工件時(shí)，調(diào)試速度快?？焖俑鼡Q端拾器，機(jī)器人可以示教編程，操作簡(jiǎn)單、易學(xué)。

⑶零件質(zhì)量高。機(jī)器人全自動(dòng)生產(chǎn)線，拆垛機(jī)器人從前一工位取料放入到清洗機(jī)上，經(jīng)過(guò)清洗完成的板料送到對(duì)中臺(tái)進(jìn)行自動(dòng)對(duì)中，上料機(jī)器人再?gòu)膶?duì)中臺(tái)取料放人模具中，而后續(xù)機(jī)器人從上一工位壓力機(jī)取料后直接放入下一工位壓力機(jī)模具中，避免了中間環(huán)節(jié)的污染，零件質(zhì)量高，特別對(duì)外觀件有重要意義。

⑷機(jī)器人編程方便快捷。由于每臺(tái)機(jī)器人有一手提式的示教器，開(kāi)放性的Windows中文操作系統(tǒng)，人性化設(shè)計(jì)的用戶界面，只要會(huì)操作電腦的人員均可以輕松地操作機(jī)器人，讓編程人員靈活快速地實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的各種動(dòng)作。

⑸柔性大。機(jī)器人最大的特點(diǎn)是柔性大，可以實(shí)現(xiàn)單軸運(yùn)動(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)6軸聯(lián)動(dòng)完成各種復(fù)雜的空間運(yùn)動(dòng)，其軌跡可以是各個(gè)空間方向的直線、圓周，可以是各種規(guī)則空間曲線。任何結(jié)構(gòu)的模具，機(jī)器人皆可輕易地上料和取料。

結(jié)束語(yǔ)

隨著機(jī)器人技術(shù)的普遍運(yùn)用，汽車(chē)工業(yè)更新?lián)Q代速度的加快，日益呈現(xiàn)出生產(chǎn)規(guī)?；?、車(chē)型個(gè)性化、車(chē)型變化快、多車(chē)型共線生產(chǎn)的局勢(shì)，機(jī)器人沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的使用將沖壓操作工從繁重、單調(diào)、危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來(lái)，而且控制技術(shù)先進(jìn)、功能強(qiáng)大、操作方便。因此，機(jī)器人沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線是沖壓生產(chǎn)線的發(fā)展趨勢(shì)。

梁家春，設(shè)備技術(shù)科科長(zhǎng)，主要從事汽車(chē)制造四大工藝的設(shè)備技術(shù)管理，設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化建立，設(shè)備前期項(xiàng)目規(guī)劃，關(guān)鍵質(zhì)量設(shè)備的管理與控制，設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題攻關(guān)與解決，設(shè)備重大投資及改造可行性分析與論證等。