文/申強·同濟大學 一汽解放汽車有限公司卡車廠

沖壓自動化生產(chǎn)線設備運行軌跡干涉原因分析及改進措施

文/申強·同濟大學 一汽解放汽車有限公司卡車廠

本文介紹了一汽解放汽車有限公司卡車廠薄板車間沖壓自動化生產(chǎn)線機器人取料及上料的控制方式及壓力機的安全角度設置，重點闡述了壓力機與機器人之間的安全連鎖、運行軌跡干涉情況，分析并闡述了自動化生產(chǎn)線機器人和壓力機發(fā)生碰撞的原因及改進措施。

一汽解放汽車有限公司卡車廠薄板車間沖壓生產(chǎn)線是卡車生產(chǎn)行業(yè)中應用較早的自動化生產(chǎn)線，該自動化生產(chǎn)線由上料系統(tǒng)（拆垛頭、過渡皮帶機、清洗機、涂油機、對中臺、上料手）、5臺壓力機（首臺2050t雙動壓力機、4臺1000t單動壓力機）以及6臺4軸機器人組成。該沖壓自動化生產(chǎn)線自建成以來，先后承擔馬自達6型轎車、紅旗轎車、J5卡車、J6卡車等車型的大型外表面覆蓋件及大型結(jié)構(gòu)件的沖壓任務。

該生產(chǎn)線在生產(chǎn)時，發(fā)生過多次機器人和壓力機或模具相撞的事故，導致機器人端拾器變形、損壞，影響生產(chǎn)節(jié)拍。如何保證自動化生產(chǎn)線各個設備的安全運行，防止機器人和壓力機、模具發(fā)生碰撞，是自動化生產(chǎn)線設備安全使用的一個重要課題。

沖壓自動化生產(chǎn)線機器人的控制方式及設置

沖壓自動化生產(chǎn)線有5個操作站分別控制6個機器人（R1和R2共用一個操作站，注：R1、R2分別代表1號機器人及2號機器人，下同）的角度設置及驅(qū)動、自動、循環(huán)等控制。角度設置包括前方壓力機的偏置角度、當前角度，前方和后方壓力機的安全位置角度，機器人取料角度等內(nèi)容，如圖1所示。

沖壓自動化生產(chǎn)線操作站的參數(shù)設置主要考慮以下幾點因素：

⑴機器人上料需要壓力機滿足連線、單次行程條件，壓力機滑塊位置在安全角度之上，并且后方機器人發(fā)出取料離開的信號或者后方機器人處于安全位置。

⑵機器人取料需要壓力機滿足連線、單次行程條件，壓力機滑塊位置在安全角度之上，并且前方機器人發(fā)出上料離開的信號或者前方機器人處于安全位置。

⑶通過總控室PLC、觸摸屏、工控機、編碼器、機器人控制柜，壓力機控制柜對自動化生產(chǎn)線壓力機及機器人進行動作控制及監(jiān)控。

壓力機與機器人之間安全連鎖

壓力機與機器人之間的安全連鎖主要是機器人的取料、上料角度（壓力機滑塊角度）和機器人離開壓力機的位置信號，機器人或者壓力機的安全門、急停信號都會使相鄰的壓力機和機器人停止動作。

壓力機與機器人運行軌跡干涉的原因分析及改進措施

圖2所示為機器人取、送料軌跡。雖然壓力機與機器人之間有安全連鎖，但也常常會出現(xiàn)機器人和壓力機發(fā)生軌跡干涉的情況，造成壓力機或已安裝的模具與機器人碰撞的故障。經(jīng)分析，其原因主要有兩個方面：第一是自動化生產(chǎn)線控制程序設計不嚴謹，其次為壓力機運行狀態(tài)不穩(wěn)定。

圖1 操作站的設置

我們通過分析6次壓力機與機器人運行時發(fā)生軌跡干涉并造成碰撞的事故案例，基本找到造成軌跡干涉的原因，并逐一制定措施進行了改進。

案例1

問題點：1000t壓力機在回程（下死點到上死點）運行時，沒到上死點卻突然停止。機器人取件，導致機器人端拾器和壓力機模具發(fā)生碰撞。

原因分析：⑴壓力機停車角度在機器人允許取件的范圍之內(nèi)，所以機器人取件；⑵模具氣夾夾緊信號丟失導致壓力機行程停止。

圖2 機器人取、送料軌跡

改進措施：⑴取消模具氣夾接近開關；⑵在壓力機程序中刪除模具夾緊連鎖信號；⑶使用氣夾安裝模具時，操作者應先檢查氣夾是否夾緊到位。

案例2

問題點：壓力機啟動行程時，機器人取件，導致機器人端拾器和壓力機模具發(fā)生碰撞，甚至端拾器被壓在模具內(nèi)。

圖3 內(nèi)、外滑塊角度曲線圖

原因分析：機器人編碼器內(nèi)部聯(lián)軸節(jié)緊固螺絲松動或螺紋損壞，傳動軸與編碼器連接軸不同步，導致機器人送件、取件角度發(fā)生改變，改變后的角度符合機器人取件角度。

改進措施：對機器人編碼器內(nèi)聯(lián)軸節(jié)緊固螺絲采用防松膠粘接。

案例3

問題點：123-132號壓力機連線生產(chǎn)時使用穿越模式，R4放件到壓力機工作臺過渡支架上離開，R5取件時，壓力機開啟行程，導致R5端拾器和壓力機發(fā)生碰撞。

原因分析：⑴操作失誤，壓力機使用穿越模式時，不應該開啟主電機，并且滿足連線起動行程的條件；⑵自動化生產(chǎn)線程序設計不嚴謹。

改進措施：⑴修改自動化生產(chǎn)線總控室FC22、FC23、FC24、FC25程序；⑵在1000t壓力機使用穿越模式時，防止自動起動壓力機行程。

案例4

問題點：123-129（2050t）號壓力機在起動行程時，R1取件，導致機器人端拾器和壓力機模具發(fā)生碰撞。

原因分析：2050t壓力機進行現(xiàn)場總線改造后，原壓力機行程角度顯示為外滑塊，改為顯示內(nèi)滑塊角度（圖3），導致R1機器人取件角度發(fā)生很大的偏差。

改進措施：⑴修改自動化生產(chǎn)線總控室FC21、FC11程序；⑵設置R1操作站各個角度。

案例5

問題點：123-129（2050t）號壓力機在開動行程時，R1取件，導致機器人端拾器和壓力機模具發(fā)生碰撞。

原因分析：⑴操作失誤，在操作站上強制R1取料；⑵平衡氣缸壓力設置和模具大小不匹配；⑶自動化生產(chǎn)線程序設計不嚴謹。

改進措施：修改自動化生產(chǎn)線總控室FC21程序。

案例6

問題點：1000t壓力機在開啟行程時，后面機器人取件，導致機器人端拾器和壓力機模具發(fā)生碰撞。

原因分析：⑴操作失誤，在操作站上強制機器人取料；⑵平衡氣缸壓力設置和模具大小不匹配；⑶自動化生產(chǎn)線程序設計不嚴謹。

改進措施：修改自動化生產(chǎn)線總控室FC22、FC23、FC24、FC25 程序。

效果驗證

經(jīng)過多次改進，避免了上述故障引起的沖壓自動化生產(chǎn)線機器人和壓力機發(fā)生碰撞，保護了機器人端拾器和模具的正常使用，也保證了自動化生產(chǎn)線生產(chǎn)的順利進行。

結(jié)束語

此沖壓自動化生產(chǎn)線自2003年投入生產(chǎn)以來，技術維修人員通過不斷學習和摸索，目前已經(jīng)能夠獨立解決自動化生產(chǎn)線出現(xiàn)的常見故障，并對自動化生產(chǎn)線軟件也進行了一些小的改進，如防止自動化生產(chǎn)線機器人和壓力機發(fā)生碰撞、翻譯自動化生產(chǎn)線圖紙、翻譯自動化生產(chǎn)線上料系統(tǒng)及總控室操作站PLC程序注釋、清洗機自動潤滑程序改進等。這些工作不僅增加了我們對自動化生產(chǎn)線設備的了解程度，也提高了我們的維修技術水平。但是在自動化生產(chǎn)線提速方面還有一些問題沒有得到解決，如在壓力機沒有停到上死點時，機器人提前進入模具內(nèi)取件；機器人上料后沒有完全離開壓力機時，起動壓力機行程。在以上情況下壓力機和機器人沒有安全連鎖，這時如果壓力機或機器人出現(xiàn)故障都會導致壓力機和機器人發(fā)生碰撞等。

隨著沖壓設備新技術的不斷應用，對設備管理人員的技術水平也提出了更高的要求，只有通過不斷的學習，拓寬視野，提高自身的技術水平，才能為設備管理工作做出更大的貢獻。

申強，工程師，一汽解放汽車卡車廠薄板車間主任，主要從事車間管理工作。