侯仰強(qiáng) 龍 洋

(1. 天津工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津300387；2. 天津中科智能技術(shù)研究院有限公司，天津300300)

基于RobotStudio的自動沖壓生產(chǎn)線仿真與優(yōu)化

侯仰強(qiáng)1龍 洋2

(1. 天津工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津300387；2. 天津中科智能技術(shù)研究院有限公司，天津300300)

以機(jī)器人自動沖壓生產(chǎn)線為研究對象，利用三維建模軟件對沖壓線各設(shè)備進(jìn)行模塊化建模以及整線裝配，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，對沖壓生產(chǎn)線工序進(jìn)行合理優(yōu)化，最后利用機(jī)器人離線編程軟件RobotStudio在虛擬環(huán)境中對自動化沖壓生產(chǎn)線進(jìn)行了模擬仿真及改進(jìn)優(yōu)化，驗(yàn)證了設(shè)計的合理性。

沖壓生產(chǎn)線；壓機(jī)；虛擬仿真；工業(yè)機(jī)器人；三維建模軟件

隨著汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來越快。在汽車生產(chǎn)過程中，汽車車身金屬零部件絕大部分屬于沖壓件[1]。因此作為汽車零部件加工的主要設(shè)備，提高沖壓線的自動化水平，已成為汽車生產(chǎn)企業(yè)提高競爭力的關(guān)鍵[2]。

通過軟件對機(jī)器人進(jìn)行編程，并優(yōu)化運(yùn)動軌跡，在專用軟件中對生產(chǎn)線布局進(jìn)行仿真，在仿真環(huán)境中可以直觀看出機(jī)器人姿態(tài)及與周圍設(shè)備干涉情況，通過進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計實(shí)現(xiàn)機(jī)器人路徑生成、程序設(shè)計，大大減少了現(xiàn)場工作量，縮短了調(diào)試周期[3]。本文以機(jī)器人自動沖壓生產(chǎn)線為研究對象，利用三維建模軟件對沖壓線各設(shè)備進(jìn)行模塊化建模以及整線裝配，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，對沖壓生產(chǎn)線工序進(jìn)行合理優(yōu)化，最后利用機(jī)器人離線編程軟件RobotStudio在虛擬環(huán)境中對自動化沖壓生產(chǎn)線進(jìn)行模擬仿真及改進(jìn)優(yōu)化，驗(yàn)證了設(shè)計的合理性。

1 仿真策略

1.1 仿真平臺

機(jī)器人離線編程軟件RobotStudio是瑞士ABB公司專門針對ABB機(jī)器人及周邊設(shè)備開發(fā)的基于windows系統(tǒng)的機(jī)器人生產(chǎn)線仿真軟件。RobotStudio中采用的機(jī)器人運(yùn)動控制算法及功能模塊與ABB機(jī)器人本體控制柜內(nèi)的完全一致。RobotStudio采用RAPID編程語言，在仿真環(huán)境中，編制的機(jī)器人程序可以通過RJ-45網(wǎng)線直接傳輸給機(jī)器人本體控制柜，執(zhí)行相應(yīng)的機(jī)器人運(yùn)動。

1.2 仿真方案

沖壓生產(chǎn)線是一個比較復(fù)雜的生產(chǎn)系統(tǒng)，可以在生產(chǎn)線投入使用前，利用計算機(jī)仿真技術(shù)預(yù)先對生產(chǎn)制造過程進(jìn)行評估，驗(yàn)證工藝路線及設(shè)備布局的合理性，優(yōu)化資源配置及工序，為生產(chǎn)線的正式運(yùn)行提供依據(jù)。圖1為自動沖壓生產(chǎn)線仿真方案流程圖。

2 三維建模

2.1 模塊化建模

機(jī)器人自動沖壓線主要由拆跺小車、機(jī)械對中平臺、沖壓機(jī)器人、壓機(jī)和出料平臺等組成。其中，沖壓機(jī)器人可以在RobotStudio的機(jī)器人庫中直接調(diào)用，因此不需要專門建模。機(jī)器人沖壓線其他各零部件采用SolidWorks進(jìn)行三維建模，其部分模型如圖2所示。

圖1 仿真方案流程圖

圖2 機(jī)器人沖壓線部分設(shè)備模型

2.2 整線裝配

采用模塊化整線裝配策略，將機(jī)器人自動沖壓線的各零部件分為幾個子裝配體，首先完成子裝配體內(nèi)部的位置約束與定位約束，然后在總裝配體中進(jìn)行合理布局及整體搭建。自動沖壓生產(chǎn)線布局如圖3所示，總裝配體如圖4所示。

1—拆跺輸送小車 2—拆跺機(jī)器人 3—對中平臺 4—上料機(jī)器人 5—液壓式?jīng)_壓機(jī) 6—下料機(jī)器人 7—線尾皮帶機(jī) 8—自行走模具夾緊器

3 仿真實(shí)現(xiàn)

3.1 工序設(shè)計

將建立的三維模型裝配體導(dǎo)入RobotStudio中，建立機(jī)器人自動沖壓線仿真平臺，完成沖壓線仿真的前期準(zhǔn)備工作。然后通過合理設(shè)計沖壓自動化生產(chǎn)工序，創(chuàng)建Mechanism裝置，添加Smart Component來實(shí)現(xiàn)沖壓線上的各種功能。機(jī)器人自動沖壓線由七臺ABB機(jī)器人、五臺液壓式?jīng)_壓機(jī)、進(jìn)料小車、對中平臺以及出料平臺等組成。為了提高自動化沖壓線的生產(chǎn)能力，需要對生產(chǎn)工序進(jìn)行合理規(guī)劃。自動沖壓生產(chǎn)線的工序流程如圖5所示。

3.2 沖壓仿真實(shí)現(xiàn)

采用模塊化編程，將沖壓機(jī)與主體看作一個完整的機(jī)械系統(tǒng)，并將壓機(jī)滑臺的各種運(yùn)動方式集成后定義為沖壓機(jī)的運(yùn)動。

3.3 搬運(yùn)功能的實(shí)現(xiàn)

圖4 自動沖壓線總裝配體

圖5 自動沖壓生產(chǎn)線工序流程圖

在RobotStudio軟件中，通過在機(jī)器人末端真空端拾器上添加線、面、距離等傳感器，讓端拾器在接觸板料時傳感器產(chǎn)生相應(yīng)感應(yīng)，將虛擬傳感器信號傳送給機(jī)器人，機(jī)器人在仿真中執(zhí)行抓取命令。

3.4 整線協(xié)調(diào)控制功能的實(shí)現(xiàn)

整線總控主要由線首單元、中間單元和線尾單元三種控制單元和上位機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成。在RobotStudio仿真中會根據(jù)控制的需要配置相應(yīng)的I/O信號，然后通過stationlogic建立各機(jī)械單元I/O信號的邏輯關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的協(xié)調(diào)運(yùn)動。

3.5 仿真結(jié)果

通過上述方法與步驟，在RobotStudio中完成多機(jī)器人沖壓線整線仿真，其結(jié)果如圖6所示。仿真結(jié)果良好，沒有發(fā)生干涉情況，滿足設(shè)計生產(chǎn)要求。

圖6 仿真結(jié)果

4 結(jié)論

(1)利用三維建模軟件對自動沖壓線各設(shè)備進(jìn)行模塊化建模以及整線裝配，對生產(chǎn)線布局進(jìn)行合理設(shè)計。

(2)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，對沖壓生產(chǎn)線工序進(jìn)行合理優(yōu)化，最后利用機(jī)器人離線編程軟件RobotStudio，在虛擬環(huán)境中對自動化沖壓生產(chǎn)線進(jìn)行模擬仿真及改進(jìn)優(yōu)化，驗(yàn)證了設(shè)計的合理性。

[1] 邱雪松，肖超，譚候金，等. 大型機(jī)器人沖壓生產(chǎn)線多軟件聯(lián)合仿真[J]. 中國機(jī)械工程，2016， 27(6)：772-777.

[2] 郭水軍，張華，楊旭靜. 基于DELMIA的沖壓生產(chǎn)過程仿真與優(yōu)化[J]. 鍛壓技術(shù)，2015， 40(1)：143-147.

[3] 彭國慶，陳柏金. 基于氣動機(jī)械手的自動化沖壓生產(chǎn)線的設(shè)計[J]. 鍛壓技術(shù)， 2012，37(3)：85-88.

編輯 陳秀娟

Simulation and Optimization of Automatic Punching Production Line Based on RobotStudio

Hou Yangqiang, Long Yang

Taking robot automatic punching production line as research object, equipments of the punching line have been conducted model establishment and total assembly by adopting three dimension modeling software, and combing with the actual production condition, the punching production line process has been optimized reasonably, finally the automatic punching production line has been simulated and improved by applying robot off-line programming software RobotStudio under virtual environments to verify design reasonability.

punching production line; press; virtual simulation; industry robot; three dimension modeling software

2016—12—09

天津工業(yè)大學(xué)研究生科技創(chuàng)新計劃項(xiàng)目(16128)。

侯仰強(qiáng)(1991—)，男，碩士研究生，主要從事焊接機(jī)器人方面研究。

TP391.9

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