吳軍　宋曉華

【摘 要】根據(jù)全自動(dòng)小型沖壓設(shè)備功能需求，設(shè)計(jì)了一套符合產(chǎn)品加工需求的智能沖壓裝置。其主要硬件機(jī)構(gòu)為機(jī)器人送料機(jī)構(gòu)、上下料機(jī)構(gòu)、換模機(jī)構(gòu)、沖壓機(jī)構(gòu)等；軟件設(shè)計(jì)為：控制系統(tǒng)、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)/人機(jī)交互系統(tǒng)。該裝置的研制與開發(fā)將提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率和精度，并極大降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

【關(guān)鍵詞】全自動(dòng)；沖壓；PLC；人機(jī)交互

0 引言

隨著當(dāng)今社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，我國(guó)已步入經(jīng)濟(jì)及工業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵期，其中工業(yè)4.0和先進(jìn)裝備智能制造已確立為國(guó)家的戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)。沖壓制造是我國(guó)的傳統(tǒng)制造行業(yè)，對(duì)該行業(yè)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行智能制造升級(jí)已成為該領(lǐng)域較為迫切的目標(biāo)和任務(wù)。

本文主要設(shè)計(jì)了一款能自動(dòng)檢測(cè)物料，并通過坐標(biāo)式機(jī)械手實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)上料、沖壓、下料于一體的小型自動(dòng)沖壓工作站，提升了物料加工精度和效率，降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

1 總體設(shè)計(jì)方案

本工作站總體功能為：（1）倉(cāng)儲(chǔ)物料檢測(cè)；（2）自動(dòng)上下料；（3）機(jī)器人送料及加工定位；（4）自動(dòng)沖壓；（5）自動(dòng)快速換模（6）在線運(yùn)行監(jiān)控及故障檢測(cè)。其主要硬件機(jī)構(gòu)為機(jī)器人送料機(jī)構(gòu)、上下料機(jī)構(gòu)、換模機(jī)構(gòu)、沖壓機(jī)構(gòu)等；軟件設(shè)計(jì)為：控制系統(tǒng)、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)/人機(jī)交互系統(tǒng)。其主要設(shè)計(jì)技術(shù)路線如圖1所示：

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 送料機(jī)構(gòu)

坐標(biāo)式機(jī)械手送料機(jī)構(gòu)承擔(dān)著取料、送料、加工定位的功能。一般采取坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)，如圖2所示。機(jī)器人送料機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源為伺服電機(jī)，其運(yùn)動(dòng)軌跡均依靠控制器向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送指令來(lái)實(shí)現(xiàn)。機(jī)器人送料機(jī)構(gòu)的夾持物料機(jī)構(gòu)則由緊湊型氣缸和夾手板組成，夾持機(jī)構(gòu)固定在Y軸前端，隨十字滑臺(tái)X＼Y＼Z軸向移動(dòng)。

2.2 上、下料機(jī)構(gòu)

本裝置設(shè)計(jì)的上、下料機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)鈑金件加工前的自動(dòng)上料，加工完成后的自動(dòng)下料功能，并自帶下料倉(cāng)儲(chǔ)。上、下料機(jī)構(gòu)通過其上方的光電傳感器檢測(cè)料倉(cāng)是否有料，如有料則驅(qū)動(dòng)變頻器工作，通過交流電機(jī)將機(jī)構(gòu)整體移向工件，并利用負(fù)壓裝置（見圖3）將鈑金件吸附在上、下料機(jī)構(gòu)。工件加工完成后，該機(jī)構(gòu)可自動(dòng)定位至下料位置，將物料放置落料倉(cāng)儲(chǔ)單元中。

2.3 換模裝置

快速換模有三種方式可以實(shí)現(xiàn)。第一種是直線模架庫(kù)，這種模架庫(kù)的特點(diǎn)是占用體積小，但是可換模數(shù)量較少。第二種是轉(zhuǎn)塔模架庫(kù)，這種模架庫(kù)占用體積較大，可換模數(shù)量多。第三種是多模架沖壓頭，這種成本高，工藝和實(shí)現(xiàn)難度大?？紤]到本產(chǎn)品的特點(diǎn)和后期制造成本，本裝置將采用轉(zhuǎn)塔式模架庫(kù)或直線模架庫(kù)。

2.4 沖壓機(jī)構(gòu)

沖壓機(jī)構(gòu)可分為電動(dòng)沖壓和氣動(dòng)沖壓兩種。電動(dòng)沖壓一般與曲柄滑桿機(jī)構(gòu)配合使用，氣動(dòng)沖壓一般采用液壓缸沖壓?？紤]本工件的強(qiáng)度和加工要求，本裝置擬采用氣液增壓缸作為沖壓機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源，根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍要求，通過PLC控制系統(tǒng)向沖壓機(jī)構(gòu)發(fā)送相關(guān)電信號(hào)用以實(shí)現(xiàn)沖壓工序。如圖5所示為沖壓機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件：氣液增壓缸。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的控制裝置采用西門子S1200可編程控制器。根據(jù)系統(tǒng)功能需求，本系統(tǒng)將會(huì)利用西門子博圖V13軟件進(jìn)行相關(guān)硬件的組態(tài)設(shè)計(jì)。將各個(gè)模塊組態(tài)，完成系統(tǒng)集成設(shè)置。具體見圖6。

同時(shí)，針對(duì)本工作站設(shè)計(jì)人機(jī)交互功能，通過觸摸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)操作人員與設(shè)備的交互。觸摸系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示設(shè)備的整體操作界面，并針對(duì)各個(gè)模塊可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警功能。人機(jī)交互系統(tǒng)軟件系統(tǒng)將采用EasyBulider Pro完成。本工作站的人機(jī)交互界面如圖7所示。

4 結(jié)論

根據(jù)設(shè)備的功能需求，本沖壓工作站設(shè)計(jì)了（1）坐標(biāo)式送料機(jī)構(gòu)（2）上、下料機(jī)構(gòu)（3）換模裝置（4）沖壓機(jī)構(gòu)。本工作站采用西門子S1200可編程自動(dòng)控制器進(jìn)行控制，并利用博圖V13和EasyBulider Pro等相關(guān)軟件設(shè)計(jì)了本工作站的控制系統(tǒng)和人機(jī)交互/在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

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