王洪波 李金梁 程健偉

摘 要：該文介紹了對(duì)汽車保險(xiǎn)杠精加工自動(dòng)化設(shè)備的研究，通過對(duì)保險(xiǎn)杠的自動(dòng)化、柔性化抓取，實(shí)現(xiàn)了保險(xiǎn)杠的自動(dòng)化加工，同時(shí)沖切雷達(dá)空與去除水口功能一體化，滿足了生產(chǎn)節(jié)拍，解決了國(guó)內(nèi)目前保險(xiǎn)杠行業(yè)手工加工的現(xiàn)狀，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)還提高了產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，為汽車行業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)提供了可靠依據(jù)。

關(guān)鍵詞：保險(xiǎn)杠 自動(dòng)化設(shè)備 智能 柔性 雷達(dá)孔 水口

中圖分類號(hào)：U46 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）12（b）-0183-03

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國(guó)的汽車業(yè)迅猛的發(fā)展起來，雖然受各種因素制約但根據(jù)“十一五”期間汽車產(chǎn)量的平均增長(zhǎng)率來看，汽車產(chǎn)銷量仍在持續(xù)增長(zhǎng)。汽車行業(yè)的發(fā)展勢(shì)必推動(dòng)汽車保險(xiǎn)杠的需求，同時(shí)也會(huì)對(duì)保險(xiǎn)杠有更高的標(biāo)準(zhǔn)，從節(jié)約成本到提高生產(chǎn)效率，從降低勞動(dòng)強(qiáng)度到外觀質(zhì)量都有更高的要求。針對(duì)以上的問題，目前許多汽車飾品公司都在研究開發(fā)保險(xiǎn)杠精加工自動(dòng)化加工設(shè)備，自動(dòng)化精加工保險(xiǎn)杠設(shè)備目前國(guó)內(nèi)還沒有實(shí)現(xiàn)，大都是人工輔助或半自動(dòng)化設(shè)備。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化精加工保險(xiǎn)杠需要解決以下幾個(gè)問題：一是機(jī)器人全程自動(dòng)化抓取，智能選取最優(yōu)路徑，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與加工設(shè)備的自動(dòng)化聯(lián)機(jī)。二是要解決抓取保險(xiǎn)杠的治具靈活，實(shí)現(xiàn)柔性抓取，多品種兼容。三是要解決切水口和沖雷達(dá)孔的時(shí)間問題，滿足生產(chǎn)節(jié)拍。該文介紹了對(duì)汽車保險(xiǎn)杠精加工設(shè)備的自動(dòng)化研究，通過機(jī)器人及抓取器的合理設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)保險(xiǎn)杠的自動(dòng)化、柔性化抓取，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化加工，同時(shí)將沖切雷達(dá)空與去除水口功能一體化節(jié)省了時(shí)間，滿足了生產(chǎn)節(jié)拍，解決了國(guó)內(nèi)目前保險(xiǎn)杠行業(yè)手工加工的現(xiàn)狀，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)還提高了產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，為汽車行業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)提供了可靠依據(jù)。

1 概述

汽車保險(xiǎn)杠精加工自動(dòng)化設(shè)備是依據(jù)汽車機(jī)器人取件項(xiàng)目設(shè)計(jì)的自動(dòng)化生產(chǎn)線。機(jī)器人取件系統(tǒng)是在前后保險(xiǎn)杠注塑成型后，利用機(jī)器人抓取注塑機(jī)上的工件，并將其放置在切水口及沖切雷達(dá)孔一體機(jī)上進(jìn)行加工，加工完成后再由機(jī)器人取出保險(xiǎn)杠到火焰處理系統(tǒng)上進(jìn)行去毛刺處理，然后機(jī)器人將處理好的保險(xiǎn)杠放置在輸送機(jī)上，通過輸送機(jī)輸送到指定位置后下線。

2 設(shè)備總體布局及組成

汽車保險(xiǎn)杠精加工自動(dòng)化設(shè)備包括機(jī)器人、抓取器、切水口及沖雷達(dá)孔一體機(jī)，火焰處理系統(tǒng)及輸送裝置等。（如圖1）

3 汽車保險(xiǎn)杠精加工自動(dòng)化設(shè)備構(gòu)成

汽車保險(xiǎn)杠精加工自動(dòng)化設(shè)備由機(jī)器人、抓取器、切水口及沖雷達(dá)孔一體機(jī)，火焰處理系統(tǒng)及輸送機(jī)等組成，整套設(shè)備通過計(jì)算機(jī)控制管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，將機(jī)器人取件控制模塊與沖切設(shè)備控制模塊、火焰處理系統(tǒng)控制模塊、輸送系統(tǒng)控制模塊通過工業(yè)以太網(wǎng)連接，進(jìn)行集中控制。

3.1 機(jī)器人系統(tǒng)

取件機(jī)器人安裝于每臺(tái)注塑機(jī)的定模板頂部，在模具的動(dòng)、定模側(cè)均可方便取件，分別在注塑機(jī)的操作側(cè)、反操作側(cè)下件，輸送裝置、安全圍欄等設(shè)備集成良好，形成一套完整的注塑機(jī)頂部取件系統(tǒng)，保證每個(gè)循環(huán)周期中取件機(jī)器人的一個(gè)循環(huán)動(dòng)作在注塑機(jī)注塑成型設(shè)計(jì)生產(chǎn)節(jié)拍內(nèi)。

3.2 保險(xiǎn)杠抓取器

保險(xiǎn)杠抓取器與機(jī)器人手臂前端聯(lián)接，通過機(jī)器人預(yù)設(shè)軌跡將注塑機(jī)注塑成型的保險(xiǎn)杠取下，放到設(shè)備上進(jìn)行加工，加工后放置到輸送機(jī)上下料。保險(xiǎn)杠抓取器由抓取器機(jī)器人聯(lián)接板總成、主桿、副桿、連接件、支撐桿及末端支撐、圓形吸盤聯(lián)接組件、真空發(fā)生器總成、吸盤和管路、三通等組成。真空吸盤位置可調(diào)，保證與保險(xiǎn)杠密封緊密。抓取器分成前保險(xiǎn)杠抓取器和后保險(xiǎn)杠抓取器。（如圖2）

3.3 前后保險(xiǎn)杠切水口及沖雷達(dá)孔一體機(jī)

該設(shè)備一共設(shè)置兩個(gè)位置，為方便機(jī)器人的放置和抓取動(dòng)作，將前后保險(xiǎn)杠的治具設(shè)計(jì)成前后擺放，在每套治具上設(shè)置有工件到位傳感器，機(jī)器人放置工件到任何一個(gè)工位設(shè)備就自動(dòng)動(dòng)作，將工件的水口沖切完成。完成后設(shè)備反饋信號(hào)給機(jī)器人，機(jī)器人自動(dòng)將工件取出后放到下一道工序。設(shè)備具有獨(dú)立的電氣系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、檢測(cè)夾具。設(shè)備具有自動(dòng)檢測(cè)和手動(dòng)調(diào)試兩種功能。設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由機(jī)體機(jī)架、氣動(dòng)系統(tǒng)、工作治具、控制系統(tǒng)組成。

設(shè)備充分考慮整體剛度、強(qiáng)度，防止設(shè)備長(zhǎng)期受力變形后影響自身精度。沖切模具采用仿形結(jié)構(gòu)形式制作，利用工件的特征位置進(jìn)行定位導(dǎo)向。為保證工件能快速有效地沖切完成，沖孔位置采用氣液增壓缸來進(jìn)行動(dòng)作。為了滿足加工精度，設(shè)備配有加熱系統(tǒng)，可通過觸摸屏來進(jìn)行控制加熱的溫度。

3.4 火焰處理系統(tǒng)

火焰處理系統(tǒng)包括熱源設(shè)備，天然氣或自燃的氣體，可以集成到自動(dòng)化生產(chǎn)程序，以提供一個(gè)即時(shí)熱源來完成保險(xiǎn)杠的去毛刺工序。

火焰處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖4所示。

3.5 輸送裝置

輸送裝置安裝在注塑機(jī)里側(cè)，輸送裝置的下位裝置設(shè)置在安全圍欄的出口，便于操作人員下件處理。輸送裝置兩端的高度適宜機(jī)器人取件及操作人員下件處理，輸送機(jī)成一定角度下行輸送，便于調(diào)節(jié)輸送裝置末端高度適合人員操作。

4 汽車保險(xiǎn)杠精加工自動(dòng)化設(shè)備控制系統(tǒng)

汽車保險(xiǎn)杠精加工自動(dòng)化設(shè)備工作流程如圖5所示，主要由五部分構(gòu)成，分別是計(jì)算機(jī)管理控制系統(tǒng)，機(jī)器人取件控制系統(tǒng)，沖切設(shè)備控制系統(tǒng)，火焰去毛刺處理系統(tǒng)，輸送裝置控制系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行連接，進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制其他4部分的管理、信號(hào)采集、參數(shù)設(shè)定和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等工作。

4.1 計(jì)算機(jī)管理控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)管理控制系統(tǒng)主要對(duì)生產(chǎn)線上的設(shè)備進(jìn)行集中控制，實(shí)施監(jiān)控、信息采集、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)和管理，方便操作工人和管理人員實(shí)時(shí)了解生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)。

4.2 機(jī)器人取件控制模塊

機(jī)器人取件控制模塊主要用來控制機(jī)器人通訊、信號(hào)采集以及抓取工件，智能選取最優(yōu)路徑；控制和檢測(cè)抓取器正確抓取工件，保證工件安全抓取及在各工位運(yùn)行過程中不脫落、不顫抖，做到柔性抓取精確定位。

4.3 沖切設(shè)備控制模塊

沖切設(shè)備控制模塊主要用來加工過程中精確定位及檢測(cè)驗(yàn)證單元執(zhí)行元件，根據(jù)PLC，模塊的指令，按照程序控制執(zhí)行元件執(zhí)行工作，并判斷執(zhí)行結(jié)果。

4.4 火焰處理系統(tǒng)控制模塊

火焰處理系統(tǒng)控制模塊主要用來控制機(jī)器人抓取工件到位后，給定處理信號(hào)，進(jìn)行初定為，選擇給定路徑，控制加熱溫度，根據(jù)PLC模塊的指令，按照程序控制工件的定位、路徑選取、溫度加熱等。

4.5 輸送系統(tǒng)控制模塊

輸送系統(tǒng)控制模塊主要用來控制輸送系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，擋停器及上下料信號(hào)給定等。根據(jù)傳感器發(fā)送給PLC的指令控制輸送系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的啟停，實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)上料和自動(dòng)下料功能。

5 結(jié)語(yǔ)

汽車保險(xiǎn)杠精加工自動(dòng)化設(shè)備控制系統(tǒng)研究過程中通過綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、總線技術(shù)、柔性化夾具技術(shù)、智能路徑選取技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，成功解決了自動(dòng)化精加工保險(xiǎn)杠生產(chǎn)線的難題，填補(bǔ)了我國(guó)保險(xiǎn)杠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工的空白，為汽車行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)提供了良好的解決方案，具有重要的推廣價(jià)值和示范意義。

參考文獻(xiàn)

[1]關(guān)文達(dá).汽車構(gòu)造[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[2]劉中華.薄壁梁動(dòng)態(tài)撞擊的變形和吸能特性的仿真與分析[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2003.

[3]胡安生，馮夏勇.世界汽車零部件業(yè)發(fā)展趨勢(shì)[J].汽車工業(yè)研究，2003（12）：29-33.

[4]張建英.淺談我國(guó)汽車零部件工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展策略[J].山西交通科技，2007（1）：83-35.

[5]余志生.汽車?yán)碚揫M].5版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.