湯世松，曹祖鳴，陳 哲，詹俊勇，羅素萍

（揚(yáng)力集團(tuán)股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225127）

沖壓生產(chǎn)在工業(yè)生產(chǎn)中的地位越來越重要。伴隨著家電行業(yè)的發(fā)展，沖床和油壓機(jī)等設(shè)備得到快速發(fā)展，在機(jī)床中所占比重也越來越大[1]。

沖壓自動(dòng)化連線由壓力機(jī)和自動(dòng)化系統(tǒng)組成，壓力機(jī)完成工件的沖壓工作，沖壓自動(dòng)化系統(tǒng)完成料片的拆垛、自動(dòng)傳輸、線尾出料工作，通常包含拆垛系統(tǒng)、自動(dòng)傳輸系統(tǒng)和線尾出料系統(tǒng)[2]。

沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線是指通過自動(dòng)化輸送及其他輔助裝置，按照特定生產(chǎn)流程，將沖床及自動(dòng)化系統(tǒng)連接成一體，使整個(gè)系統(tǒng)按照規(guī)定的程序自動(dòng)工作，連續(xù)、穩(wěn)定地生產(chǎn)出符合技術(shù)要求的特定產(chǎn)品。

1 機(jī)器人柔性生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)組成與任務(wù)

本文所述生產(chǎn)線是以揚(yáng)力公司2臺(tái)630t伺服液壓機(jī)、5臺(tái)315t數(shù)控伺服液壓機(jī)、1臺(tái)400t龍門雙點(diǎn)高性能壓力機(jī)和7臺(tái)250t龍門雙點(diǎn)高性能壓力機(jī)為主機(jī)而設(shè)計(jì)開發(fā)的一條工業(yè)機(jī)器人柔性沖壓自動(dòng)生產(chǎn)線。拉伸工藝后三序都要將工件翻轉(zhuǎn)，加上其中有伺服油壓機(jī)沖壓，整線節(jié)拍最快只有25s/件。

具體來說，本自動(dòng)化系統(tǒng)沖壓生產(chǎn)線由2臺(tái)630t伺服液壓機(jī)+5臺(tái)315t數(shù)控伺服液壓機(jī)+1臺(tái)400t沖床+7臺(tái)250t沖床+13臺(tái)關(guān)節(jié)型機(jī)器人現(xiàn)代YS080+4臺(tái)啟帆雙倍速機(jī)械手+1臺(tái)雙工位伺服片料機(jī)和松科快速換模系統(tǒng)。通過該條沖壓生產(chǎn)線的總體布局、數(shù)控伺服液壓機(jī)、龍門雙點(diǎn)高性能壓力機(jī)、伺服片料機(jī)以及連線總控系統(tǒng)等組成模塊設(shè)計(jì)，以及如機(jī)器人治具吸盤吸料、整條線地基固定、線尾皮帶線出料、協(xié)調(diào)控制等關(guān)鍵技術(shù)的解決，掌握金屬板材液壓機(jī)和沖床混合沖壓柔性自動(dòng)化沖壓成套聯(lián)線的核心技術(shù)。

該柔性沖壓生產(chǎn)線開發(fā)設(shè)計(jì)任務(wù)包括：①數(shù)控伺服液壓機(jī)開發(fā)設(shè)計(jì)；②龍門雙點(diǎn)高性能壓力機(jī)開發(fā)設(shè)計(jì)；③現(xiàn)代六軸工業(yè)機(jī)器人程序開發(fā)；④總線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)機(jī)器人柔性自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線通用性好，可以配套多種規(guī)格模具，滿足各種五金類零件和中高檔汽車所需要的高質(zhì)量零件的需求[4]。目前研制的機(jī)器人柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍可以達(dá)到2～3SPM。如圖1為油煙機(jī)集煙灶外殼機(jī)器人柔性沖壓自動(dòng)線布局圖。

1.2 數(shù)控伺服液壓機(jī)

傳統(tǒng)的伺服液壓機(jī)或伺服機(jī)械壓力機(jī)，其伺服主要體現(xiàn)在：通過電控系統(tǒng)控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，再通過滑塊位置檢測(cè)（高精度磁致伸縮尺）裝置檢測(cè)滑塊位置信號(hào)，輸入控制系統(tǒng)，進(jìn)行比較形成閉環(huán)，從而調(diào)整伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)伺服控制。數(shù)控伺服液壓機(jī)在伺服電機(jī)和滑塊位置檢測(cè)裝置的基礎(chǔ)上增加了電液比例伺服閥對(duì)流量進(jìn)行控制，為數(shù)眾多的壓力傳感器對(duì)液壓系統(tǒng)各部位壓力進(jìn)行檢測(cè)，采用高級(jí)微處理器滿足伺服液壓機(jī)的壓力、流量、速度等參數(shù)閉環(huán)程序控制大規(guī)模運(yùn)算需要的專用高級(jí)微處理器控制系統(tǒng)，形成了混合伺服控制，具有更高的控制精度和輸出壓力流量的可控制性[5]。

圖1 集煙灶外殼機(jī)器人柔性沖壓自動(dòng)線布局圖

由兩組交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的內(nèi)嚙合泵直接連接到主缸上下腔，在泵與油缸之間連接有安全模塊。泵出口、安全模塊以及主缸上下腔分別連接有壓力傳感器檢測(cè)系統(tǒng)各點(diǎn)壓力，輸入控制系統(tǒng)對(duì)交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行伺服控制。安全模塊用于保護(hù)系統(tǒng)安全，防止系統(tǒng)超壓和支撐運(yùn)動(dòng)件自重。液壓系統(tǒng)超壓時(shí)，安全模塊的插裝閥閥芯開啟，向油箱中釋壓。

液位控制繼電器，有提示報(bào)警功能，防止系統(tǒng)缺油和超限，同時(shí)油箱上配置液位-液溫計(jì)。液壓系統(tǒng)回路設(shè)計(jì)有高精度油液過濾裝置，能確保系統(tǒng)的油液清潔度，從而保證系統(tǒng)的正?？煽窟\(yùn)行。

1.3 現(xiàn)代YS080六軸工業(yè)機(jī)器人

現(xiàn)代YS080工業(yè)機(jī)器人是高生產(chǎn)效率多功能工業(yè)用機(jī)器人。搭載豐富功能，高負(fù)載，高速機(jī)器人動(dòng)作節(jié)拍。同級(jí)別性能最高：通過應(yīng)用高速小慣量伺服電機(jī)和最新控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)世界最快速。在腕部容許慣量增加的同時(shí)，保證了機(jī)器人本體的小型化。應(yīng)對(duì)惡劣環(huán)境作業(yè)：手腕部采用防水、防塵結(jié)構(gòu)（標(biāo)準(zhǔn)防爆等級(jí)IP67），在水滴、灰塵多的環(huán)境下，即使沒有防護(hù)服也可以使用。

1.4 伺服片料機(jī)

雙工位上料機(jī)采用的YL-SSP型高性能雙料架片料機(jī)。片料送料機(jī)作為定尺料的上料裝置，可以和啟帆機(jī)械手一起配合自動(dòng)化生產(chǎn)，淘汰了傳統(tǒng)人工送料模式，提高了生產(chǎn)效率。送料范圍廣，送料機(jī)上配有對(duì)中工位起到產(chǎn)品精確定位與過渡作用。

此種片送料機(jī)驅(qū)動(dòng)為三菱伺服電機(jī)，控制系統(tǒng)采用三菱伺服控制系統(tǒng)，準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)同步性。片料送料機(jī)上的拿取方式采用真空吸盤方式。傳感器信號(hào)傳輸采用光纖方式，速度快、壽命長(zhǎng)，不會(huì)被其他介質(zhì)干擾，準(zhǔn)確率高，重復(fù)定位精度為±0.2mm。

該方案采用雙料垛設(shè)計(jì)，每垛料片高度最大約600mm，片料由人工或叉車堆疊，料垛處增設(shè)料片分離裝置。料片移栽至定位臺(tái)進(jìn)行定位，以便機(jī)械手抓取。

1.5 控制系統(tǒng)三菱Q03UDECPU

系統(tǒng)控制對(duì)象包括13個(gè)YS080現(xiàn)代機(jī)器人、1臺(tái)伺服片料機(jī)、7臺(tái)數(shù)控伺服液壓機(jī)以及8臺(tái)JM系列龍門雙點(diǎn)壓力機(jī)。系統(tǒng)主控單元為三菱Q系列PLC[5]（Q03UDECPU），配置有研華工控機(jī)（PPC-3190）、遠(yuǎn)程IO輸入輸出模塊AJ65SBTB1-32DT等[6]。

主控單元PLC與工控機(jī)采用以太網(wǎng)通信；主控單元PLC與遠(yuǎn)程IO模塊的通信是通過三菱CC-LINK總線實(shí)現(xiàn)。將片料裝入伺服片料機(jī)，料片移栽至定位臺(tái)進(jìn)行定位，啟帆雙倍速機(jī)械手取料后送入第一臺(tái)630噸伺服油壓機(jī)成形后，第一臺(tái)現(xiàn)代YS080六軸關(guān)節(jié)機(jī)器人取料再送入第二臺(tái)沖床壓形，這樣通過關(guān)節(jié)型機(jī)器人的傳送，直至產(chǎn)品移出完成整個(gè)沖壓自動(dòng)化。板材在拉伸完成后進(jìn)行自動(dòng)化CCD檢測(cè)，對(duì)產(chǎn)品拉伸的深度、是否拉裂等部件問題進(jìn)行自動(dòng)化檢測(cè)，并保存輸出測(cè)試數(shù)據(jù)，不良件進(jìn)行停線報(bào)警線體預(yù)留MES接口，所有設(shè)備PLC帶以太網(wǎng)接口，線體數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳。整線現(xiàn)場(chǎng)布局圖如圖2所示。

圖2 整線機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)布局圖

2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

整條機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)的程序編寫是以GX-works2為軟件，Q03UDECPU為控制器，工控機(jī)為人機(jī)界面，編寫PLC程序和組態(tài)程序。遠(yuǎn)程I/O模塊AJ65SBTB1-32DT、通過CC-Link專用電纜與CC-Link模塊QJ61BT11N進(jìn)行通訊連接，液壓機(jī)、沖床控制所需的所有輸入信號(hào)、輸出信號(hào)直接連接在遠(yuǎn)程I/O模塊上，機(jī)器人遠(yuǎn)程控制信號(hào)通過CC-Link專用通訊板卡作為從站連接在總控PLC上。所有遠(yuǎn)程I/O信號(hào)到總控操作臺(tái)由一根CC-Link專用電纜形成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線，而且因CC-Link專用電纜采用高速雙絞屏蔽等特殊處理，其抗干擾能力大大提高。

整條機(jī)器人生產(chǎn)線運(yùn)行可靠，生產(chǎn)效率為2SPM。整個(gè)系統(tǒng)中，液壓機(jī)、沖床與機(jī)器人是處于互鎖狀態(tài)，液壓機(jī)和沖床動(dòng)作，機(jī)器人禁止進(jìn)入模腔取料放料，機(jī)器人動(dòng)作，液壓機(jī)或者沖床必須處于上死點(diǎn)，以保證安全。當(dāng)連線中所有設(shè)備只要有一個(gè)處于報(bào)警狀態(tài)，整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)該立即停止，防止事故發(fā)生。

3 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)開發(fā)了國內(nèi)首條油煙機(jī)集煙灶柔性機(jī)器人全自動(dòng)生產(chǎn)線，配套伺服片料機(jī)、快速換模系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)料件沖壓自動(dòng)化，大大提高生產(chǎn)率，為客戶創(chuàng)造效益。通過該生產(chǎn)線的實(shí)際交付應(yīng)用，先后解決了控制系統(tǒng)的故障報(bào)警、缺陷工件視覺檢測(cè)、機(jī)器人治具掉料報(bào)警、聯(lián)線動(dòng)作的穩(wěn)定性和機(jī)器人線尾皮帶線輸送等一系列技術(shù)難題，也為今后實(shí)施機(jī)器人項(xiàng)目提供了依據(jù)。項(xiàng)目應(yīng)用表明揚(yáng)力公司掌握了15連機(jī)集煙灶沖壓成形設(shè)備機(jī)器人聯(lián)線的核心技術(shù)。