張守健 張勇

摘要：本文根據(jù)模具工件特點(diǎn)和工藝生產(chǎn)流程，進(jìn)行了自動(dòng)化生產(chǎn)線的規(guī)劃，主要采用了堆垛機(jī)和AGV叉車將現(xiàn)有機(jī)床進(jìn)行聯(lián)線，并增加了模具周轉(zhuǎn)庫(kù)，AGV對(duì)接平臺(tái)等設(shè)備，組成自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)。

Abstract： In this paper， according to the characteristics of the mold workpiece and the process of production process， automatic production line planning， mainly using the stacker and AGV forklift to connect the existing machine tools， and increase the mold turnover warehouse， AGV docking platform and other equipment， composed of automatic production system.

關(guān)鍵詞：堆垛機(jī);AGV;叉車

Key words： stacker;AGV;forklift truck

中圖分類號(hào)：TN081? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）16-0036-02

1? 概述

1.1 項(xiàng)目?jī)?nèi)容描述

此次研制的模具加工自動(dòng)生產(chǎn)線是針對(duì)模具工件的搬運(yùn)而設(shè)計(jì)的整套物料搬運(yùn)系統(tǒng)，配合現(xiàn)有HTM1000數(shù)控機(jī)床三臺(tái)，HTM630數(shù)控機(jī)床六臺(tái)，協(xié)鴻1300數(shù)控機(jī)床兩臺(tái)床構(gòu)成高產(chǎn)能、高精度且具有完整性的半自動(dòng)化生產(chǎn)單元，以滿足實(shí)際的生產(chǎn)的需求。

因模具種類規(guī)格較多，加工節(jié)拍時(shí)間從1小時(shí)-2天不等，經(jīng)計(jì)算，自動(dòng)化產(chǎn)線所使用的堆垛機(jī)，AGV叉車運(yùn)行節(jié)拍均小于實(shí)際加工時(shí)間，節(jié)拍滿足要求。

1.2 加工產(chǎn)品

規(guī)格：模具種類較多，大小不一，選出生產(chǎn)量大的列為自動(dòng)化產(chǎn)線加工產(chǎn)品;

尺寸：零件最大外形尺寸600×600×200mm;

材質(zhì)：合金鋼;

重量：<500kg。

1.3 模具自動(dòng)化生產(chǎn)線總體要求

①以堆垛機(jī)為搬運(yùn)模具載體，按照產(chǎn)品的制造工藝流程，將立式加工中心、 對(duì)接平臺(tái)連接成自動(dòng)化加工生產(chǎn)線;

②采用原有海天數(shù)控機(jī)床，臺(tái)灣協(xié)鴻機(jī)床組建智能化加工車間;

③利用AGV系統(tǒng)、物流倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等技術(shù)，對(duì)現(xiàn)有加工車間進(jìn)行總體規(guī)劃、重新布局;

④以移動(dòng)機(jī)器人AGV為自動(dòng)化生產(chǎn)線配送、周轉(zhuǎn)加工模具。

2? 模具加工自動(dòng)化生產(chǎn)線方案

2.1 項(xiàng)目總體布局圖（圖1）

2.2 項(xiàng)目工藝流程

模具加工生產(chǎn)線主要工序流程：

①人工在操作平臺(tái)將待加工模具裝配在上模，發(fā)送請(qǐng)求至AGV叉車;

②AGV叉車將人工操作平臺(tái)裝配的工裝搬運(yùn)至指定的模具周轉(zhuǎn)庫(kù)中;

③機(jī)床加工完畢后，發(fā)送下料請(qǐng)求;

④堆垛機(jī)根據(jù)請(qǐng)求信號(hào)將相對(duì)應(yīng)機(jī)床的模具搬運(yùn)至待加工機(jī)床;

⑤機(jī)床加工完畢后，發(fā)出下料請(qǐng)求信號(hào)，堆垛機(jī)將工件搬運(yùn)至下料工位上;

⑥下料工位檢測(cè)工裝后，發(fā)送請(qǐng)求至AGV，AGV將加工好的工裝搬運(yùn)至對(duì)接平臺(tái)上;

⑦由KBK將工裝吊裝至人工操作平臺(tái);

⑧以上工作流程依次反復(fù)。

3? 主要生產(chǎn)設(shè)備

3.1 堆垛機(jī)

堆垛機(jī)主要由下橫梁、立柱、上橫梁，載貨臺(tái)等組成。下橫梁上裝有水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)、運(yùn)行認(rèn)址裝置、超速保護(hù)裝置的限速器等。立柱兩側(cè)的起升導(dǎo)軌，供載貨臺(tái)上下運(yùn)行導(dǎo)向之用。在立柱上裝有起升機(jī)構(gòu)、高度條碼認(rèn)止、終端限位裝置、電控柜及安全梯等。上橫梁上裝有定滑輪、上部運(yùn)行導(dǎo)向輪裝置、過(guò)載松繩保護(hù)裝置等。下橫梁有鋼板焊接的箱式矩形斷面或采用槽鋼拼接而成的開口斷面兩種形式。

3.2 AGV叉車

AGV叉車由機(jī)械部分和電氣部分構(gòu)成。機(jī)械部分主要包括電池倉(cāng)、電機(jī)倉(cāng)、保險(xiǎn)杠。貨叉、舉升門架、控制倉(cāng)。電氣部分包括控制器、電池、伺服驅(qū)動(dòng)器、充電連接器、傳感器等。

AGV的車體框架采用鋼板及鋼筋焊接，主要承重部位采取了加固設(shè)計(jì)保證AGV的載荷。主要倉(cāng)體有驅(qū)動(dòng)倉(cāng)、電池倉(cāng)和兩個(gè)電氣倉(cāng)，車輪包括驅(qū)動(dòng)輪、穩(wěn)定輪和負(fù)載倫，舉升機(jī)構(gòu)包括舉升門架、貨叉、鏈條及兩個(gè)起重缸。

①主要倉(cāng)體：驅(qū)動(dòng)倉(cāng)內(nèi)部安裝有AGV的主要?jiǎng)恿υO(shè)備及其控制單元，包括驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)、舵電機(jī)及油泵電機(jī)以及伺服驅(qū)動(dòng)器、接觸器等電氣設(shè)備。電池倉(cāng)在2號(hào)電氣倉(cāng)下方，將2號(hào)電氣倉(cāng)上蓋拆下，并將2號(hào)電氣倉(cāng)板向上抬起即可看到電池倉(cāng)。1號(hào)電氣倉(cāng)內(nèi)部安裝有控制器CVC600、顯示屏、電量表等設(shè)備。2號(hào)電器倉(cāng)安裝版上主要安裝有開關(guān)電源及運(yùn)動(dòng)控制單元VMC20。

②車輪：AGV的車輪均采用聚氨酯材料，具有較強(qiáng)的耐磨性能。驅(qū)動(dòng)輪由2.3kW電機(jī)帶動(dòng)。穩(wěn)定輪用于平衡車體，可以360度靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。每側(cè)負(fù)載輪采用雙輪結(jié)構(gòu)，承載車體舉升負(fù)載時(shí)的主要重量。

③舉升機(jī)構(gòu)：采用液壓動(dòng)力，舉升門架由兩側(cè)的起重缸帶動(dòng)，起重缸為液壓缸由動(dòng)力倉(cāng)內(nèi)液壓泵提供動(dòng)力。鏈條連接貨叉機(jī)構(gòu)，在起重缸的帶動(dòng)下舉升或落下貨叉。

4? 機(jī)床改造

設(shè)備實(shí)施過(guò)程中，某些設(shè)備不具備自動(dòng)化功能，對(duì)設(shè)備進(jìn)行了如下改造：

4.1 機(jī)床硬件改造

與堆垛機(jī)對(duì)接的機(jī)床夾具改造為自動(dòng)夾緊、松開形式（增加液壓控制系統(tǒng)）;機(jī)床增加自動(dòng)門功能，以便堆垛機(jī)貨叉進(jìn)出機(jī)床;增加機(jī)床鐵屑清理功能，使夾具定位面無(wú)殘留鐵屑。

4.2 機(jī)床控制改造

機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)具有通過(guò)遠(yuǎn)程I/O方式與堆垛機(jī)控制器通訊，完成堆垛機(jī)控制系統(tǒng)之間的動(dòng)作及安全信號(hào)交互：機(jī)床控制PLC程序改造，增加與堆垛機(jī)控制器通訊的程序，實(shí)現(xiàn)下列信號(hào)的通訊。

5? 控制系統(tǒng)

總控系統(tǒng)是物流系統(tǒng)中設(shè)備執(zhí)行的控制核心并且負(fù)責(zé)堆垛機(jī)與加工設(shè)備間的動(dòng)作協(xié)調(diào)，完成工件輸送，并具備極高的可靠性、易維護(hù)性及先進(jìn)性。此外還提供內(nèi)容豐富，具備多種安全保護(hù)措施和操作模式，輔助工作人員進(jìn)行設(shè)備操作和維護(hù)，是自動(dòng)上下料物流系統(tǒng)中核心組成部分。

5.1 整體設(shè)計(jì)

本次項(xiàng)目電氣控制系統(tǒng)由5個(gè)系統(tǒng)組成，具有MES功能的工控機(jī)作為總控系統(tǒng)，堆垛機(jī);工裝緩存庫(kù);AGV叉車的控制器為子控制系統(tǒng);人工操作臺(tái)遠(yuǎn)程操作平臺(tái)。各子系統(tǒng)根據(jù)MES總控系統(tǒng)提供的生產(chǎn)任務(wù)調(diào)度產(chǎn)生相應(yīng)的自動(dòng)化作業(yè)。其中堆垛機(jī)采用西門子PLC作為控制器;工裝緩存庫(kù)采用工控機(jī)及PLC作為控制器;AGV叉車為整體采購(gòu)，具有獨(dú)立的控制器。這3個(gè)子控制器相互之間采用PROFINET總線方式進(jìn)行通訊，子系統(tǒng)與MES總控系統(tǒng)采用TCP/IP網(wǎng)線協(xié)議進(jìn)行通訊。

整個(gè)自動(dòng)化的電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用IEC 204-1最新版。對(duì)PLC的輸入和輸出端預(yù)留15%的裕量。PLC等智能裝置在操作面板上具有編程接口。PLC程序采用模塊化的編程結(jié)構(gòu)，條理清晰，邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，互鎖性強(qiáng);對(duì)于各地址（包括中間單元）具有準(zhǔn)確簡(jiǎn)明的中文或英文注釋。對(duì)外圍的輸入和輸出元器件均有鋁標(biāo)牌。（標(biāo)牌上的標(biāo)號(hào)和圖紙一致，利于維護(hù)查找）。電氣系統(tǒng)性能可靠，能滿足機(jī)械上一切互鎖要求，電控系統(tǒng)具有嚴(yán)密的軟、硬件互鎖，可以保證在錯(cuò)誤操作時(shí)，不能出現(xiàn)誤動(dòng)作，以保證在部分易損件失效或誤觸發(fā)時(shí)自動(dòng)線不會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作。

設(shè)備配置獨(dú)立的主操作面板，主操作面板為彩色圖形人機(jī)界面，中文或中英文切換界面，顯示設(shè)備狀態(tài)、故障信息等。并配備三色柱燈，可以遠(yuǎn)距離觀察自動(dòng)線的工作情況。

在布線時(shí)分開低壓電纜、動(dòng)力電纜、電磁屏蔽，并留出足夠備用線。接近開關(guān)、光電開關(guān)、對(duì)射開關(guān)等現(xiàn)場(chǎng)用電氣元件的防護(hù)等級(jí)不低于IP67。

5.2 整體控制原理

在整條自動(dòng)線上具有嚴(yán)密的安全互鎖方案，可以保障設(shè)備和人員的安全。

本次項(xiàng)目為模具加工自動(dòng)生產(chǎn)線，模具的品種繁多，且加工時(shí)線內(nèi)機(jī)床設(shè)備無(wú)上下序的關(guān)系，每臺(tái)機(jī)床均可以完成完整模具工件的加工，而且加工時(shí)間長(zhǎng)。根據(jù)自動(dòng)生產(chǎn)線的上述特點(diǎn)，該自動(dòng)線的操作將采取半自動(dòng)半人工的方式。具體如下：

操作者根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)選擇工件毛坯，然后在人工裝夾工件工位的操作面板發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)，請(qǐng)求AGV叉車取工裝上模到人工裝夾工位;裝夾完成后的工裝上模通過(guò)人工選擇裝入到工裝緩存庫(kù)的某個(gè)工位，由AGV完成搬運(yùn);

操作者人工選擇所需加工的模具工件，然后選擇自動(dòng)線內(nèi)的某個(gè)機(jī)床進(jìn)行加工;選擇機(jī)床前需通過(guò)MES總控系統(tǒng)把相應(yīng)的模具工件的加工程序傳輸?shù)皆摍C(jī)床內(nèi)，傳輸完成后才可以啟動(dòng)堆垛機(jī)夾具搬運(yùn)工件到對(duì)應(yīng)的機(jī)床中進(jìn)行加工，堆垛機(jī)完成一次機(jī)床換料后將處于空閑狀態(tài)。機(jī)床內(nèi)安裝有高清攝像頭，操作者可以通過(guò)監(jiān)視器觀察機(jī)床的加工情況，如果加工出現(xiàn)問(wèn)題，操作者可以在人工裝夾工位側(cè)機(jī)床遠(yuǎn)程操作面板停止機(jī)床加工。

加工完成的工件由堆垛機(jī)放入到下料工位，再由AGV叉車運(yùn)送到人工裝夾工位，由操作者拆卸成品模具工件，無(wú)工件的工裝上模再由AGV送回到工裝緩存庫(kù)的空位中。

6? 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了模具生產(chǎn)的自動(dòng)化，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

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