機(jī)器人在輪輞沖孔工藝中的應(yīng)用

李博+++彭蕭

摘 要：利用新松SR50B型6軸機(jī)器人、壓機(jī)、專用夾手、上料系統(tǒng)、下料系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等組成輪輞沖孔系統(tǒng)。完成工件供給、機(jī)器人抓取工件、沖凸包、沖孔、下料的全自動(dòng)生產(chǎn)工藝過程。對(duì)機(jī)器人在輪輞沖孔系統(tǒng)中的自動(dòng)化應(yīng)用進(jìn)行了探索和研究，替代人工完成輪輞沖孔工作，降低了人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了勞動(dòng)傷害。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人；輪輞；沖孔；沖孔系統(tǒng)

引言

輪輞是摩托車、電動(dòng)車上的一個(gè)重要零部件，對(duì)其強(qiáng)度和外觀要求都有較高的要求。傳統(tǒng)的輪輞沖孔都是靠人工完成的。沖壓機(jī)每次工作產(chǎn)生的噪音對(duì)人體會(huì)造成嚴(yán)重的傷害，并且還是高危工種，稍微精神疏忽，就會(huì)造成嚴(yán)重的工傷事故。與此同時(shí)，勞動(dòng)成本的提升，用工荒問題，隨著時(shí)間的推移，越來越顯現(xiàn)。隨著國家對(duì)職業(yè)病的重視程度越來越高，整治力度加大，企業(yè)自身安全意識(shí)的提高。為了提高生產(chǎn)效率，減少勞動(dòng)傷害，采用新松SR50B機(jī)器人搭建的輪輞機(jī)器人自動(dòng)化沖孔系統(tǒng)很好地解決了企業(yè)的困難，既保證了質(zhì)量又提高了效率。

1 輪輞機(jī)器人自動(dòng)沖孔系統(tǒng)組成

輪輞采用滾彎成型后，接縫處采用二氧化碳保護(hù)焊的焊接工藝使輪輞成封閉的圓環(huán)型，并且經(jīng)過打磨拋光工序，保證輪輞表面平整光亮。這套設(shè)備使用廠家的輪輞產(chǎn)品絕大多數(shù)是出口產(chǎn)品，因此對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求格外嚴(yán)格。生產(chǎn)時(shí)，傳統(tǒng)沖孔是由人工完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大，勞動(dòng)傷害大，工作環(huán)境惡劣，同時(shí)產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，不容易控制。新松開發(fā)的這套設(shè)備目的是既要保證產(chǎn)品質(zhì)量又要降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度。設(shè)計(jì)思路是使用新松SR50B機(jī)器人配上抓取輪輞的專用夾手，在壓機(jī)上進(jìn)沖凸包，沖孔。輪輞產(chǎn)品質(zhì)量具有如下要求：不得夾傷、碰傷工件。適用產(chǎn)品范圍：直徑12～23寸，寬度1.20～5.5寸，凸包分度誤差≤0.5°，沖孔角度誤差≤0.5°。

輪輞機(jī)器人自動(dòng)沖孔系統(tǒng)的組成：SR50B機(jī)器人，輪輞專用夾手，上料系統(tǒng)，下料系統(tǒng)，壓機(jī)，電器控制系統(tǒng)，安全系統(tǒng)組成。設(shè)備布局如圖1所示。

輪輞機(jī)器人自動(dòng)沖孔系統(tǒng)工作流程：人工將要進(jìn)行沖孔的輪輞放在上料系統(tǒng)上，控制系統(tǒng)控制上料系統(tǒng)每次輸送出一個(gè)輪輞，并定位等候機(jī)器人抓取，機(jī)器人抓取輪輞，移動(dòng)到壓機(jī)出進(jìn)行沖凸包，沖孔。沖孔完畢后，將輪輞放到下料系統(tǒng)上，機(jī)器人抓取下一件進(jìn)行沖孔，如此往復(fù)循環(huán)。

由于該客戶現(xiàn)場(chǎng)將打磨車間與沖孔車間放置在一起，所以，設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)還考慮了除塵問題。機(jī)器人外面套裝了防塵服，這樣避免了粉塵對(duì)機(jī)器人的污染，這樣，使機(jī)器人的保養(yǎng)時(shí)間得以延長(zhǎng)。

2 新松SR50B機(jī)器人

新松SR50B機(jī)器人是一款六軸垂直關(guān)節(jié)型機(jī)器人，是新松公司研發(fā)的一款具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的機(jī)器人，其主要優(yōu)勢(shì)可根據(jù)用戶需要量身定制應(yīng)用軟件，從而滿足不同用戶對(duì)機(jī)器人使用的需求，六軸機(jī)器人有點(diǎn)是具有良好的空間可達(dá)性和柔性，可以模仿人的工作完成對(duì)工件的加工。這款機(jī)器人廣泛應(yīng)用與搬運(yùn)，打磨，拋光，裝配等工序，穩(wěn)定性及可靠性高。承載力大，可以對(duì)抗沖壓時(shí)帶來的沖擊和振動(dòng)。

SR50B機(jī)器人具有以下功能：多窗口操作界面；設(shè)置示教鎖；軌跡反轉(zhuǎn)粘貼；指令反轉(zhuǎn)粘貼；行號(hào)搜索；步號(hào)搜索；程序注解；用戶級(jí)別選定；實(shí)時(shí)顯示碼盤值；可實(shí)現(xiàn)示教編程和離線編程功能。

3 輪輞專用夾手

輪輞專用夾手采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，夾持方式采用4爪夾手，8個(gè)夾持點(diǎn)同步動(dòng)作，保證夾具面內(nèi)切圓與機(jī)器人6軸同心度≤0.5mm，使工件定位準(zhǔn)確；控制夾持力保證工件變形量≤0.5mm，且在生產(chǎn)運(yùn)行過程中不產(chǎn)生滑移；通過更換不同型號(hào)手指，來適應(yīng)不同直徑的輪輞；手指同夾具體連接分別用2顆圓柱銷定位，拆裝螺釘具有足夠強(qiáng)度且在夾具體外部；夾具手指同輪輞接觸部分，采用優(yōu)質(zhì)碳鋼材料淬火處理，防止夾具手指變形，和損傷工件；夾具體和夾具手指用優(yōu)質(zhì)碳鋼材料調(diào)質(zhì)處理，連接螺釘強(qiáng)度牢固可靠，防止在使用過程中發(fā)生松動(dòng)、變形現(xiàn)象；夾具體直線導(dǎo)軌副和安裝螺釘要強(qiáng)度加強(qiáng)，增加夾具體的強(qiáng)度，防止使用過程中松動(dòng)。

4 上料系統(tǒng)

上料系統(tǒng)作用是待沖孔工件的存儲(chǔ)和自動(dòng)供料。上料時(shí)，人工將一垛需要沖孔的工件擺放到料倉中，為適用不同直徑規(guī)格的輪輞產(chǎn)品，存儲(chǔ)料倉設(shè)計(jì)成可調(diào)節(jié)，根據(jù)輪輞規(guī)格將儲(chǔ)存料倉調(diào)到對(duì)應(yīng)位置。每次供料時(shí)，兩側(cè)氣動(dòng)舉升機(jī)構(gòu)將料垛夾緊并向上舉升，只將最底層一個(gè)輪輞留下，然后再由推料機(jī)構(gòu)將沖孔工件推到定位裝置內(nèi)，由定位裝置進(jìn)行定位，等待機(jī)器人抓取工人。這一機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資成本低，可靠性高，并能適用不同種類的工件儲(chǔ)存及供料。

5 下料系統(tǒng)

下料系統(tǒng)采用貨架式，思路來自現(xiàn)場(chǎng)考察結(jié)果，下料臺(tái)定位要求不是很高，地面安裝導(dǎo)向定位裝置將下料架推入即可定位，以貨架形式節(jié)省空間、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輪輞收集量大且轉(zhuǎn)移方便，兩套貨架交替使用節(jié)省時(shí)間。為滿足所有尺寸輪輞的存放，下料臺(tái)兩側(cè)撐桿的間距可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，以滿足直徑不同的產(chǎn)品存放。

6 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)采用Profinet網(wǎng)絡(luò)通訊并配置有I/O模塊，負(fù)責(zé)處理機(jī)器人、上料裝置、沖孔設(shè)備的通訊，使其相互配合，協(xié)調(diào)完成整個(gè)輪輞沖孔過程。PLC采用西門子1200，內(nèi)置Profinet端口用于Profinet網(wǎng)絡(luò)通訊。用戶程序可以包含布爾邏輯、計(jì)數(shù)、定時(shí)、復(fù)雜數(shù)學(xué)邏輯計(jì)算以及其他智能設(shè)備的通訊。觸摸屏具備200組作業(yè)存儲(chǔ)空間，來實(shí)現(xiàn)不同類型輪圈的快速切換。每組作業(yè)參數(shù)包括序號(hào)、作業(yè)名稱、孔數(shù)、徑向角和軸向角；觸摸屏上任意設(shè)置孔數(shù)、徑向角和軸向角參數(shù)值，觸摸屏對(duì)特定作業(yè)具有添加、修改、存儲(chǔ)功能。每種輪圈同一類型的凸包點(diǎn)和沖孔點(diǎn)只需用示教盒更改一個(gè)位置點(diǎn)即可，該點(diǎn)作為角度偏移的基準(zhǔn)點(diǎn)。機(jī)器人六個(gè)軸偏移指令的應(yīng)用詳見軟件部分。在作業(yè)示教以及參數(shù)設(shè)定完畢后，更換產(chǎn)品流程為觸摸屏選擇輪圈類型作業(yè)，啟動(dòng)系統(tǒng)即可。

觸摸屏中對(duì)參數(shù)修改部分具有密碼保護(hù)功能，防止無關(guān)人員擅自更改參數(shù)。觸摸屏監(jiān)控畫面可以實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)各個(gè)部分的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，能夠很好的了解掌握系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)，方便故障排查。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)動(dòng)調(diào)試實(shí)際情況，需方再提出相應(yīng)的技術(shù)改動(dòng)要求。

沖床的控制部分需要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行改造，以便PLC控制沖床配合機(jī)器人動(dòng)作。沖床由PLC發(fā)送信號(hào)控制電磁鐵動(dòng)作來控制沖床運(yùn)動(dòng)。在沖頭兩側(cè)增加兩個(gè)對(duì)射傳感器來判斷沖頭的上下位置，接收該位置信號(hào)輸入給PLC。

7 安全系統(tǒng)

由于目前工業(yè)機(jī)器人工作時(shí)還需人機(jī)隔離，所以設(shè)備外面加裝有安全防護(hù)網(wǎng)，預(yù)留了進(jìn)入防護(hù)網(wǎng)能的安全門兩個(gè)，每個(gè)安全門上都安裝了安全門鎖，當(dāng)安全門鎖打開時(shí)機(jī)器人停止工作，對(duì)人身安全起到保護(hù)作用。另外，機(jī)器人與供料系統(tǒng)和壓機(jī)之間還有一些安全互鎖信號(hào)，當(dāng)機(jī)器人所處的位置不安全時(shí)，這些設(shè)備不能啟動(dòng)工作，保護(hù)設(shè)備的安全。

8 結(jié)束語

這套設(shè)備在輪輞生產(chǎn)廠使用收到良好效果，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能350件/8小時(shí)，達(dá)到人工生產(chǎn)能力1.4倍以上，產(chǎn)品質(zhì)量的良率可達(dá)99.9%以上，保證企業(yè)訂單的有計(jì)劃性及完成訂單的可控性，企業(yè)收到良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。