機器人在鉆桿接頭鍛壓生產線中的應用

林曉東，劉堯生，張金枝，徐 磊

LIN Xiao-dong, LIU Yao-sheng, ZHANG Jin-zhi, XU Lei

（北京機械工業自動化研究所，北京 100120）

0 引言

傳統鉆桿接頭的生產由整塊棒料經機加工后熱處理而成，如此生產方式既造成了材料的過度浪費，也造成了機加工費效比低下。因此采用先將棒料經過鍛壓成型生成毛坯件，再機加工、熱處理生成成品件的生產方式。

系統主要由鋸床自動下料線、中頻加熱設備、制坯工作站、成型工作站、沖控工作站、成品輸送線及外圍防護裝置組成。實現了鉆桿接頭的全程自動化生產，降低了工人的工作風險，此種生產方式既可減少材料的浪費、也降低了機加工的費用，極大的提高了生產效率。

1 工藝流程

首先需要將長棒料切割成規定尺寸的棒料，鋸床自動下料線由4部鋸床及輸送裝置組成，整根棒料由車間外部放到鋸床的棒料輸送線上，鋸床自動根據預制的尺寸進行切割，切割完成后自動輸送到下一工序。

棒料加熱到合適的溫度后進入制坯工序，生成坯料，由搬運機器人取出后放入輸送車進入成型工工序，成型工序完成后，再次由機器人放入輸送車進入沖孔工序，沖孔完成后，由機器人將工件沖壓機中取出，放入輸送線，最后經機加工，熱處理等工序完成鉆桿接頭的生產過程。整條鍛壓線對節拍要求嚴格，如線體上任何一個環節出問題則對整條線產生影響，因此，可靠性對線體的正常運行至關重要。

2 鍛壓線簡介

線體組成：

1）鋸床自動下料線；

圖1 鍛壓線整體布局圖

2）中頻加熱電源；

3）制坯工作站；

4）成型工作站；

5）沖孔工作站；

6）成品輸送線；

7）鍛壓模具及輔助設備。

3 鍛壓線中機器人工作過程

圖2 鉆桿接頭生產線現場圖

整線自動運行前，應滿足如下條件：

1）安全門處于關閉狀態；

2）兩條輸送線及輸送小車位于啟動位置；

3）機器人處于自動狀態。

線體切換到自動方式時，機器人首先對其頭部安裝的卡具自動進行檢查，如故障則報警，提示操作進行處理；無故障則進入待機狀態。

3.1 制坯機器人工作流程

圖3 制坯壓機工作站

1）制坯機器人啟動條件

（1）機器人在HOME點；

（2）安全門關閉；

（3）抓手供氣正常。

2）制坯機器人工作狀態說明

自動啟動完成后進入待機狀態，當滿足啟動條件后，進入工作循環。制坯壓機上設置與機器人相關的三個開關，選擇開關，開始，停止。

工作選擇開關有三檔選擇：坯料上車，烘爐，正常工作。

1）坯料上車工作狀態

制坯壓機退出生產線，其與機器人的交互信號處于失效狀態，此種狀態下，中頻出料為已經經過一次壓制的坯料，制坯機器人取料后判斷1號車是否到位，如小車準備好則直接上車，如1號車未就位則直接拋料。

2）烘爐狀態

1號車退出生產線，機器人從中頻取料后判斷制坯壓機是否準備好，準備好則放入，否則直接拋料。

3）正常狀態

機器人自中頻取棒料后首先判斷壓機是否準備好，準備好則放入，否則直接拋掉棒料，棒料放入壓機后壓迫壓制開關，等待壓機出料信號，壓制完成后，機器人進入壓機取坯料，判斷小車是否就位，就位則放入，否則拋料。

另外，自動運行狀態下，制坯壓機的進料受成型壓機控制面板上的開關控制，如此時開關被按下，則制坯壓機只能出料無法進棒料。

3.2 制坯機器人的工作邏輯

首先判斷制坯壓機中是否出料，之后檢測中頻是否出料，最后檢測1號車是否卸料；壓機出料有效則進入取料程序，之后判斷小車是否就位，如未就位則拋掉。中頻有料則先取料，到達HOME點判斷壓機是否準備好，如準備好則放入壓機，壓迫壓機壓制開關，等待壓機出料，如壓機出現異常信號則跳出本次工作循環。從壓機取坯料后，進入1號車準備位進行判斷1號車是否準備好，準備好則放入，未準備好則拋掉。

3.3 一號輸送車手動卸料方法

制坯壓機出料放到一號車上后，在成型工序無法抓取時，按下成型機器人暫停鍵，回到一號車控制盒，手動將小車開至R1機器人側，當TO R1按鈕燈亮起后按下，此時R1機器人，自動將一號車上的坯料拋掉，恢復R2機器人的自動運行。

4 成型機器人工作流程

圖4 成型工作站

4.1 成型機器人啟動條件

1）機器人在HOME點；

2）抓手供氣正常。

4.2 成型機器人工作邏輯

壓機非異常狀態時，當一號輸送車到位且車上有料時，自動進入一號車取料程序，返回HOME點判斷壓機是否允許進料，如允許則放入壓機（否則直接拋掉坯料），放入壓機后壓迫壓制開關等待取料信號，正常情況下，在壓機給出取料信號后，取料運行至二號車準備點，如二號車就位則放入，否則直接拋料。如壓機壓制過程中出現問題則此時壓機切換到手動狀態，給出壓機異常信號，機器人退出本次工作流程，待故障處理完成后重新切換到自動狀態，機器人自動開始新的工作流程。

4.3 沖孔壓機工作流程

圖5 沖孔工作站

1）沖孔機器人啟動條件

（1）機器人在HOME點；

（2）安全門關閉；

（3）抓手供氣正常。

2）沖孔機器人工作邏輯

二號車到位且車上有料時，機器人自動到二號車取料，之后工作流程同成型機器人。

沖孔工序完成后，鉆桿接頭需經傳送帶放置到料筐中自然冷卻，至此完成鉆桿接頭的毛坯件的生產。毛坯件冷卻后經機加工、熱處理等后續工序完成成品件的生產。

5 結束語

本生產線專門針對鉆桿接頭的生產而開發，降低了工人的工作風險及勞動強度，具有可靠性高，工藝穩定性好等諸多優點，自交付使用以來，有效地提高了生產效率，客戶反應良好。

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