機器人在輪輞沖孔工藝中的應用

李博+++彭蕭

摘 要：利用新松SR50B型6軸機器人、壓機、專用夾手、上料系統、下料系統、電氣控制系統等組成輪輞沖孔系統。完成工件供給、機器人抓取工件、沖凸包、沖孔、下料的全自動生產工藝過程。對機器人在輪輞沖孔系統中的自動化應用進行了探索和研究，替代人工完成輪輞沖孔工作，降低了人的勞動強度，減少了勞動傷害。

關鍵詞：機器人；輪輞；沖孔；沖孔系統

引言

輪輞是摩托車、電動車上的一個重要零部件，對其強度和外觀要求都有較高的要求。傳統的輪輞沖孔都是靠人工完成的。沖壓機每次工作產生的噪音對人體會造成嚴重的傷害，并且還是高危工種，稍微精神疏忽，就會造成嚴重的工傷事故。與此同時，勞動成本的提升，用工荒問題，隨著時間的推移，越來越顯現。隨著國家對職業病的重視程度越來越高，整治力度加大，企業自身安全意識的提高。為了提高生產效率，減少勞動傷害，采用新松SR50B機器人搭建的輪輞機器人自動化沖孔系統很好地解決了企業的困難，既保證了質量又提高了效率。

1 輪輞機器人自動沖孔系統組成

輪輞采用滾彎成型后，接縫處采用二氧化碳保護焊的焊接工藝使輪輞成封閉的圓環型，并且經過打磨拋光工序，保證輪輞表面平整光亮。這套設備使用廠家的輪輞產品絕大多數是出口產品，因此對產品質量要求格外嚴格。生產時，傳統沖孔是由人工完成，勞動強度大，勞動傷害大，工作環境惡劣，同時產品質量不穩定，不容易控制。新松開發的這套設備目的是既要保證產品質量又要降低人工勞動強度。設計思路是使用新松SR50B機器人配上抓取輪輞的專用夾手，在壓機上進沖凸包，沖孔。輪輞產品質量具有如下要求：不得夾傷、碰傷工件。適用產品范圍：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°。

輪輞機器人自動沖孔系統的組成：SR50B機器人，輪輞專用夾手，上料系統，下料系統，壓機，電器控制系統，安全系統組成。設備布局如圖1所示。

輪輞機器人自動沖孔系統工作流程：人工將要進行沖孔的輪輞放在上料系統上，控制系統控制上料系統每次輸送出一個輪輞，并定位等候機器人抓取，機器人抓取輪輞，移動到壓機出進行沖凸包，沖孔。沖孔完畢后，將輪輞放到下料系統上，機器人抓取下一件進行沖孔，如此往復循環。

由于該客戶現場將打磨車間與沖孔車間放置在一起，所以，設備現場還考慮了除塵問題。機器人外面套裝了防塵服，這樣避免了粉塵對機器人的污染，這樣，使機器人的保養時間得以延長。

2 新松SR50B機器人

新松SR50B機器人是一款六軸垂直關節型機器人，是新松公司研發的一款具有自主知識產權的機器人，其主要優勢可根據用戶需要量身定制應用軟件，從而滿足不同用戶對機器人使用的需求，六軸機器人有點是具有良好的空間可達性和柔性，可以模仿人的工作完成對工件的加工。這款機器人廣泛應用與搬運，打磨，拋光，裝配等工序，穩定性及可靠性高。承載力大，可以對抗沖壓時帶來的沖擊和振動。

SR50B機器人具有以下功能：多窗口操作界面；設置示教鎖；軌跡反轉粘貼；指令反轉粘貼；行號搜索；步號搜索；程序注解；用戶級別選定；實時顯示碼盤值；可實現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驅動，夾持方式采用4爪夾手，8個夾持點同步動作，保證夾具面內切圓與機器人6軸同心度≤0.5mm，使工件定位準確；控制夾持力保證工件變形量≤0.5mm，且在生產運行過程中不產生滑移；通過更換不同型號手指，來適應不同直徑的輪輞；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度且在夾具體外部；夾具手指同輪輞接觸部分，采用優質碳鋼材料淬火處理，防止夾具手指變形，和損傷工件；夾具體和夾具手指用優質碳鋼材料調質處理，連接螺釘強度牢固可靠，防止在使用過程中發生松動、變形現象；夾具體直線導軌副和安裝螺釘要強度加強，增加夾具體的強度，防止使用過程中松動。

4 上料系統

上料系統作用是待沖孔工件的存儲和自動供料。上料時，人工將一垛需要沖孔的工件擺放到料倉中，為適用不同直徑規格的輪輞產品，存儲料倉設計成可調節，根據輪輞規格將儲存料倉調到對應位置。每次供料時，兩側氣動舉升機構將料垛夾緊并向上舉升，只將最底層一個輪輞留下，然后再由推料機構將沖孔工件推到定位裝置內，由定位裝置進行定位，等待機器人抓取工人。這一機構的優點是結構簡單，投資成本低，可靠性高，并能適用不同種類的工件儲存及供料。

5 下料系統

下料系統采用貨架式，思路來自現場考察結果，下料臺定位要求不是很高，地面安裝導向定位裝置將下料架推入即可定位，以貨架形式節省空間、結構簡單、輪輞收集量大且轉移方便，兩套貨架交替使用節省時間。為滿足所有尺寸輪輞的存放，下料臺兩側撐桿的間距可以自動調節，以滿足直徑不同的產品存放。

6 控制系統

控制系統采用Profinet網絡通訊并配置有I/O模塊，負責處理機器人、上料裝置、沖孔設備的通訊，使其相互配合，協調完成整個輪輞沖孔過程。PLC采用西門子1200，內置Profinet端口用于Profinet網絡通訊。用戶程序可以包含布爾邏輯、計數、定時、復雜數學邏輯計算以及其他智能設備的通訊。觸摸屏具備200組作業存儲空間，來實現不同類型輪圈的快速切換。每組作業參數包括序號、作業名稱、孔數、徑向角和軸向角；觸摸屏上任意設置孔數、徑向角和軸向角參數值，觸摸屏對特定作業具有添加、修改、存儲功能。每種輪圈同一類型的凸包點和沖孔點只需用示教盒更改一個位置點即可，該點作為角度偏移的基準點。機器人六個軸偏移指令的應用詳見軟件部分。在作業示教以及參數設定完畢后，更換產品流程為觸摸屏選擇輪圈類型作業，啟動系統即可。

觸摸屏中對參數修改部分具有密碼保護功能，防止無關人員擅自更改參數。觸摸屏監控畫面可以實時監控系統各個部分的運動狀態，能夠很好的了解掌握系統實時狀態，方便故障排查。同時，根據現場聯動調試實際情況，需方再提出相應的技術改動要求。

沖床的控制部分需要現場進行改造，以便PLC控制沖床配合機器人動作。沖床由PLC發送信號控制電磁鐵動作來控制沖床運動。在沖頭兩側增加兩個對射傳感器來判斷沖頭的上下位置，接收該位置信號輸入給PLC。

7 安全系統

由于目前工業機器人工作時還需人機隔離，所以設備外面加裝有安全防護網，預留了進入防護網能的安全門兩個，每個安全門上都安裝了安全門鎖，當安全門鎖打開時機器人停止工作，對人身安全起到保護作用。另外，機器人與供料系統和壓機之間還有一些安全互鎖信號，當機器人所處的位置不安全時，這些設備不能啟動工作，保護設備的安全。

8 結束語

這套設備在輪輞生產廠使用收到良好效果，可以實現產能350件/8小時，達到人工生產能力1.4倍以上，產品質量的良率可達99.9%以上，保證企業訂單的有計劃性及完成訂單的可控性，企業收到良好的經濟效益和社會效益。