工業機器人在液壓機沖壓自動生產線中的應用

湯世松，項余建，吳連紅，仲太生，詹俊勇，羅素萍

（揚力集團股份有限公司，江蘇 揚州 225127）

工業機器人在液壓機沖壓自動生產線中的應用

湯世松，項余建，吳連紅，仲太生，詹俊勇，羅素萍

（揚力集團股份有限公司，江蘇 揚州 225127）

根據客戶需求，液壓機沖壓生產中手工送料將逐步由六軸工業機器人取代。應用三菱Q00UJCPU控制器、遠程IO、安川六軸工業機器人進行了單機聯線柔性機器人生產線的開發。分析了整條機器人聯線的系統組成及對控制系統的要求，確定了控制系統結構方案，實現了對整線自動化的穩定控制。

沖壓生產線；工業機器人；數控伺服；控制系統；監控程序

伴隨汽車工業的高速發展，液壓機等現代化沖壓工藝裝備也得到了快速發展，其在沖壓加工中所占比重和地位進一步增大[1]。與此同時，沖壓生產中的手工送料已逐步由自動送料機構所取代，大大提高了沖壓生產自動化水平，大幅提高了生產節拍和生產質量等要求[2]。

沖壓生產自動化是提高勞動生產率和改善勞動條件的有效措施和主要方法。隨著我國汽車、電器等行業產品質量的不斷提高和生產規模的不斷擴大，我國沖壓生產實現生產自動化勢在必行。

圖1 液壓機機器人柔性沖壓自動線布局圖

1 機器人柔性生產線設計

與人工生產方式相比，沖壓工藝中的自動化生產方式在產品質量穩定性、人員勞動強度、安全生產、生產效率等諸方面均有較大優勢，自動化生產也是沖壓生產的發展趨勢。目前，沖壓自動化生產線有機械手自動化生產線、機器人自動化生產線和多工位壓力機生產線等方式[3]。

1.1 系統設計組成與任務

本文所述生產線是以揚力公司1臺YGM-500K數控伺服液壓機和4臺YGM-315K數控伺服液壓機為主機而設計開發的一條工業機器人柔性沖壓自動生產線。機器人連線自動化系統沖壓生產線組成由1臺YGM-500K+4臺YGM-315K數控液壓機、5臺關節型機器人安川MH165、1臺三合一送料機（NLF2-1300耐銳）和尚川快速換模系統。通過該條沖壓生產線的總體布局、數控伺服液壓機、三合一送料機以及連線總控系統等組成模塊設計，以及如機器人治具吸盤吸料、整條線地基固定、線尾碼垛、協調控制等關鍵技術的解決，以掌握金屬板材液壓機沖壓柔性自動化沖壓成套聯線的核心技術。

該柔性沖壓生產線開發設計任務包括：①數控伺服液壓機開發設計；②六軸工業機器人程序開發；③總線控制系統設計。所設計機器人柔性自動化沖壓生產線通用性好，可以配套多種規格模具，滿足各種五金類零件和中高檔汽車高質量零件的需求[4]。目前研制的機器人柔性自動化生產線生產節拍可以達到5～8SPM。如圖1所示為液壓機機器人柔性沖壓自動線布局圖。

1.2 數控伺服液壓機

傳統的伺服液壓機或伺服機械壓力機，其伺服主要體現在：通過電控系統控制伺服電機的轉動速度，再通過滑塊位置檢測（高精度磁致伸縮尺）裝置檢測滑塊位置信號，輸入控制系統，進行比較形成閉環，從而調整伺服電機的轉速來實現伺服控制。數控伺服液壓機在伺服電機和滑塊位置檢測裝置的基礎上增加了電液比例伺服閥對流量進行控制，為數眾多的壓力傳感器對液壓系統各部位壓力進行檢測，采用高級微處理器滿足伺服液壓機的壓力、流量、速度等參數閉環程序控制大規模運算需要的專用高級微處理器控制系統，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]。

液位控制繼電器，有提示報警功能，防止系統缺油和超限，同時油箱上配置液位-液溫計。液壓系統回路設計有高精度油液過濾裝置，能確保系統的油液清潔度，從而保證系統的正?？煽窟\行。

1.3 安川MH165六軸工業機器人

安川MH165工業機器人是高生產效率多功能工業用機器人。搭載豐富的功能選項，可承受高負載，動作節拍快，是一種高速機器人。搭配新型控制柜DX200。同級別性能最高：通過應用高速小慣量伺服電機和最新控制技術，實現世界最快速。在腕部容許慣量增加的同時，保證了機器人本體的小型化。應對惡劣環境作業：手腕部采用防水、防塵結構（標準防爆等級IP67），在水滴、灰塵多的環境下，即使沒有防護服也可以使用。其具體規格如表1所示。

1.4 三合一送料機

表1 安川MH165機器人規格參數

三合一送料機采用東莞市耐銳機械有限公司的NLF2-1300。上料臺車輔助裝料，操作人員可以安全便捷地更換料卷。料架主軸采用變頻調速配合減速馬達運作與送料機速度同步。防止材料散扎，協助材料卷放料的壓料裝置帶動力。矯正滾輪機構與送料機安置于同一精密平臺，保證平行的精度統一，最大限度地限制了整平與送料作業時的誤差。三合一料架整平送料機集料架、整平、送料于一體，占地空間小、工人操作安全簡單、工作效率高，是沖壓自動化送料的科技先進設備，具備充分體現沖壓生產設備現代化的特點。

1.5 控制系統三菱Q00UJCPU

系統控制對象包括5個MH165安川機器人、1臺三合一送料機以及5臺數控伺服液壓機。系統主控單元為三菱Q系列PLC[5]（Q00UJCPU-S8-SET），配置有威綸TK系列觸摸屏（TK6102I）、遠程IO輸入輸出模塊AJ65SBTB1-32DT等[6]。

主控單元PLC與觸摸屏通信采用串口通信；主控單元PLC與遠程IO模塊的通信是通過三菱CC-LINK總線實現。將卷料裝入三合一送料機料架，三合一送料機根據機床沖壓次數將整平后的料片送入液壓機，通過關節型機器人的傳送，直至產品移出完成整個沖壓自動化。整線現場布局圖如圖2所示。

圖2 整線機器人自動化生產線現場布局圖

2 系統程序設計

如圖3所示是機器人自動化生產線總控程序流程圖[7]。整條機器人自動化生產線系統的程序編寫是以GX-works2為軟件，Q00UJCPU為控制器，TK6102I為人機界面，編寫PLC程序和觸摸屏程序。遠程I/O模塊AJ65SBTB1-32DT、通過CC-Link專用電纜與CC-Link模塊QJ61BT11N進行通訊連接，液壓機控制所需的所有輸入信號、輸出信號直接連接在遠程I/O模塊上，機器人遠程控制信號通過CC-Link專用通訊板卡作為從站連接在總控PLC上。所有遠程I/O信號到總控操作臺由一根CC-Link專用電纜形成工業現場總線，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。

圖3 送料系統總控程序流程圖

整條機器人生產線運行可靠，生產效率為6SPM。整個系統中，液壓機與機器人處于互鎖狀態，液壓機動作，機器人禁止進入模腔取料放料，機器人動作，液壓機必須處于上死點，以保證安全。連線中所有設備只要有一個處于報警狀態，整個系統應立即停止，防止事故發生。

3 結束語

本文設計開發了一條柔性機器人全自動生產線，以1臺YGM-500K+4臺YGM-315K數控液壓機為工作主機，5臺安川MH165機器人取料放料，配套三合一送料機、快速換模系統，實現料件沖壓自動化，大大提高生產率，為客戶創造效益。通過該生產線的實際交付使用，先后解決了控制系統故障報警、機器人治具掉料報警、聯線動作的穩定性和機器人線尾碼垛等一系列技術難題，為今后繼續實施機器人項目提供了依據。公司掌握了金屬板材沖壓成形設備機器人聯線的核心技術。

[1]劉 川，宋四全，李 勇.國內沖壓自動化線成套技術及裝備供應能力研究[J].機器人技術與應用，2004，（3）：8-12.

[2]南雷英，戚春曉，孫友松.沖壓生產自動送料技術的現狀與發展概況[J].鍛壓裝備與制造技術，2006，41（2）：18-21.

[3]徐 剛，等.金屬板材沖壓成形技術與裝備的現狀與發展[J].鍛壓裝備與制造技術，2004，39（4）：16-22.

[4]馮 科，張祥林，劉 鑫.中小型沖壓生產線自動化改造的整體設計[J].鍛壓裝備與制造技術，2013，48（6）：29-32.

[5]夏衛明，嵇寬斌.伺服液壓機的性能特點與應用[J].鍛壓裝備與制造技術，2016，51（2）：25-28.

Application of industrial robot in automatic stamping production line for hydraulic press

TANG Shisong，XIANG Yujian，WU Lianhong，ZHONG Taisheng，ZHAN Junyong，LUO Suping
（Jiangsu Yangli Group Co.,Ltd.,Yangzhou225127,Jiangsu China）

According to market customer needs,hand-feed stamping production of hydraulic press will be gradually replaced by the six-axis industrial robot.Stand-alone connecting flexible robot production line has been designed by use of Mitsubishi Q00UJCPU controller,remote IO module and YASKAWA six-axis industrial robot.The system composition of the whole robot connecting line and the requirement of control system have been analyzed.The structure project of the control system has been determined and the stable control of the whole line automatic control system has been realized.

Industrial robot;CNC servo;Control system;Monitor program

TG385.9；TG315.4

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.03.008

1672-0121（2017）03-0034-04

2017-01-10；

2017-02-27

湯世松（1985-），男，碩士，工程師，從事交流伺服運動控制、機器人、伺服電機、機電一體化、PLC等研究。E-mail：tangshisong26@163.com