沖壓工藝中的消費(fèi)方式有傳統(tǒng)的人工消費(fèi)方式與自動(dòng)化消費(fèi)方式。從產(chǎn)質(zhì)量量的穩(wěn)定性、人員勞動(dòng)強(qiáng)度、安全消費(fèi)、消費(fèi)效率各方面中止比較，自動(dòng)化消費(fèi)方式有較大優(yōu)勢(shì)，也是沖壓消費(fèi)方式的展開趨向。沖壓自動(dòng)化消費(fèi)線又分為機(jī)械手自動(dòng)化消費(fèi)線、沖壓自動(dòng)化設(shè)備和多工位壓力機(jī)消費(fèi)線等方式。
1.各種消費(fèi)方式的比較
機(jī)械手自動(dòng)化消費(fèi)線和機(jī)器人自動(dòng)化消費(fèi)線的區(qū)別主要表往常以下幾個(gè)方面。
安裝方式:機(jī)器人線在空中安裝，與壓力機(jī)沒有機(jī)械上的銜接；機(jī)械手線在壓力機(jī)立柱間安裝鋼梁，附著在壓力機(jī)上。
運(yùn)用特性:機(jī)器人線經(jīng)過端拾器的切換和機(jī)器人動(dòng)作軌跡的調(diào)整，愈加柔性化。
消費(fèi)節(jié)拍:機(jī)器人線消費(fèi)節(jié)拍為7件/min～10件/min，機(jī)械手線為8件/min～12件/min。
投資本錢:機(jī)器人線投資低，機(jī)械手線投資高。由于消費(fèi)節(jié)拍是一個(gè)綜合指標(biāo)，它不只取決于某一設(shè)備，而且取決于自動(dòng)化設(shè)備、壓力機(jī)、模具3者的和諧匹配關(guān)系，如抵達(dá)10件/min以上，對(duì)壓力機(jī)和模具的懇求就相應(yīng)進(jìn)步，意味著投資增加。綜合思索，運(yùn)用機(jī)器人自動(dòng)化線愈加經(jīng)濟(jì)、適用。
機(jī)械手自動(dòng)化線適于大間距的壓力機(jī)消費(fèi)線，同時(shí)適用于已有消費(fèi)線的自動(dòng)化改造。經(jīng)過改換端拾器，機(jī)器人自動(dòng)化消費(fèi)線可適宜多車型的消費(fèi)，柔性更高。
2.機(jī)器人沖壓自動(dòng)化消費(fèi)線設(shè)計(jì)
機(jī)器人自動(dòng)化沖壓消費(fèi)線運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)方式為:垛料拆垛(機(jī)器人拆垛)-板料傳輸-板料涂油-板料對(duì)中-上料機(jī)器人送料-(首臺(tái)壓機(jī)沖壓)-下料機(jī)器人取料、送料-(壓機(jī)沖壓)-(根據(jù)工序數(shù)量循環(huán))-下料機(jī)器人取料、送料-(末端壓機(jī)沖壓)-線尾機(jī)器人取料、放料-皮帶機(jī)保送-人工碼垛。本文以長(zhǎng)城汽車的機(jī)器人沖壓自動(dòng)化消費(fèi)線為例對(duì)其整體規(guī)劃、電器控制等中止細(xì)致設(shè)計(jì)。
2.1系統(tǒng)組成
本系統(tǒng)包括拆垛系統(tǒng)、涂油機(jī)、對(duì)中臺(tái)、壓力機(jī)兼上下料系統(tǒng)、線尾保送系系統(tǒng)。
拆垛系統(tǒng)采用可循環(huán)式雙垛料臺(tái)，導(dǎo)軌布置平行于壓力機(jī)，沖壓板料用行車或叉車放置在非工作垛料臺(tái)上，然后經(jīng)過有效信號(hào)確認(rèn)上料終了，系統(tǒng)將在一臺(tái)拆垛完成后自動(dòng)轉(zhuǎn)換垛料臺(tái)，保證連續(xù)消費(fèi)；在垛料車上配備磁力分張器，經(jīng)過磁力將垛料自動(dòng)拆垛成單張。在拆垛機(jī)器人上有雙料檢測(cè)以及雙料處置裝置以保證每次為單張送料。拆垛機(jī)器人將板料放置在長(zhǎng)度可調(diào)的磁性傳送帶上，板料送至涂油機(jī)，板料能否涂油及涂油位置可經(jīng)過編程自行設(shè)定，板料涂油后，傳送到對(duì)中臺(tái)。對(duì)中臺(tái)采用機(jī)械對(duì)中臺(tái)，可便當(dāng)?shù)刂兄挂苿?dòng)和固定，同時(shí)運(yùn)用重力對(duì)中或視覺對(duì)中系統(tǒng)，保證板料的重復(fù)定位快捷、準(zhǔn)確與堅(jiān)固；上料機(jī)器人根據(jù)每個(gè)零件的對(duì)中位置，改動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)軌跡，將板料準(zhǔn)確地搬運(yùn)到壓力機(jī)內(nèi)；對(duì)不同的沖壓制件中止機(jī)器人的模擬示教，離線編程，以順應(yīng)多種制件的共線消費(fèi)；線尾保送采用皮帶機(jī)，在消費(fèi)線的末端放置皮帶機(jī)，保證最后一臺(tái)壓力機(jī)的機(jī)器人直接將零件放置到皮帶機(jī)上，抵達(dá)出件效果。經(jīng)過軟件使機(jī)器人跟蹤壓機(jī)的運(yùn)動(dòng)，完成壓機(jī)與機(jī)器人同步功用，可以最大化上下料與壓機(jī)運(yùn)動(dòng)之間的重合度，抵達(dá)平穩(wěn)切換其速度來(lái)縮短消費(fèi)節(jié)拍及減少機(jī)械負(fù)荷的目的。經(jīng)過增加外部軸，做為機(jī)器人的第七軸中止伺服控制，使壓力機(jī)間的間距布置愈加自由；同時(shí)，機(jī)器人的傳送范圍和搬運(yùn)速度得到提升，消費(fèi)節(jié)拍更快。
2.2控制系統(tǒng)
2.2.1總體控制方案
本系統(tǒng)包括拆垛機(jī)、涂油機(jī)、對(duì)中臺(tái)、上下料系統(tǒng)、線尾保送系統(tǒng)，各分系統(tǒng)間的電氣控制按照集中監(jiān)控、分散控制的準(zhǔn)繩。在各控制部分控制系統(tǒng)中，采用設(shè)備層和控制層的典型控制方式，每個(gè)層次中運(yùn)用不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及軟硬件配置，以完成各自不同的功用。
2.2.2控制層
各部分控制系統(tǒng)采用具有現(xiàn)場(chǎng)總線方式的PLC控制方式，具有單獨(dú)控制及連線自動(dòng)控制的功用。為保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)，可采用西門子S7-416-2DP的PLC，現(xiàn)場(chǎng)總線采用西門子Profibus總線及工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)。每個(gè)控制部分的PLC之間及各PLC與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)交流采用工業(yè)以太網(wǎng)方式，供監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用。壓力機(jī)控制系統(tǒng)需配備Ethernetcard與機(jī)器人控制系統(tǒng)接口，控制系統(tǒng)與機(jī)器人系統(tǒng)間經(jīng)過Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線方式完成信息交流和連鎖對(duì)接。
2.2.3設(shè)備層
設(shè)備層在整個(gè)控制系統(tǒng)中處于最底層，是整個(gè)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要包括現(xiàn)場(chǎng)操作站、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備檢測(cè)單元(如接近開關(guān)、光電開關(guān))、現(xiàn)場(chǎng)其他輸入設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(如電動(dòng)機(jī)、電磁閥)等，直接或經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)總線與控制層中的PLC相聯(lián)絡(luò)，將輸入信號(hào)發(fā)送給PLC，并將PLC輸出指令發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。各種傳感器和閥的接線盒經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)總線(Profibus-DP)和相應(yīng)控制單元通訊。
2.2.4人機(jī)界面HMI
本系統(tǒng)HMI采用SIEMENS的觸摸屏，在每個(gè)控制單元均配置一個(gè)觸摸屏，采用Profibus總線通訊。單元觸摸屏具有指示燈及操作按鈕(或旋鈕)，可顯現(xiàn)錯(cuò)誤報(bào)警及自診斷等信息，本單元相關(guān)的I/O信號(hào)在HMI上顯現(xiàn)，并以不同顏色區(qū)分。一旦有缺點(diǎn)節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)將持續(xù)報(bào)警，HMI上將在當(dāng)前畫面顯現(xiàn)缺點(diǎn)點(diǎn)，以便工作人員查找。
2.3安全系統(tǒng)
安全是自動(dòng)化消費(fèi)線的最大特性，本系統(tǒng)采用基于德國(guó)PILZ安全PLC的SafetyBus維護(hù)系統(tǒng)，并配置了完善的安全裝置，實(shí)時(shí)控制顯現(xiàn)安全區(qū)域狀況，及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)或停機(jī)，與主PLC系統(tǒng)通訊采用Profibus-DP總線。聲光報(bào)警單元作為整線安全系統(tǒng)的輔助工具，能夠在設(shè)備啟停、設(shè)備缺點(diǎn)、上下料缺點(diǎn)以及安全系統(tǒng)中各安全監(jiān)控點(diǎn)報(bào)警等異常狀況發(fā)作時(shí)及時(shí)通知操作人員處置。在拆垛系統(tǒng)前設(shè)有一升降門，該門為卷簾門。升降門的開閉與兩個(gè)垛料臺(tái)的轉(zhuǎn)換互鎖，當(dāng)一個(gè)垛料臺(tái)無(wú)料時(shí)，另一個(gè)垛料臺(tái)進(jìn)入前，升降門翻開，垛料臺(tái)開進(jìn)；當(dāng)前一個(gè)垛料臺(tái)開出后，升降門落下。升降門是電動(dòng)升降，并且由操作員從相應(yīng)的操作臺(tái)控制，在關(guān)閉時(shí)它們檢測(cè)2個(gè)行程開關(guān)，翻開時(shí)用一個(gè)傳感器檢測(cè)。在保證工作單元安全的情況下，一個(gè)光幕單元(發(fā)射器/接納器)允許相關(guān)的垛料臺(tái)車的進(jìn)出，也就是說(shuō)沖壓線自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。假設(shè)相關(guān)的垛料臺(tái)車不是處于過渡階段，而是人或者異物阻撓光幕，這個(gè)光幕單元的斷開將招致整個(gè)沖壓線機(jī)器人動(dòng)力的切斷(除了處于編程方式的機(jī)器人)，并且拆垛單元的控制回路電源斷開。整個(gè)控制系統(tǒng)的一切緊急中止信號(hào)以及壓機(jī)和機(jī)器人之間的安全連鎖信號(hào)都連入安全PLC系統(tǒng)，經(jīng)過PLC程序中止互鎖控制。
2.4仿真模擬
在虛擬環(huán)境中仿真沖壓線的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，避免到消費(fèi)現(xiàn)場(chǎng)才發(fā)現(xiàn)諸如干預(yù)、節(jié)拍不合理等錯(cuò)誤；經(jīng)過機(jī)器人離線編程，對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡和道路中止模擬，以縮短現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試周期。
3.結(jié)語(yǔ)
機(jī)器人沖壓加工自動(dòng)化的應(yīng)用，既改善了勞動(dòng)條件，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，又可確保消費(fèi)安全，進(jìn)步勞動(dòng)消費(fèi)率和產(chǎn)質(zhì)量量，還能降低能源及原材料消耗，儉省輔助加工時(shí)間，降低產(chǎn)品本錢。隨著消費(fèi)線的制造、調(diào)試周期逐步縮短，機(jī)器人自動(dòng)化消費(fèi)線越來(lái)越為汽車主機(jī)廠所接受，成為沖壓自動(dòng)化消費(fèi)線的主流。
