安川机器人在洗衣机箱体外壳冲压自动生产线中的应用

汤世松，曹祖鸣，陈 哲，詹俊勇，罗素萍

（扬力集团股份有限公司，江苏 扬州225127）

伴随着汽车工业的高速发展，冲压生产的重要地位越发凸显，从而使液压机和其他锻压设备得到快速发展，在机床工业中所占的比重也越来越大[1]。根据调研显示，由于人工成本的上升，自动送料机具有了愈加广泛的市场需求，冲压生产的手工送料已逐步由自动送料机构所取代，进一步满足了冲压生产自动化以及大幅度提高生产节拍、生产质量等的要求[2]。

冲压生产自动化是提高劳动生产率和改善劳动条件的有效措施和主要方法。随着我国汽车工业、家电行业对产品质量要求的不断提高和生产规模的不断扩大，我国金属冲压行业实现生产自动化势在必行。

1 机器人柔性生产线设计

自动化生产是冲压生产方式的发展趋势。冲压自动化生产线又分为机械手自动化生产线、机器人自动化生产线和多工位压力机生产线等方式[3]。

1.1 系统设计组成与任务

本文所述生产线是以扬力公司1台800t伺服液压机、2台315t龙门双点高性能压力机和1台250t龙门双点高性能压力机为主机而设计开发的一条工业机器人柔性冲压自动生产线。该机器人连线自动化系统还包括5台关节型机器人安川MH165、1台伺服片料机和松科快速换模系统。通过该条冲压生产线的总体布局、数控伺服液压机、龙门双点高性能压力机、伺服片料机以及连线总控系统等组成模块设计，以及如机器人治具吸盘吸料、整条线地基固定、线尾皮带线出料、协调控制等关键技术的解决，从而掌握金属板材液压机和冲床混合冲压柔性自动化冲压成套联线的核心技术。

该柔性冲压生产线开发设计任务包括：①数控伺服液压机开发设计；②龙门双点高性能压力机开发设计；③六轴工业机器人程序开发；④总线控制系统设计。本设计的机器人柔性自动化冲压生产线通用性好，可配套多种规格模具，满足各种五金类零件和中高档汽车所需的高质量零件的需求[4]。目前研制的机器人柔性自动化生产线生产节拍可以达到5～8SPM。如图1所示为洗衣机箱体外壳机器人柔性冲压自动线布局图。

1.2 数控伺服液压机

传统的伺服液压机或伺服机械压力机，其伺服主要体现在：通过电控系统控制伺服电机的转动速度，再通过滑块位置检测（高精度磁致伸缩尺）装置检测滑块位置信号，输入控制系统，进行比较形成闭环，从而调整伺服电机的转速来实现伺服控制。数控伺服液压机在伺服电机和滑块位置检测装置的基础上增加了电液比例伺服阀对流量进行控制，通过数量众多的压力传感器对液压系统各部位压力进行检测，采用高级微处理器满足伺服液压机的压力、流量、速度等参数闭环程序控制大规模运算需要的专用高级微处理器控制系统，形成了混合伺服控制，具有更高的控制精度和输出压力流量的可控制性[5]。

图1 洗衣机箱体外壳机器人柔性冲压自动线布局图

由两组交流伺服电机驱动的内啮合泵直接连接到主缸上下腔，在泵与油缸之间连接有安全模块。泵出口、安全模块以及主缸上下腔分别连接有压力传感器检测系统各点压力，输入控制系统对交流伺服电机的转速进行伺服控制。安全模块用于保护系统安全，防止系统超压和支撑运动件自重。液压系统超压时，安全模块的插装阀阀芯开启，向油箱中释压。泵的出口也设有安全装置，超压情况下也向油箱释压，关于这部分的具体技术方案将在后文叙述。滑块位置由高精度的MTS磁致伸缩尺检测，其精度达0.005mm。

数控伺服液压机的液压传动装置--液压站配置在机器的上梁上，其作用主要是控制滑块和液压垫滑块的运动。液压控制主系统全部采用先进的整体式二通插装阀集成块。其响应速度快，通油能力大，流阻小，工作可靠，便于维护。动力装置采用大流量恒功率高压压力补偿变量轴向柱塞泵，主油缸下腔设有双回路安全阀，能可靠防止油缸下腔超压及滑块意外下行。

1.3 安川MH165六轴工业机器人

安川MH165工业机器人是高生产效率多功能工业用机器人。搭载丰富功能，高负载，高速机器人动作节拍。搭配新型控制柜DX200。同级别性能最高：通过应用高速小惯量伺服电机和最新控制技术，实现快速响应。在腕部容许惯量增加的同时，保证了机器人本体的小型化。该机器人可应对恶劣环境作业：手腕部采用防水、防尘结构（标准防爆等级IP67），在水滴、灰尘多的环境下，即使没有防护服也可以使用。

1.4 伺服片料机

双工位上料机采用YL-P750型高性能双料架片料机。片料送料机作为定尺料的上料装置，可以和机械手一起配合自动化生产，淘汰了传统人工送料模式，提高了生产效率，避免人工参与生产所产生的各种因素（包括效率慢、危险、误操作等）。送料范围广，其送料机上配有对中工位，起到产品精确定位与过渡作用（四面或三面气缸定位，下面配有等高柱）。

此片料机驱动为三菱伺服电机，控制系统采用三菱伺服控制系统，准确实现同步性。片料送料机上的拿取方式采用真空或电磁吸盘方式。传感器信号传输采用光纤方式，速度快、寿命长，不会被其他介质干扰，准确率高，重复定位精度±0.2mm。

该方案采用双料垛设计，每垛料片高度最大约600mm，片料由人工或叉车堆叠，料垛处增设料片分离装置。料片移栽至定位台进行定位，以便机械手抓取。伺服片料机和首台液压机配合布局图如图2所示。

图2 伺服片料机和首台液压机配合布局图

1.5 控制系统三菱Q00UJCPU

系统控制对象包括5个MH165安川机器人、1台伺服片料机、1台数控伺服液压机以及3台SP2系列龙门双点压力机。系统主控单元为三菱Q系列PLC[5]（Q00UJCPU），配置有威纶TK系列触摸屏（TK6102I）、远程I/O输入输出模块AJ65SBTB1-32DT等[6]。

主控单元PLC与触摸屏通信采用串口通信；主控单元PLC与远程IO模块的通信通过三菱CC-LINK总线实现。将片料装入伺服片料机，料片移栽至定位台进行定位，安川MH165六轴关节机器人取料后送入第一台800t伺服液压机成型后，第二台机器人取料再送入第二台冲床压型，这样通过关节型机器人的传送，直至产品移出完成整个冲压自动化。整线现场布局图如图3所示。

2 系统程序设计

整条机器人自动化生产线系统采用GX-works2编写，Q00UJCPU为控制器，TK6102I为人机界面，编写PLC程序和触摸屏程序。远程I/O模块AJ65SBTB1-32DT通过CC-Link专用电缆与CC-Link模块QJ61BT11N进行通讯连接，液压机控制所需的所有输入信号、输出信号直接连接在远程I/O模块上，机器人远程控制信号通过CC-Link专用通讯板卡作为从站连接在总控PLC上。所有远程I/O信号到总控操作台由一根CC-Link专用电缆形成工业现场总线，而且因CC-Link专用电缆采用高速双绞屏蔽等特殊处理，其抗干扰能力大大提高。如图4所示是机器人自动化生产线总控程序流程图[7]。

整条机器人生产线运行可靠，其生产效率SPM为5。整个系统中，液压机、冲床与机器人处于互锁状态，液压机和冲床动作，机器人禁止进入模腔取料放料；机器人动作，液压机或者冲床必须处于上死点，以保证安全。当连线中所有设备只要有一个处于报警状态，整个系统应该立即停止，防止事故发生。

图3 整线机器人自动化生产线现场布局图

3 结束语

本文设计开发了一条柔性机器人全自动生产线，以1台800t液压机+2台315t龙门双点压力机+1台250t龙门双点压力机为工作主机，5台安川MH165机器人取料放料，配套伺服片料机、快速换模系统，实现料件冲压自动化，大大提高生产率，为客户创造效益。通过该生产线的实际交付给客户，我们先后解决了控制系统的故障报警、机器人治具掉料报警、联线动作的稳定性和机器人线尾皮带线输送等一系列技术难题，为今后实施机器人项目提供了依据。扬力公司也据此掌握了金属板材冲压成形设备机器人联线的核心技术。

图4 送料系统总控程序流程图