工业机器人在对开门冰箱生产线中的应用

汤世松，项余建，仲太生，詹俊勇，罗素萍

(扬力集团股份有限公司，江苏 扬州 225127)

工业机器人在对开门冰箱生产线中的应用

汤世松，项余建，仲太生，詹俊勇，罗素萍

(扬力集团股份有限公司，江苏 扬州 225127)

根据市场客户需求，对开门冰箱门壳生产的手工送料将逐步由六轴工业机器人取代。应用三菱Q00UJCPU控制器、远程IO、安川六轴工业机器人进行了单机联线柔性机器人生产线的开发。分析了整条机器人联线的系统组成及对控制系统的要求，确定了控制系统的结构方案，并实现了对整条自动化线的稳定控制。

冲压生产线；双点压力机；工业机器人；对开门冰箱；控制系统；监控程序

冲压设备作为关系国计民生、国防尖端建设、特别是汽车工业的基础重要装备和战略性产业，一直引起世界各国的广泛关注。采用现代化的冲压工艺生产工件，具有效率高、质量好、成本低的特点。伴随着汽车工业的蓬勃发展，冲压生产在工业生产中的地位越来越重要，从而冲压装备在机床工业中所占的比重也越来越大[1]。

冲压自动化生产是现代冲压生产的发展趋势。冲压自动化生产线又可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[2]。

1 机器人柔性生产线的设计

1.1 系统设计组成与任务

本文所述生产线为钣金冲压自动化生产线，主要由双入料片料机(伺服定位电缸)，一台SP2-400龙门型双点高性能压力机，两台安川MS165六轴机器人，皮带线和安全护栏组成。其中SP2-400龙门型双点高性能压力机配置双工位换模台车，上料架配备磁力分张器，将板料分离，双入料片料机上配置双料检测装置并采用伺服定位电缸，防止双料误送。

通过该条冲压生产线的总体布局、龙门型双点高性能压力机、双入料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、协调控制等关键技术的解决，掌握家电行业冰箱门壳冲压机器人柔性自动化冲压成套联线的核心技术。

该机器人柔性冲压生产线开发设计任务包括：①龙门型双点高性能压力机开发设计；②六轴工业机器人程序开发；③总线控制系统设计。我们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，满足各种冰箱门壳零件生产需求[3]。目前研制的机器人柔性自动化生产线生产节拍可以达到5～6SPM。如图1所示为对开门冰箱门壳机器人柔性冲压自动线布局图。

1.2 龙门型双点高性能压力机

SP2系列龙门型双点高性能压力机是JM36系列龙门压力机的升级产品。机身采用龙门整体钢板焊接，摒弃了传统闭式压力机分体机身需要组装调试的弊端，既提供了闭式压力机的良好的精度、刚度和强度性能，又提供了开式压力机的安装简单、操作方便的特点。该系列压力机具有高精度、高强度和高刚度的特点，适用于剪切、冲孔、落料、弯曲及浅拉伸工作。其结构特点有：执行日本JIS一级精度标准；机身采用钢板整体焊接龙门式结构，高强度框架机身焊接成整体，保证了机身非常高的刚度和强度，整体框架式机身经壁炉整体退火处理，保证了机架精度长期稳定；曲轴纵向放置，支点距离短，曲轴刚度好；传动部分封闭在机身内部，齿轮浸油润滑；安装有二度落保护装置；滑块为钢板焊接结构，滑块内高压油缸装有进口高压油封，确保高压油无泄漏；采用进口液压超负荷保护器，动作灵敏可靠；滑块装模高度采用电动调节，数码显示，显示精度0.1mm；压力机设有气动平衡装置，减少二次冲击，运行平稳，提高了压力机的动态精度；采用日本TACO双联安全阀，保证了离合器操作的安全性和可靠性；电气控制采用三菱公司的可编程序控制器(PLC)进行集中控制，有效保证电控部分的可靠性；采用含电子凸轮一体化面板，以实现与曲轴的同步检测，可实现多种监控和信号指示。

图1 对开门冰箱机器人柔性冲压自动线布局图

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，实现世界最快速。在腕部容许惯量增加的同时，保证了机器人本体的小型化。应对恶劣环境作业：手腕部采用防水、防尘结构，在水滴、灰尘多的环境下，即使没有防护服也可以使用。

1.4 双入料片料机

伺服片料送料机采用扬力集团公司FW-SSP1800/800型高性能双入料片料机。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，送料机上配有对中工位起到产品精确定位与过渡作用(四面或三面伺服电动气缸定位，下面配有等高柱)。根据需要将片料机设计成双入料方式，换料时不停机。

此种片送料机驱动为日本进口三菱伺服电机，控制系统采用日本三菱公司最新的FX系列伺服控制系统，准确实现同步性。片料送料机上的拿取方式采用真空吸盘方式吸料。

在冲压自动线的机器人上料部分，由于钢板表面油膜的作用等原因，常会使钢板互相粘着在一起，普遍采用的空气分离或磁性分离等预防措施有时无法使粘着的钢板分开。若双层或多层钢板被送入压力机，不仅可能产生次品，严重的还会对设备或模具造成伤害，导致高额的维修费用，延误正常生产。为了确保设备和模具安全，保证生产的连续进行，必须在双入料片料机上料台端安装双料检测系统，并根据需要发出报警信号或暂停机器，以便自动或手动清理双料。

1.5 控制系统三菱Q00UJCPU

系统控制对象包括2个MH165安川机器人、1台双入料片料机以及1台龙门型双点高性能压力机。系统主控单元为三菱Q系列PLC(Q00UJCPU)，配置有威纶TK系列触摸屏(TK6070iP)、远程IO输入输出模块AJ65SBTB1-32DT等[4]。

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。将料垛装入双入料片料机料架，片料机送料平台检测到平台上无料时，平台运行到吸杆下面，吸料杆将吸到的料放在送料平台上，送料平台再运行到机器人取料下方。上料机器人取出送料平台上的料送入双点压力机冲压，通过下料机器人的传送，直至产品移出完成整个冲压自动化。整线现场布局图如图2所示。

图2 整线机器人自动化生产线现场布局图

2 系统程序设计

整条机器人自动化生产线系统的程序编写是以 GX-works2为软件，Q00UJCPU为控制器，TK6070iP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，双点压力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CCLink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3所示是机器人自动化生产线总控程序流程图[4]。

图3 机器人联线总控程序流程图

整条机器人生产线运行可靠，生产效率可达6SPM。整个系统中，双点压力机与机器人处于互锁状态，压力机冲压动作，机器人禁止进入模腔取料放料，机器人动作，压力机必须处于上死点，以保证安全。当连线中所有设备只要有一个处于报警状态，整个系统应立即停止，防止事故发生。

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台龙门型双点压力机为工作主机，两台安川MH165机器人取料放料，配套双工位入料片料机、双工位换模台车，实现荆州美的对开门冰箱门壳冲压自动化，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使用，先后解决了控制系统故障报警、机器人治具掉料报警、联线动作的稳定性和一模两序等一系列技术难题，也为今后实施机器人项目提供了依据。公司掌握了金属板材冲压成形设备机器人联线的核心技术。

[1]刘 川，宋四全，李 勇.国内冲压自动化线成套技术及装备供应能力研究[J].机器人技术与应用，2004，3：8-12.

[2] 南雷英，戚春晓，孙友松.冲压生产自动送料技术的现状与发展概况 [J].锻压装备与制造技术，2006，41(2).

[3] 徐 刚，等.冲压生金属板材冲压成形技术与装备的现状与发展[J].锻压装备与制造技术，2004，39(4).

[4] 冯 科，张祥林，刘 鑫.中小型冲压生产线自动化改造的整体设计[J].锻压装备与制造技术，2013，48(6)：29-32.

Application of industrial robot in the production line of side by side refrigerator

TANG Shisong,XIANG Yujian,ZHONG Taisheng,ZHAN Junyong,LUO Suping
(Jiangsu Yangli Group Co.,Ltd.,Yangzhou 225127,Jiangsu China)

According to market customer needs,hand-feeding press for side by side refrigerator will be gradually replaced by the six-axis industrial robot.Stand-alone flexible robot production line has beendeveloped by applying with the Mitsubishi Q00UJCPU controller,remote IO module and YASKAWA six-axis industrial robot.The system composition of the whole robot automatic line and the requirement of control system have been analyzed.The structure scheme of the control system has been determined and the steady control of the whole automatic linehas been realized.

Industrial robot;Double point press;Control system;Monitor program

TG315.5

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.05.013

1672-0121(2017)05-0046-03

2017-02-23；

2017-03-29

汤世松(1985-)，男，硕士，工程师，从事交流伺服运动控制、机器人、伺服电机、机电一体化、PLC等研究。E-mail：tangshisong26@sina.com