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安川机器人在洗衣机箱体外壳冲压自动生产线中的应用
洗衣机外壳箱体的冲压生产将逐步由手工送料向六轴工业机器人方向发展。应用三菱Q00UJCPU控制器、远程I／0、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的稳定控制。
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。 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.
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。
1．1 系统设计组成与任务
本文所述生产线是以扬力公司l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MHl65、l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***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l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***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***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 控制性旧。
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一液压站配 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MHl65六轴工业机器人
安川MHl65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*** 高：通过应用高速小惯量伺服电机和***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***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***大约 600mm，片料由人T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。
1．5 控制系统三菱Q00UJCPU
系统控制对象包括5个MHl65安川机器人、1 台伺服片料机、l台数控伺服液压机以及3台sP2系列 龙门双点压力机：系统主控单元为了菱0系列PLC同 (QooUJCPU)，配置有威纶TK系列触摸屏(TK6102I)、远 程I／0输人输出模块AJ65sBTBl—32DT等。
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i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MHl65六轴关节机器人 取料后送入***台800t伺服液压机成型后，第二台 机器人取料再送人第二台冲床压型，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cx— 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AJ65SBTBl—32DT通过cC一“nk专用电缆与 cc—link模块QJ61 BTl l N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模块卜，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 E：所有远程I／0 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c(：一I．ink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。
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。
本文设计开发了一条柔性机器人全自动生产 线，以l台800f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 MHl65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。陀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。
