梁文翰

摘要：汽車工業(yè)是全球制造業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。伴隨對焊裝工藝的滾邊壓合技術(shù)更高的要求，本文置于改變傳統(tǒng)的翻邊方式，開發(fā)更加經(jīng)濟高效的柔性生產(chǎn)方式，設(shè)計了基于KUKA機器人的滾邊壓合自動控制系統(tǒng)，針對物料的供應(yīng)和滾邊壓合的生產(chǎn)流程，設(shè)計自動控制系統(tǒng)的運行流程，由中央控制環(huán)節(jié)驅(qū)動機器人去完成滾邊壓合的生產(chǎn)過程，并能對安全可靠的生產(chǎn)起到保障作用。

關(guān)鍵詞：滾邊壓合 柔性生產(chǎn) 自動控制

中圖分類號：TP242.2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）12-0011-02

1 滾邊原理

滾邊壓合的原理：工業(yè)機器人的工具也就是滾輪，沿著被翻邊的工件輪廓進行運動，通過機器人工具上滾輪所施加的力將工件在沖壓過程中所預(yù)留的翻邊在滾輪的作用下向內(nèi)翻折，從180度或90度最后變成0度（根據(jù)表面件工藝的不同，可進行2-6次翻邊壓合，每次壓合角度也不相同），從而將外表面件的邊緣緊緊地翻壓在內(nèi)板件上（根據(jù)而生產(chǎn)工藝不同有些工藝還伴有涂膠），使外板和內(nèi)板被整合成一體，如圖1所示。[1]

2 系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 工藝布局

滾邊壓合工藝布局圖如圖2所示，料口315200為內(nèi)板上料口，料口315210位外板上料口，315250傳送帶為下料口傳送帶，內(nèi)板件從上料口315200上件，轉(zhuǎn)臺315200旋轉(zhuǎn)120°，機器人315200RO1抓起內(nèi)板件進行涂膠，涂膠完成后，機器人將內(nèi)板件放在轉(zhuǎn)臺315240，轎車前門的外板與內(nèi)板同時進行上件和加工，外板進行涂膠完成后機器人315210RO1將外板放置在轉(zhuǎn)臺315220，轉(zhuǎn)臺315220和315240旋轉(zhuǎn)120°，機器人315220RO1將外板與內(nèi)板先后放置在組合置臺，機器人315230RO1、315230RO2、315230RO3對內(nèi)板和外板的組合件進行滾邊。滾邊完成后，機器人315240RO1對前車門進行點焊，經(jīng)過轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)置和機器人的轉(zhuǎn)移，最后通過傳動帶下件。

硬件組態(tài)設(shè)計如圖2所示，用PROFINET總線完成機器人和PCL300已及各種輔助零件之間的通訊。根據(jù)硬件組態(tài)顯示，本控制系統(tǒng)的控制核心為S7-300PLC，遠程I/O為ET200系列。

2.2 自動控制系統(tǒng)的工作原理

系統(tǒng)在保證人員的安全前提下，操作人員配合自動控制系統(tǒng)的物料供應(yīng)和及時下件，當(dāng)操作人員將工件上到上件臺后，退出上料口，按復(fù)位按鈕，等待機器人工作，傳感器檢測到工件到位，機器人先后抓取外板內(nèi)板工件到組合置臺，組合置臺傳感器檢測到工件到位，夾具臺和壓料板的夾緊氣缸夾緊，機器人滾邊完成后，氣缸打開，機器人抓件到下件臺，傳感器檢測到工件到位，機器人抓手氣缸打開，吸盤吹氣，機器人回到原點，操作人員進入下料口人工下件。整個工作流程除人工上下件外基本實現(xiàn)自動化。[3]

2.3 PLC自動控制流程

按照整個生產(chǎn)工藝的流程，在PLC中編寫好控制程序，標準的開放的總線把所有部件例如機器人、滾邊夾具、工位檢測信號等連接到一起，實現(xiàn)整個工作過程的自動化。

如圖3所示，首先由PLC通過網(wǎng)絡(luò)總線獲取工位信息，根據(jù)預(yù)先編制好的程序判斷執(zhí)行條件是否滿足。若滿足，PLC會向機器人發(fā)出指令，機器人在獲得PLC發(fā)出的指令后，根據(jù)預(yù)先編程好的程序進行工作。整個控制過程中，PLC起到了類似人體中樞的作用。

3 程序功能實現(xiàn)

3.1 對人員的安全保護

在程序的設(shè)計中尤為注重安全通道的設(shè)置，在機器人方面采用了單通道，工位門盒則采用了更為保險的雙通道。無論生產(chǎn)線在任何生產(chǎn)狀態(tài)下，只要按下工位任何位置的急停按鈕，整個生產(chǎn)將瞬間停止，用來應(yīng)對緊急狀況的發(fā)生。

在正常的生產(chǎn)期間基本實現(xiàn)了自動化，所以著重對上件的轉(zhuǎn)臺區(qū)域進行安全處理。依照相關(guān)標準，工位轉(zhuǎn)臺外要安裝一組光柵和一個掃描儀，但凡出現(xiàn)障礙物闖入光柵或掃描儀保護區(qū)域，則啟動高級報警并且停止生產(chǎn)。

3.2 執(zhí)行設(shè)備的控制

系統(tǒng)中的主要輸入信號變量設(shè)備是傳感器，而主要執(zhí)行設(shè)備有氣缸、吸盤、閥島、電磁閥，機器人等一些輔助設(shè)備?；镜木幊趟悸肪褪?，按照工藝流程和動作時序，在滿足對應(yīng)的時間和對應(yīng)的條件下輸出相應(yīng)的動作。

3.3 操作模式的選擇

操作模式分為自動模式和手動模式。當(dāng)選擇自動模式時，編程思路為當(dāng)滿足工位無高級報警、安全區(qū)域內(nèi)通訊正常、工位生產(chǎn)無故障、所有機器人狀態(tài)正常，人機界面模式開關(guān)選擇自動時系統(tǒng)自動模式準備完成。若選擇手動模式，則上述條件的自動改為手動。

3.4 運行方式的選擇

運行方式分為單循環(huán)運行、連續(xù)循環(huán)運行和空循環(huán)運行。每種運行方式包括準備條件和置位條件。滿足生產(chǎn)安全的前提，準備條件為滿足工位無高級報警、安全區(qū)域內(nèi)通訊正常、工位生產(chǎn)無故障、所有機器人狀態(tài)正常、所有夾具處于初始狀態(tài)、所有夾具無工件、人機界面的模式開關(guān)選擇手動。置位條件則是同時滿足對應(yīng)的運行方式按鈕被按下和對應(yīng)的運行方式準備條件到達。

在開發(fā)的過程中主要利用STEP7軟件編寫PLC控制系統(tǒng)程序，實現(xiàn)子程序調(diào)用功能，PLC與機器人信號交互，變頻器變頻調(diào)速程序，數(shù)字量輸入輸出等重要功能。利用仿真軟件進行系統(tǒng)調(diào)試，在調(diào)試中，完成在線連接，上載與下載，控制和監(jiān)視變量，測試程序等自動控制任務(wù)，實現(xiàn)PLC與機器人相結(jié)合的控制系統(tǒng)設(shè)計。

4 結(jié)語

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔明了、接線簡單、修改控制策略容易。所以該系統(tǒng)故障率低，性能穩(wěn)定可靠，易于維護，節(jié)省人力，降低了運行成本，從而提高了滾邊壓合系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。在自動化應(yīng)用具有明顯的優(yōu)勢，是今后發(fā)展的主方向。

參考文獻

[1]孟繁秋.基于工業(yè)機器人控制的滾邊壓合技術(shù)研究[D].吉林大學(xué)，2010.

[2]龔彪.淺談機器人滾邊在汽車行業(yè)中的實際運用[J].大眾科技，2012，06：136-137+128.

[3]計時鳴，黃希歡.工業(yè)機器人技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用綜述[J].機電工程，2015，01：1-13.