密封工件自動(dòng)上下料生產(chǎn)線設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

引言

國(guó)家政策的支持與工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,推動(dòng)了現(xiàn)代新技術(shù)與制造業(yè)的深度融合。工業(yè)機(jī)器人配合高端數(shù)控機(jī)床組成的智能生產(chǎn)線屬于智能制造領(lǐng)域的典型應(yīng)用,并廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的零部件生產(chǎn)中。在眾多智能產(chǎn)線應(yīng)用中,自動(dòng)化上下料生產(chǎn)線的柔性加工由于能代替人工完成重復(fù)、繁重的上下料加工作業(yè),且系統(tǒng)具有穩(wěn)定性、靈活性和高效性等優(yōu)勢(shì)而備受各類企業(yè)的青睞。下面主要結(jié)合具體的生產(chǎn)線案例進(jìn)行具體說(shuō)明,該產(chǎn)線引入廣州數(shù)控研發(fā)生產(chǎn)的RB08型號(hào)工業(yè)機(jī)器人,并與其他相關(guān)設(shè)備組合,實(shí)現(xiàn)某密封工件加工過程中的自動(dòng)取料、上料、下料、裝夾、零件移位和翻轉(zhuǎn)等,有效縮短了密封工件生產(chǎn)過程中的加工準(zhǔn)備和輔助時(shí)間。另外,本文所述自動(dòng)化智能生產(chǎn)線除了適應(yīng)本密封工件的加工外,還可以適應(yīng)大多數(shù)零件的加工,具有強(qiáng)大的柔性功能。

1密封工件加工工藝流程分析

工藝流程分析是智能生產(chǎn)線整體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),需要結(jié)合本密封工件的加工精度和相關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行分析,從而制訂出詳細(xì)的加工工藝流程。該企業(yè)原有密封工件的生產(chǎn)是人工將工件插入注塑機(jī),完成注塑后再人工取出工件至切水口裝置上,不僅生產(chǎn)效率低,且人工操作具有一定的安全風(fēng)險(xiǎn) ,為此對(duì)該工件原生產(chǎn)模式進(jìn)行自動(dòng)化改造。本改造需要借助一臺(tái)機(jī)器人、外夾工件等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化上下料 ,同時(shí)要求工作站相對(duì)獨(dú)立,工業(yè)機(jī)器人與注塑機(jī)、切邊機(jī)及工裝夾具等進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)組線,PLC進(jìn)行控制檢測(cè)和系統(tǒng)調(diào)度,形成加工過程無(wú)人值守、整體布局簡(jiǎn)潔實(shí)用、便于操作和維護(hù)、具有安全防護(hù)功能的生產(chǎn)中心。

本產(chǎn)線的主要設(shè)計(jì)目的是通過引入機(jī)器人代替人工完成密封工件的自動(dòng)上下料作業(yè),實(shí)現(xiàn)密封工件高質(zhì)量、高效率的批量化生產(chǎn)。生產(chǎn)線涉及的主要設(shè)備有注塑機(jī)、油溫機(jī)、振動(dòng)盤、切邊機(jī)、RB08型號(hào)機(jī)器人等,具體的工作流程步驟如下:

步驟1,檢測(cè)設(shè)備無(wú)異常后,機(jī)器人上料至注塑機(jī):

步驟2,注塑機(jī)進(jìn)行密封工件注塑加工:

步驟3,注塑機(jī)完成工件的注塑作業(yè)后,機(jī)器人抓手抓取工件至切水口裝置上方,切水口完成:

步驟4,機(jī)器人下料至振動(dòng)盤,振動(dòng)盤自動(dòng)上料至切邊機(jī),完成切邊機(jī)的切邊作業(yè):

步驟5,切邊機(jī)切邊完成后,機(jī)器人下料至下料框:

步驟6,當(dāng)下料框堆滿后,機(jī)器人暫停作業(yè),人工推走下料框,并換上新的下料框。

2智能上下料生產(chǎn)線的整體布局設(shè)計(jì)

2.l密封工件自動(dòng)上下料智能產(chǎn)線的需求分析

在進(jìn)行本智能上下料生產(chǎn)線的整體布局設(shè)計(jì)前,需要對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)車間進(jìn)行實(shí)地調(diào)研,并結(jié)合企業(yè)的未來(lái)發(fā)展規(guī)劃,完成對(duì)密封工件自動(dòng)上下料生產(chǎn)線的需求分析,具體如下:

（1）該智能生產(chǎn)線需要滿足多規(guī)格、多型號(hào)的型材上下料生產(chǎn),突出生產(chǎn)柔性與靈活性,滿足企業(yè)不同產(chǎn)品加工需求。

（2）基于工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)上下料工藝流程,在連續(xù)自動(dòng)上下料的過程中,各工位的各項(xiàng)功能能夠在控制系統(tǒng)控制下實(shí)現(xiàn)自行調(diào)節(jié),同時(shí)確保自動(dòng)上下料動(dòng)作精準(zhǔn)迅速,與工位生產(chǎn)節(jié)拍一致。

（3）密封工件智能生產(chǎn)線的整體布局設(shè)計(jì)需要結(jié)合該企業(yè)現(xiàn)有資源、廠房布局和未來(lái)發(fā)展規(guī)劃開展,設(shè)計(jì)的產(chǎn)線除了滿足本密封工件的生產(chǎn)技術(shù)要求外,還要預(yù)留改善的空間,方便日后進(jìn)行產(chǎn)線新功能添加,提高生產(chǎn)線環(huán)境適應(yīng)能力。

2.2生產(chǎn)線整體布局

借助數(shù)字孿生技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助工藝,本生產(chǎn)線以上述工作流程為基礎(chǔ),以"設(shè)計(jì)一工藝一制造調(diào)試"為布局思路,經(jīng)過不斷地優(yōu)化設(shè)計(jì),最終確定的智能生產(chǎn)線的整體布局如圖1所示。

密封工件加工是將直徑為52mm的sPCC鐵件按照?qǐng)D樣要求加工成成品工件 ,工件正反面成品圖如圖2所示。

根據(jù)項(xiàng)目加工工藝要求,需要完成取骨架一入模具一注塑成型一取出產(chǎn)品一剪水口一切唇等不同工序,加工過程中需要在注塑機(jī)、切邊機(jī)和油溫機(jī)等不同設(shè)備之間轉(zhuǎn)換 。因此 ,本設(shè)計(jì)方案需要由一臺(tái)RB08型號(hào)機(jī)器人、一臺(tái) 注塑機(jī)、一 臺(tái)油溫機(jī)、振動(dòng)盤、一 臺(tái)切邊機(jī)等構(gòu)成 , 同時(shí)引 入制造執(zhí)行系統(tǒng)MEs、PLC、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智能制造。

根據(jù)工件、手爪重量和設(shè)備布局情況,初步選用RB08機(jī)器人作為該密封工件自動(dòng)上下料生產(chǎn)線的機(jī)器人。GsK-RB系列工業(yè)機(jī)器人在我國(guó)國(guó)產(chǎn)機(jī)器人中具有一定代表性,為廣州數(shù)控自主研發(fā)和生產(chǎn),目前主要用于數(shù)控機(jī) 床的上下料、搬運(yùn)、焊接、噴漆等生產(chǎn)作業(yè)。

RB08機(jī)器人(圖3）主要由機(jī)器人本體、控制柜和示教盒三部分組成,屬于六自由度機(jī)器人,其中機(jī)器人本體為機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu),末端含有結(jié)合工件的形狀、尺寸等特點(diǎn)設(shè)計(jì)的氣動(dòng)手爪,實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的夾持,本生產(chǎn)線采用雙工位的手爪設(shè)計(jì),外夾工件。機(jī)器人控制柜包括機(jī)器人控制器、伺服驅(qū)動(dòng)單元等裝置,屬于機(jī)器人的控制中樞,機(jī)器人自帶I/o與外圍設(shè)備進(jìn)行信號(hào)交接 。示教盒屬于人機(jī)交互接口,操作者通過示教器可以編制多種應(yīng)用程序,對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教、編程、系統(tǒng)設(shè)置,滿足產(chǎn)品更新?lián)Q代及增加新產(chǎn)品的要求。

除了機(jī)器人外,本生產(chǎn)線還包括一些其他重要設(shè)備:(1）振動(dòng)盤,起理料作用,末端需定制定位機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)工件末端定位;(2）切水口裝備,機(jī)器人夾持工件位于裝置上方 ,剪切水口 :(3）安全圍欄 ,機(jī)器人工作區(qū)域安裝防護(hù)圍欄,采用優(yōu)質(zhì)網(wǎng)格焊接,表面烤黃色警戒漆,全圍欄上設(shè)有安全鎖,當(dāng)安全鎖打開,工人進(jìn)入機(jī)器人工作區(qū)時(shí),自動(dòng)化單元會(huì)立即停止工作,保證人員安全。

3自動(dòng)化上下料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試

本產(chǎn)線以自動(dòng)上下料為背景,以制造執(zhí)行系統(tǒng)MEs為核心 ,建立智能制造管控系統(tǒng)。制造執(zhí)行系統(tǒng)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集引擎功能,通過分析密封工件加工工藝、各設(shè)備位置、環(huán)境等數(shù)據(jù)類型,整合數(shù)據(jù)采集渠道 (RFID、PLC、CNC、PC）等,實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)車間各個(gè)制造環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)覆蓋,實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)邏輯模型的構(gòu)建、車間實(shí)時(shí)異常檢測(cè)數(shù)據(jù)的獲取,保證生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、全面采集。

PLC的主動(dòng)控制是MEs控制系統(tǒng)的核心之一。在進(jìn)行智能產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),首先需要結(jié)合生產(chǎn)線的工藝流程要求進(jìn)行PLC模塊的擴(kuò)展,正確編寫和調(diào)試PLC組態(tài)通信應(yīng)用程序,正確配置I/O,完成權(quán)限控制、質(zhì)量控制、流程控制和報(bào)警顯示;其次對(duì)HMI的寄存器、變量等數(shù)據(jù)進(jìn)行正確分配,完成HMI工控組態(tài)和PLC編程,實(shí)現(xiàn)與RB08機(jī)器人、注塑機(jī)、油溫機(jī)、切邊機(jī)等相關(guān)設(shè)備的信號(hào)連接和通信調(diào)試;最后進(jìn)行MEs系統(tǒng)與RB08機(jī)器人、注塑機(jī)、油溫機(jī)、切邊機(jī)等設(shè)備參數(shù)配置,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和信號(hào)連接,最終達(dá)到可視化管理的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái),制造業(yè)中產(chǎn)品更新?lián)Q代頻繁,進(jìn)行產(chǎn)品定制和個(gè)性化設(shè)計(jì)越來(lái)越重要。智能自動(dòng)化生產(chǎn)線具備裝配靈活、安全高效等優(yōu)勢(shì) ,因而成為當(dāng)前動(dòng)態(tài)市場(chǎng)的最佳選擇。本文就是基于企業(yè)的生產(chǎn)個(gè)性化需求,在深入剖析某企業(yè)密封工件加工工藝后,結(jié)合工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行的智能產(chǎn)線開發(fā)設(shè)計(jì) ,能滿足加工過程的自動(dòng)上下料作業(yè)、檢測(cè)以及產(chǎn)品加工信息共享等要求,加速實(shí)現(xiàn)跨行業(yè)和跨企業(yè)的分布式制造。