机器人在轮辋冲孔工艺中的应用

李博+++彭萧

摘 要：利用新松SR50B型6轴机器人、压机、专用夹手、上料系统、下料系统、电气控制系统等组成轮辋冲孔系统。完成工件供给、机器人抓取工件、冲凸包、冲孔、下料的全自动生产工艺过程。对机器人在轮辋冲孔系统中的自动化应用进行了探索和研究，替代人工完成轮辋冲孔工作，降低了人的劳动强度，减少了劳动伤害。

关键词：机器人；轮辋；冲孔；冲孔系统

引言

轮辋是摩托车、电动车上的一个重要零部件，对其强度和外观要求都有较高的要求。传统的轮辋冲孔都是靠人工完成的。冲压机每次工作产生的噪音对人体会造成严重的伤害，并且还是高危工种，稍微精神疏忽，就会造成严重的工伤事故。与此同时，劳动成本的提升，用工荒问题，随着时间的推移，越来越显现。随着国家对职业病的重视程度越来越高，整治力度加大，企业自身安全意识的提高。为了提高生产效率，减少劳动伤害，采用新松SR50B机器人搭建的轮辋机器人自动化冲孔系统很好地解决了企业的困难，既保证了质量又提高了效率。

1 轮辋机器人自动冲孔系统组成

轮辋采用滚弯成型后，接缝处采用二氧化碳保护焊的焊接工艺使轮辋成封闭的圆环型，并且经过打磨抛光工序，保证轮辋表面平整光亮。这套设备使用厂家的轮辋产品绝大多数是出口产品，因此对产品质量要求格外严格。生产时，传统冲孔是由人工完成，劳动强度大，劳动伤害大，工作环境恶劣，同时产品质量不稳定，不容易控制。新松开发的这套设备目的是既要保证产品质量又要降低人工劳动强度。设计思路是使用新松SR50B机器人配上抓取轮辋的专用夹手，在压机上进冲凸包，冲孔。轮辋产品质量具有如下要求：不得夹伤、碰伤工件。适用产品范围：直径12～23寸，宽度1.20～5.5寸，凸包分度误差≤0.5°，冲孔角度误差≤0.5°。

轮辋机器人自动冲孔系统的组成：SR50B机器人，轮辋专用夹手，上料系统，下料系统，压机，电器控制系统，安全系统组成。设备布局如图1所示。

轮辋机器人自动冲孔系统工作流程：人工将要进行冲孔的轮辋放在上料系统上，控制系统控制上料系统每次输送出一个轮辋，并定位等候机器人抓取，机器人抓取轮辋，移动到压机出进行冲凸包，冲孔。冲孔完毕后，将轮辋放到下料系统上，机器人抓取下一件进行冲孔，如此往复循环。

由于该客户现场将打磨车间与冲孔车间放置在一起，所以，设备现场还考虑了除尘问题。机器人外面套装了防尘服，这样避免了粉尘对机器人的污染，这样，使机器人的保养时间得以延长。

2 新松SR50B机器人

新松SR50B机器人是一款六轴垂直关节型机器人，是新松公司研发的一款具有自主知识产权的机器人，其主要优势可根据用户需要量身定制应用软件，从而满足不同用户对机器人使用的需求，六轴机器人有点是具有良好的空间可达性和柔性，可以模仿人的工作完成对工件的加工。这款机器人广泛应用与搬运，打磨，抛光，装配等工序，稳定性及可靠性高。承载力大，可以对抗冲压时带来的冲击和振动。

SR50B机器人具有以下功能：多窗口操作界面；设置示教锁；轨迹反转粘贴；指令反转粘贴；行号搜索；步号搜索；程序注解；用户级别选定；实时显示码盘值；可实现示教编程和离线编程功能。

3 轮辋专用夹手

轮辋专用夹手采用气动驱动，夹持方式采用4爪夹手，8个夹持点同步动作，保证夹具面内切圆与机器人6轴同心度≤0.5mm，使工件定位准确；控制夹持力保证工件变形量≤0.5mm，且在生产运行过程中不产生滑移；通过更换不同型号手指，来适应不同直径的轮辋；手指同夹具体连接分别用2颗圆柱销定位，拆装螺钉具有足够强度且在夹具体外部；夹具手指同轮辋接触部分，采用优质碳钢材料淬火处理，防止夹具手指变形，和损伤工件；夹具体和夹具手指用优质碳钢材料调质处理，连接螺钉强度牢固可靠，防止在使用过程中发生松动、变形现象；夹具体直线导轨副和安装螺钉要强度加强，增加夹具体的强度，防止使用过程中松动。

4 上料系统

上料系统作用是待冲孔工件的存储和自动供料。上料时，人工将一垛需要冲孔的工件摆放到料仓中，为适用不同直径规格的轮辋产品，存储料仓设计成可调节，根据轮辋规格将储存料仓调到对应位置。每次供料时，两侧气动举升机构将料垛夹紧并向上举升，只将最底层一个轮辋留下，然后再由推料机构将冲孔工件推到定位装置内，由定位装置进行定位，等待机器人抓取工人。这一机构的优点是结构简单，投资成本低，可靠性高，并能适用不同种类的工件储存及供料。

5 下料系统

下料系统采用货架式，思路来自现場考察结果，下料台定位要求不是很高，地面安装导向定位装置将下料架推入即可定位，以货架形式节省空间、结构简单、轮辋收集量大且转移方便，两套货架交替使用节省时间。为满足所有尺寸轮辋的存放，下料台两侧撑杆的间距可以自动调节，以满足直径不同的产品存放。

6 控制系统

控制系统采用Profinet网络通讯并配置有I/O模块，负责处理机器人、上料装置、冲孔设备的通讯，使其相互配合，协调完成整个轮辋冲孔过程。PLC采用西门子1200，内置Profinet端口用于Profinet网络通讯。用户程序可以包含布尔逻辑、计数、定时、复杂数学逻辑计算以及其他智能设备的通讯。触摸屏具备200组作业存储空间，来实现不同类型轮圈的快速切换。每组作业参数包括序号、作业名称、孔数、径向角和轴向角；触摸屏上任意设置孔数、径向角和轴向角参数值，触摸屏对特定作业具有添加、修改、存储功能。每种轮圈同一类型的凸包点和冲孔点只需用示教盒更改一个位置点即可，该点作为角度偏移的基准点。机器人六个轴偏移指令的应用详见软件部分。在作业示教以及参数设定完毕后，更换产品流程为触摸屏选择轮圈类型作业，启动系统即可。

触摸屏中对参数修改部分具有密码保护功能，防止无关人员擅自更改参数。触摸屏监控画面可以实时监控系统各个部分的运动状态，能够很好的了解掌握系统实时状态，方便故障排查。同时，根据现场联动调试实际情况，需方再提出相应的技术改动要求。

冲床的控制部分需要现场进行改造，以便PLC控制冲床配合机器人动作。冲床由PLC发送信号控制电磁铁动作来控制冲床运动。在冲头两侧增加两个对射传感器来判断冲头的上下位置，接收该位置信号输入给PLC。

7 安全系统

由于目前工业机器人工作时还需人机隔离，所以设备外面加装有安全防护网，预留了进入防护网能的安全门两个，每个安全门上都安装了安全门锁，当安全门锁打开时机器人停止工作，对人身安全起到保护作用。另外，机器人与供料系统和压机之间还有一些安全互锁信号，当机器人所处的位置不安全时，这些设备不能启动工作，保护设备的安全。

8 结束语

这套设备在轮辋生产厂使用收到良好效果，可以实现产能350件/8小时，达到人工生产能力1.4倍以上，产品质量的良率可达99.9%以上，保证企业订单的有计划性及完成订单的可控性，企业收到良好的经济效益和社会效益。