工业机器人在汽车零部件冲压线的成功应用本质安全化

2020-11-09程黎

中国设备工程 2020年20期

程黎

（马鞍山钢铁股份有限公司销售公司，安徽马鞍山 243000）

马钢配套汽车主机厂的冲压工艺为人工上下料的制造模式，用工人数多，劳动强度大，效率低，安全风险高，主要安全风险类型为机械伤害、因大量的传统人工作业，主要有两大安全风险：（1）冲压设备压伤员工手部所导致的机械伤害较为频繁；（2）职业病对员工损害较大主要危险有害因素为噪音、腰肌劳损等。企业主要面对的问题，往往是因整体设备更换而带来的巨额资金，会对生产经营造成较大影响。

1 应用背景及开发目的

传统冲压生产线要求繁重的体力作业及反复的上料对员工造成了较大的职业健康伤害，同时冲压设备的噪声均在80分贝作用，长期的噪声作业对员工的听力带来的不可逆的损伤。在此基础上通过引进工业机器人等现代化自动控制系统实现规避员工高风险冲压作业，从而解决一系列员工安全风险问题，我们将原有的生产制造工艺，通过技术革新转型为智慧制造。改造当前自动冲压生产线，在马钢（芜湖）材

料技术有限公司4#冲压生产线实现以工业机器人系统为主的自动化冲压系统，该系统可自动完成冲压生产线的搬运功能，实现减员增效，本质安全的目的。

2 系统组成

本系统由垛料输送系统、磁性分离系统、板料涂油机、双料检测系统、视觉对中系统、拆垛机器人系统、冲压机器人系统、线尾收集系统、安全系统以及周边设备和控制软件系统组成。

3 改造前后设备对比图（图1）

4 系统工作原理

该冲压自动化生产线主要用于车身大型覆盖件及其它薄板冲压件的拉延、整型、冲孔、切边等冲压工序。由行车或叉车将垛料输送到垛料台车上，垛料台车移到压力机拆垛区域，拆剁机器人拾取板料后放置到涂油机(涂油频率为每生产5～8件涂油1次），涂油后拾取板料放置至对中台，板料经过视觉对中后，上料机器人重新拾取板料并送入第一台压力机；冲压后工件通过传送机器人从第一台压机中取出并直接放置于下一台压机的模具中，这一过程重复到最后一道工序。最后下料机器人在最后一台冲压机完成冲压后取走工件放到下料皮带机上，由人工检验和装箱。

图1

5 主要技术要求

（1）全线调试结束必须确保生产效率达到5～7次/分钟节拍以上，具体次数以产品形状及冲压工艺确定。

（2）设有2个拆垛小车，小车上设有料架定位装置，适合该生产线所有料垛的定位，小车由交流电机通过变频器驱动在导轨上移动，每个小车都有一平导轨和一导向导轨，小车的位置由传感器检测。

（3）每个小车上有四组强磁性分张装置以防止双料产生，实现分离垛板料，每个磁性分层装置能上下、左右、前后六个方向调节，并适用于在该线生产的所有不同尺寸零件的板料。每台小车再配备2个手持式磁力分张器。

（4）双料检测器可检测被提升起的板料厚度。如果发现双料，拆垛机器人将重复拆垛动作两次，如果双料状态仍未解决，拆垛机器人停止工作并发出声光报警。

（5）上料台车需布置末张料检测开关。

（6）整线连线自动生产过程中换垛料（不换模具）时需保证不停机切换。

（7）小车的开进、开出分为自动和手动控制。

为研究不同温度下甲烷水合物生成过程的热力学特性和动力学行为，本次实验进行了273.75 K、273.85 K和273.95 K 3种温度下甲烷水合物生成实验。并结合实验过程中的温度、压力、气体消耗量、反应速率等参数进行水合物的相平衡热力学和生成动力学分析。

（8）磁性分张装置：分张成功率要求99%。

（9）磁力分张系统安装在双列直线导轨块上，沿直线导轨移动。

（10）5台压力机可进行整线连线自动生产，除人工上料至上料小车和人工在线尾检件外，整线生产过程中板料的分张、拆垛、涂油、对中、上料、冲压、送料、下料等过程均为自动化生产。

6 主要装备

（1）本系统全线采用7台ABB工业机器人（IRB6700-150/3.2）。

（2）拆垛台车，要求具备一辆拆垛台车上同时摆放两垛料供机器人拆垛的功能。拆垛台车可载重8t。小车由交流电机通过变频器驱动在导轨上移动，拆垛小车具有平导轨及导向导轨，具有到位停止限位开关，防止到位时工作台窜动。

（3）磁力分张器，磁力分张系统安装在双列直线导轨块上，沿直线导轨移动。双列直线导轨块确保了系统良好的受力状态，并使磁力分张系统拥有了足够的强度和刚性基础，为实现磁力分张系统快捷的定位板料提供可靠保障。

（4）涂油机，可参考板材参数；根据需要，涂油的形状可以是整个面，独立的条纹或特定的图案。编程可以在触摸屏上进行，无须特别的编程知识。

（6）端拾器，端拾器要求端拾器采用铝合金主杆加铝合金分支杆模式。

（7）视频监控系统，系统组成：整线监控系统主要由60”彩色液晶工业监视器1台，高清摄像机15台，红外高清摄像机1台，硬盘记录机1台。

（8）PLC系统，本系统PLC为SIEMENSS7-1500安全PLC系列（CPU 1515F-2 PN），采用标准机柜，完成系统通讯，逻辑控制，安全联锁与HMI构成全方位的监控系统。

7 安全防护

（1）安全围栏的设计、制造及控制符合国家安全生产方面的相关法规、以确保生产过程上的安全。

（2）凡是可能发生人或机器损伤的地方均设置防护栏、围栏、安全网等设施；并进行必要的联锁保护，围栏高度2000mm。

（3）在防护栏的适当位置开设安全门，所有的安全门均安装有安全锁及按钮盒(或操作站)，按钮盒上设有申请进入、复位按钮和急停等按钮。

（4）安全门通过安全锁与系统连锁，当安全门被非正常打开时相应系统立即停止运行并报警。

（5）安全门用于隔离机器人作业区域，保证作业安全。当机器人运行中，安全护栏的门打开，机器人将立即停止，最大限度保证人员安全。安全护栏及立柱通体黄色。

8 自动化和软件部分

（1）机器人控制柜和示教器，机器人控制柜包括电机驱动器、IO单元、通讯模块。

（2）MOC操作站和机旁操作箱。在自动模式下，按下清线按钮，线首单元的第一台机器人取放完当前的一件零件后不再继续取件而是直接返回事先定义的原点位置。后工序的机器人和压力机继续工作直到零件全部加工完成，工作完成后机器人直接返回事先定义的原点位置，清线完毕，机器人全部回到原位，皮带机停止。

（3）自动化控制系统，自动化系统采用SIEMENSS7-1500系列安全型PLC（CPU 1515F-2 PN）。

（4）HMI和触摸屏。冲压线的主操作站设置1套工控机，屏幕为多功能型触摸屏，触摸屏尺寸15寸以上（SIEMENS）可完成上位机组态软件编辑、对故障和停机的分类统计、历史数据的管理与查询：系统具有对告警数据、操作数据和监测数据的保存能力；可根据需要对一个月内存贮的各种历史数据（含生产信息）进行方便、快捷地选择或条件查询；可对报表的样式、报表的内容进行灵活自定义，进而生成用户所关心的报表。