汤世松，项余建，吴连红，仲太生，詹俊勇，罗素萍

（扬力集团股份有限公司，江苏 扬州 225127）

工业机器人在液压机冲压自动生产线中的应用

汤世松，项余建，吴连红，仲太生，詹俊勇，罗素萍

（扬力集团股份有限公司，江苏 扬州 225127）

根据客户需求，液压机冲压生产中手工送料将逐步由六轴工业机器人取代。应用三菱Q00UJCPU控制器、远程IO、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，确定了控制系统结构方案，实现了对整线自动化的稳定控制。

冲压生产线；工业机器人；数控伺服；控制系统；监控程序

伴随汽车工业的高速发展，液压机等现代化冲压工艺装备也得到了快速发展，其在冲压加工中所占比重和地位进一步增大[1]。与此同时，冲压生产中的手工送料已逐步由自动送料机构所取代，大大提高了冲压生产自动化水平，大幅提高了生产节拍和生产质量等要求[2]。

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、电器等行业产品质量的不断提高和生产规模的不断扩大，我国冲压生产实现生产自动化势在必行。

图1 液压机机器人柔性冲压自动线布局图

1 机器人柔性生产线设计

与人工生产方式相比，冲压工艺中的自动化生产方式在产品质量稳定性、人员劳动强度、安全生产、生产效率等诸方面均有较大优势，自动化生产也是冲压生产的发展趋势。目前，冲压自动化生产线有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[3]。

1.1 系统设计组成与任务

本文所述生产线是以扬力公司1台YGM-500K数控伺服液压机和4台YGM-315K数控伺服液压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。机器人连线自动化系统冲压生产线组成由1台YGM-500K+4台YGM-315K数控液压机、5台关节型机器人安川MH165、1台三合一送料机（NLF2-1300耐锐）和尚川快速换模系统。通过该条冲压生产线的总体布局、数控伺服液压机、三合一送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、线尾码垛、协调控制等关键技术的解决，以掌握金属板材液压机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；②六轴工业机器人程序开发；③总线控制系统设计。所设计机器人柔性自动化冲压生产线通用性好，可以配套多种规格模具，满足各种五金类零件和中高档汽车高质量零件的需求[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1所示为液压机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，为数众多的压力传感器对液压系统各部位压力进行检测，采用高级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高级微处理器控制系统，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[5]。

液位控制继电器，有提示报警功能，防止系统缺油和超限，同时油箱上配置液位-液温计。液压系统回路设计有高精度油液过滤装置，能确保系统的油液清洁度，从而保证系统的正常可靠运行。

1.3 安川MH165六轴工业机器人

安川MH165工业机器人是高生产效率多功能工业用机器人。搭载丰富的功能选项，可承受高负载，动作节拍快，是一种高速机器人。搭配新型控制柜DX200。同级别性能最高：通过应用高速小惯量伺服电机和最新控制技术，实现世界最快速。在腕部容许惯量增加的同时，保证了机器人本体的小型化。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。其具体规格如表1所示。

1.4 三合一送料机

表1 安川MH165机器人规格参数

三合一送料机采用东莞市耐锐机械有限公司的NLF2-1300。上料台车辅助装料，操作人员可以安全便捷地更换料卷。料架主轴采用变频调速配合减速马达运作与送料机速度同步。防止材料散扎，协助材料卷放料的压料装置带动力。矫正滚轮机构与送料机安置于同一精密平台，保证平行的精度统一，最大限度地限制了整平与送料作业时的误差。三合一料架整平送料机集料架、整平、送料于一体，占地空间小、工人操作安全简单、工作效率高，是冲压自动化送料的科技先进设备，具备充分体现冲压生产设备现代化的特点。

1.5 控制系统三菱Q00UJCPU

系统控制对象包括5个MH165安川机器人、1台三合一送料机以及5台数控伺服液压机。系统主控单元为三菱Q系列PLC[5]（Q00UJCPU-S8-SET），配置有威纶TK系列触摸屏（TK6102I）、远程IO输入输出模块AJ65SBTB1-32DT等[6]。

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模块的通信是通过三菱CC-LINK总线实现。将卷料装入三合一送料机料架，三合一送料机根据机床冲压次数将整平后的料片送入液压机，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2所示。

图2 整线机器人自动化生产线现场布局图

2 系统程序设计

如图3所示是机器人自动化生产线总控程序流程图[7]。整条机器人自动化生产线系统的程序编写是以GX-works2为软件，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AJ65SBTB1-32DT、通过CC-Link专用电缆与CC-Link模块QJ61BT11N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模块上，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上。所有远程I/O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CC-Link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。

图3 送料系统总控程序流程图

整条机器人生产线运行可靠，生产效率为6SPM。整个系统中，液压机与机器人处于互锁状态，液压机动作，机器人禁止进入模腔取料放料，机器人动作，液压机必须处于上死点，以保证安全。连线中所有设备只要有一个处于报警状态，整个系统应立即停止，防止事故发生。

3 结束语

本文设计开发了一条柔性机器人全自动生产线，以1台YGM-500K+4台YGM-315K数控液压机为工作主机，5台安川MH165机器人取料放料，配套三合一送料机、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使用，先后解决了控制系统故障报警、机器人治具掉料报警、联线动作的稳定性和机器人线尾码垛等一系列技术难题，为今后继续实施机器人项目提供了依据。公司掌握了金属板材冲压成形设备机器人联线的核心技术。

[1]刘 川，宋四全，李 勇.国内冲压自动化线成套技术及装备供应能力研究[J].机器人技术与应用，2004，（3）：8-12.

[2]南雷英，戚春晓，孙友松.冲压生产自动送料技术的现状与发展概况[J].锻压装备与制造技术，2006，41（2）：18-21.

[3]徐 刚，等.金属板材冲压成形技术与装备的现状与发展[J].锻压装备与制造技术，2004，39（4）：16-22.

[4]冯 科，张祥林，刘 鑫.中小型冲压生产线自动化改造的整体设计[J].锻压装备与制造技术，2013，48（6）：29-32.

[5]夏卫明，嵇宽斌.伺服液压机的性能特点与应用[J].锻压装备与制造技术，2016，51（2）：25-28.

Application of industrial robot in automatic stamping production line for hydraulic press

TANG Shisong，XIANG Yujian，WU Lianhong，ZHONG Taisheng，ZHAN Junyong，LUO Suping
（Jiangsu Yangli Group Co.,Ltd.,Yangzhou225127,Jiangsu China）

According to market customer needs,hand-feed stamping production of hydraulic press will be gradually replaced by the six-axis industrial robot.Stand-alone connecting flexible robot production line has been designed by use of Mitsubishi Q00UJCPU controller,remote IO module and YASKAWA six-axis industrial robot.The system composition of the whole robot connecting line and the requirement of control system have been analyzed.The structure project of the control system has been determined and the stable control of the whole line automatic control system has been realized.

Industrial robot;CNC servo;Control system;Monitor program

TG385.9；TG315.4

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.03.008

1672-0121（2017）03-0034-04

2017-01-10；

2017-02-27

汤世松（1985-），男，硕士，工程师，从事交流伺服运动控制、机器人、伺服电机、机电一体化、PLC等研究。E-mail：tangshisong26@163.com