工業(yè)機(jī)器人在縫紉機(jī)鑄件加工中的應(yīng)用
多年來,在縫紉機(jī)頭加工領(lǐng)域,生產(chǎn)自動(dòng)化水平還停留在較低的層度。整個(gè)加工過程多采用人工進(jìn)行縫紉機(jī)頭上下料工作。隨著人員成本不斷上漲,加工出的產(chǎn)品利潤率越來越低。采用人工進(jìn)行上下料,危險(xiǎn)度大、效率低、次品率高等問題一直困擾著生產(chǎn)廠家。為了提高產(chǎn)品性能,降低人工在生產(chǎn)過程中的不利因素,部分生產(chǎn)廠家開始使用機(jī)器人進(jìn)行機(jī)頭的上下料工作,機(jī)器人作為智能裝備,具有精度高,穩(wěn)定性好,柔性化高等特點(diǎn)。通過使用機(jī)器人不但可以減低人員成本,提高設(shè)備利用率,還可以有效控制產(chǎn)品質(zhì)量。本文以安徽埃夫特智能裝備有限公司開發(fā)的ER50-C20工業(yè)機(jī)器人為應(yīng)用對(duì)象,通過仿真軟件,規(guī)劃機(jī)器人工作軌跡路徑,實(shí)現(xiàn)機(jī)器人搬運(yùn)縫紉機(jī)頭坯料進(jìn)行機(jī)械加工的過程。結(jié)果顯示,使用機(jī)器人進(jìn)行上下料不但改善了產(chǎn)品質(zhì)量,還減輕了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度,同時(shí)減低了對(duì)員工生產(chǎn)技能的要求。
1、機(jī)器人結(jié)構(gòu)及參數(shù)
機(jī)器人主要由機(jī)械本體、驅(qū)動(dòng)部分、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、輸入/輸出系統(tǒng)接口幾部分組成。該項(xiàng)目中使用的是埃夫特公司自主研發(fā)的ER50-C20機(jī)器人,該機(jī)器人為6自由度串聯(lián)機(jī)器人。主要參數(shù)如下表:
2、項(xiàng)目工藝描述以及分析
2.1工位敘述:
工藝如下:
以上共計(jì)6道工序18臺(tái)機(jī)床。
該項(xiàng)目中機(jī)器人末端采用柔性補(bǔ)償器抓手,并附帶氣路單元、主站PLC等。
根據(jù)縫紉機(jī)加工工藝以及機(jī)床尺寸,該項(xiàng)目共計(jì)分為七個(gè)工位。第一工位為人工上料工位,主要進(jìn)行拆垛以及輸送。第二工位一臺(tái)機(jī)器人服務(wù)四臺(tái)機(jī)床,第三、四工位每臺(tái)機(jī)器人各服務(wù)兩臺(tái)機(jī)床,第五六工位每臺(tái)機(jī)器人各服務(wù)四臺(tái)機(jī)床。第七工位一臺(tái)機(jī)器人服務(wù)兩臺(tái)機(jī)床,并將加工好的產(chǎn)品進(jìn)行碼垛。(工位間通過轉(zhuǎn)料臺(tái)轉(zhuǎn)料。第一工位為輸料臺(tái)輸送坯料。)整線采用PLC控制,profibus總線通訊,平均上下料節(jié)拍25S。詳細(xì)布局圖如圖2-1所示:
工位設(shè)備包括:輸送料道、ER50-C20機(jī)器人,機(jī)器人用柔性抓手,按鈕盒、PLC控制系統(tǒng)、安全防護(hù)。
2.2末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)-柔性抓手
根據(jù)項(xiàng)目工藝要求,該項(xiàng)目中需要采用柔性抓手,即抓手與機(jī)器人之間通過柔性補(bǔ)償器連接。機(jī)器人將工件放置于機(jī)床進(jìn)行加工過程中,由于機(jī)床加工要求工件定位精度為0.03mm,定位精度要求較高,而機(jī)器人的重復(fù)定位精度為+/-0.15mm,如果只采用機(jī)器人進(jìn)行定位則無法滿足精確定位要求。為此,在項(xiàng)目中引入柔性補(bǔ)償機(jī)構(gòu),如工件與機(jī)床工裝配合存在位置偏差,柔性補(bǔ)償器將主動(dòng)從不同角度對(duì)機(jī)器人進(jìn)行補(bǔ)償,減小工作定位銷對(duì)機(jī)器人的硬接觸力。通過使用柔性補(bǔ)償器,不但可以避免機(jī)器人與機(jī)床工裝硬接觸導(dǎo)致的機(jī)器人過載,還可以減小機(jī)床上工裝上定位銷的磨損,從而實(shí)現(xiàn)高精度產(chǎn)品的上下料工作。由于該項(xiàng)目中,縫紉機(jī)頭與機(jī)床定位銷精度要求較高,為避免機(jī)器人抓手與機(jī)床發(fā)生硬接觸,抓手上安裝了柔性補(bǔ)償器進(jìn)行補(bǔ)償。抓手根據(jù)廠家提供的產(chǎn)品數(shù)?;?qū)嶋H樣品進(jìn)行設(shè)計(jì),樣圖如圖2-2。
3、控制系統(tǒng)工作原理以及仿真
3.1系統(tǒng)控制邏輯圖如圖3-1所示:
整個(gè)項(xiàng)目采用PLC作為主控單元,通過在人機(jī)交互界面上操作以及監(jiān)控機(jī)器人的狀態(tài),在進(jìn)入自動(dòng)狀態(tài)下,只需操作按鈕站就可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的啟動(dòng)和停止。PLC通過控制獨(dú)立的機(jī)器人系統(tǒng)以及機(jī)床系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)作業(yè)。
首先,將電控系統(tǒng)上電,啟動(dòng)PLC,PLC控制機(jī)器人以及機(jī)床進(jìn)行自檢,機(jī)床進(jìn)行自檢,如有故障機(jī)床將停止。此時(shí)機(jī)器人檢測是否在等待工作位置,如不在工作位置將停機(jī)。如機(jī)器人以及機(jī)床均在指定位置機(jī)器人、料道以及機(jī)床將進(jìn)行協(xié)調(diào)作業(yè),完成一次工作后,將自動(dòng)進(jìn)入下月一次循環(huán)。
3.4工位仿真布局圖:
通過使用Delmia離線仿真軟件,對(duì)現(xiàn)場機(jī)器人進(jìn)行三維布局。從而驗(yàn)證機(jī)器人柔性抓手以及機(jī)器人之間是否存在干涉。同時(shí)根據(jù)仿真結(jié)果測算機(jī)器人工作節(jié)拍,確認(rèn)機(jī)器人底座高度,各個(gè)機(jī)床擺放位置,驗(yàn)證機(jī)器人可達(dá)范圍,保證機(jī)器人與機(jī)床之間最大有效服務(wù)距離等工作。詳細(xì)仿真圖如圖3-2所示:
3.5機(jī)器人示教
通過現(xiàn)場對(duì)機(jī)器人軌跡記錄,位姿修改,IO信號(hào)設(shè)置,完成機(jī)器人與機(jī)器人的配合。經(jīng)過初次調(diào)試后,優(yōu)化機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡,刪除部分多余運(yùn)動(dòng)軌跡點(diǎn),縮短機(jī)器人信號(hào)通訊時(shí)間,提高機(jī)器人工作效率,并通過設(shè)置機(jī)器人干涉區(qū),防止機(jī)器人間以及機(jī)器人與機(jī)床的潛在碰撞,提高生產(chǎn)線穩(wěn)定性。當(dāng)兩臺(tái)機(jī)器人存在潛在碰撞危險(xiǎn)時(shí),優(yōu)先出發(fā)第一臺(tái)機(jī)器人進(jìn)入干涉區(qū)信號(hào),防止其他機(jī)器人進(jìn)入潛在碰撞區(qū)。
總結(jié):通過使用機(jī)器人進(jìn)行縫紉機(jī)頭上下料,不但可以降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度,還可以提高產(chǎn)量,降低產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)。使用機(jī)器人生產(chǎn)的縫紉機(jī)頭,不但加工精度得以保障,而且廢品率也大幅降低,產(chǎn)品一致性以及質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于人工生產(chǎn)的產(chǎn)品。