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1、汽車工業(yè)機器人 ■南京南汽模具裝備有限公司/曹濟黎 沖壓自動線中 壓機和機器人的動作協(xié)調 2010年第 2 3期 1994-20 L0 China Academic Junrihdl Electronic Publishing All rights rvscrvvd. htlpwwwl1i< 汽車工業(yè)機器人 2010年第 2 3期 1994-20 L0 China Academic Junrihdl Electronic Publishing All rights rvscrvvd. htlpwwwl1i< 汽車工業(yè)機器人 我公司新建

2、的沖壓自動線由五臺壓機和七臺機器人 組成。第一臺壓機為2000t八連桿閉式單動壓機，第二臺 壓機為1000t偏心式閉式單動壓機，第三、四、五臺壓 機均為800t偏心式閉式單動壓機，五臺壓機的中心間距 均為6.5m。機器人除拆垛、上料和最后下料三臺機器人 為六軸機器人外，壓機間搬運產(chǎn)品的機器人均采用六軸 半機器人，端拾器在搬運產(chǎn)品的過程中只需平移，不作 180的旋轉。由于拆垛、上料和最后下料機器人的動 作時間較短，不會影響自動線的節(jié)拍。 下面主要分析中間四臺壓機間的機器人的動作（以 最大的可能性考慮，假設模具寬度為2.4m，端拾器寬 1.6m，端拾器“進、岀模腔”取、放件的運動行程均為 2n）

3、。 一仆二主的機器人 壓機間的每臺機器人，都是先要等前面一臺壓機壓 完工件打開模腔后，才能進入模腔從中取出工件并將之 搬運至后一臺壓機前，等后面工序的模具中的工件被取 走后，才能將端拾器送入模腔放下工件，并迅速返回前 面壓機旁準備下一個循環(huán)的動作。每臺機器人都要在前 后兩臺壓機間往復運動搬運工件，其動作必須和這兩臺 壓機協(xié)調配合。 以最普遍的情況來說，從第 k臺機器人（Rk）回 到第k臺壓機（Pk）旁準備新的循環(huán)起動時刻為起點計 算，一個周期的動作順序為：等待第 k臺壓機（Pk） 完成沖次停在上死點（t J，端拾器進入模腔（t 2）， 吸起工件（t 3），退岀模腔（t 4）,往第（k

4、+ 1）壓機 （Pk + 1）運動（t4），等待模腔打開且其中的工件被后續(xù) 的機器人取走（t6）、端拾器進入模腔（t7），放下工件 （t8），退岀模腔（t9 ），返回運動到第k臺壓機（Pk ） 旁（t 10）。機器人民的一個運動周期為TfRk=t 1 +t 2+t 3 + t 4+t 5 + t 6 + t 7+t 8 + t 9 + t 10。最理想的情況是機器人與壓 機、壓機與壓機間配合默契，所有的“等待”時間全部 為零：機器人Rk回到壓機Pk旁時壓機已停在上死點、無 需等待就可直接進模取件（t 1 = 0）;機器人Rk取件后 趕到壓機Pk + 1時模腔已打開且上一個工件已被取走，機 器人

5、可直接進模放件（t6 = 0）。這樣，最小運行周期 （TRk） min=t 2+t 3 +t 4+t 5+t 7+t 8+t 9+t 10。 其中進模、出 模時間除與編程技巧有關外還與工件及模面形狀、模具 結構（定位、導向裝置等）有關。壓機間運動時間與工 件重量、端拾器及機器人加長臂的剛性、運動穩(wěn)定性和 機器人本身的運動特性有關。每臺機器人不停歇地來回 一周的（TRk） min均可在裝模、帶工件、按一定高度打 開壓機但不運轉的狀態(tài)下測試獲得。要減小它，必須從 上述幾個方面入手。由于該周期為沒有互相牽扯、完全 理想、配合最佳狀態(tài)下每臺機器人的工作必需時間，整 個生產(chǎn)線的最小節(jié)拍時間不能小于各臺

6、機器人最短運行 周期（TRk） m n中最大的一個（該機器人稱為“最慢機 器人”）：（ T自動線）mn鬥（TRk） mi n] max。這樣，自動 線想要追求更大Spm的努力將是徒勞的：（S pm） max1 < 6Cr /[ （TRk） min] max。 前后有“人”伺候的壓機 每臺壓機的動作都與其前、后兩臺機器人的動作相 關。 最普遍的情況，壓機完成一個沖次停在上死點后， 要等其后面的機器人來取走已完成本工序的工件、再由 前面的機器人將尚未加工的工件放入模腔、并待端拾器 完全退岀后才能起動下一個沖次。即壓機Pk為下料、上 料需要停機的時間為： Tpk （上下料）=[等待后一個機器

7、人Rk趕到壓機丨 邊（t 1）+端拾器進模（t 2）+抓料（t 3）+岀模（t4）+ 2010年第 2 3期 1994-20 L0 China Academic Junrihdl Electronic Publishing All rights rvscrvvd. htlpwwwl1i< 汽車工業(yè)機器人 2010年第 2 3期 1994-20 L0 China Academic Junrihdl Electronic Publishing All rights rvscrvvd. htlpwwwl1i< 汽車工業(yè)機器人 M策劃 M C Plan

8、 MC IltfVRIX 2010 年第 2 3期 1^94-20 L0 China Academic Juirrtml Elec iron it Publishing All rights ivscrvvd. htl p j/? w w w - ufiki l1i v 汽車工業(yè)機器人 MC IltfVRIX 2010 年第 2 3期 1^94-20 L0 China Academic Juirrtml Elec iron it Publishing All rights ivscrvvd. htl p j/? w w w - ufiki l1i v

9、汽車工業(yè)機器人 等待前一個機器人Rk-1趕到（t5） +端拾器進模（t6）+ 上料（t7）+完全岀模（t8）］。這樣，壓機R的一個動作 循環(huán)周期為 Tpk=Tpk）+Tpk （上下料） 式中Tpko――壓機一個沖次的周期，Tpko= 60r/min。 為了縮短周期，理想的情況是：當壓機 Pk的模具 從下死點開啟上升到高度Hk時［比上升到360。停機提前 了Tpk （提前）］機器人Rk已等在模具旁，無需等待（ti = 0） Rk就進入模腔、抓料、岀模；（此時滑塊已停在 360上死點），在機器人Rk岀模的同時無需等待前面 的機器人Rk-i就進入（t5 = 0），且由于下料端拾器岀和 上料

10、端拾器進可同時進行，（t 4> 16）可只取其中較大 者，上料端拾器岀模后滑塊即再次起動下行（為確保 安全，暫假設壓機要等上料端拾器完全出模后才再次起 動）。 這樣，Tpk （上下料）二［下料端拾器進模（t2）+ 抓料（t3）+出模/進模（t4）+上料（t7）+完全出模 （t8）］壓機Pk為了上、下料真正需要停機的時間，實際 上要再減去下料機器人在滑塊尚未到達360。時就提前 入模的時間TPk （提前），因此每臺壓機一個周期所需 時間至少要 （Tpk） min=Tpk0 +Tpk （上下料）一Tpk （提前） 每臺壓機的最小工作周期（TPk） min可在裝模，壓機 開啟，前、后上下料機器

11、人與之作最佳配合的情況下測 得。由于每臺壓機和模具自身的工藝要求和情況不同， （Tpk） min （k = 1，2，3，4，5）都不同。 和機器人的情況一樣，全線的節(jié)拍取決于Tp［k） （m n］max （該壓機稱為“最慢壓機”），自動線的節(jié)拍周期不可 能小于［（TpQ min］ max， 因此：（spm） max2 < 60r/［ （Tpk） min］ max。和機器人的分析綜合，自動線的節(jié)拍周期必然大 于［（TRk ） min］max和［（TPk ） min］ max中的較大者，而自動線 全線的Spm的上限則必是（Spm） max1、（Spm） max2中的 較小者。 自動線的提速

12、 雖然每臺壓機的（Tpk ） min和每臺機器人的（TRk ） min （k = 1, 2, 3, 4, 5）都是越小越好，但真正決定全線 節(jié)拍的是［（Tpk） min］ max和［（TRk） min］ max，所以必須先找 岀影響全線節(jié)拍的關鍵設備（即“最慢機器人”和“最 慢壓機”），并設法將它的運行周期減到最小（其中 涉及前、后設備動作互相牽扯的問題可留在下一步處 理）。 （1） 減?。郏═rr ） M n］ max :使“最慢機器人”、端 拾器能快速入模、吸起產(chǎn)品并快速出模（可能涉及模 具導向、定位及模面設計等）；使“最慢機器人”、 端拾器能在兩臺壓機間快速運動（增加端拾器的動態(tài)穩(wěn)

13、定性，改善行走路線，改進編程等）；使“最慢機器 人”、端拾器在到達下一臺壓機時能準確無誤地快速入 模、放下產(chǎn)品并快速出模并返回（進出模腔速度可能涉 及模具導向、定位及模面設計等）。 （2） 減?。郏═pk ） m n］ max :使端拾器能在“最慢壓 機”上模開啟到一定高度時就盡早地提前進入模腔、快 速吸起產(chǎn)品并快速岀模；使前面的上料機器人 Rk-1和端 拾器能在下料端拾器岀模的同時就快速進入模腔并準 確無誤地放下產(chǎn)品并岀模；使“最慢壓機”盡可能地縮 短停機時間：在前面的上料端拾器剛岀模、無危險的 前提下盡快起動下一個沖次。為提高安全系數(shù)，建議不 要在上料端拾器完全出模前就提前起動壓機。從壓

14、機滑 塊的運動曲線來看，對于后面幾臺偏心式壓機來說， 為了縮短節(jié)拍時間寧可使壓機在上個沖程完成后停在 過了 360、滑塊已開始下降、但仍可確保有足夠開啟 高度（如停在60 /開啟高度820mr或停在75 /開啟高 度700mn前）的某個位置上，這個過頂下行的過程與 上、下料動作同時進行，卻可縮短下次起動下行的時間 （60起動可節(jié)減0.71s、75起動節(jié)減0.89s ）。而對于 第一臺2000t壓機來說，360位置已是過頂下行45、 開啟高度只有820mm再延后的意義就不太大了。在有 利于整線提速和工藝允許的前提下，也可依需要適當提 高某些壓機的效率。 除了單臺壓機和單臺機器人本身的動作周

15、期以外， 全線壓機之間動作的協(xié)調（或稱“相位配合”）是提高 生產(chǎn)線節(jié)拍的另一個關鍵因素。每臺壓機是否應“同步 起動”，應視“同步起動”是否會造成額外的機器人等 壓機或壓機等機器人的情況，特別是在“最慢機器人” 或“最慢壓機”身上岀現(xiàn)。這是在壓機沖次不變的前提 下影響全線節(jié)拍的主要因素。假設各壓機同步起動， 2000t、1000t壓機取14次/min，每沖次周期為4.29s ;全 線節(jié)拍為8spnf寸，節(jié)拍時間為7.5s。假設從2000t壓機滑 塊開啟至500m高度（A1點）時機器人&提前1.27s進入 模腔抓料、岀模、向1000t壓機運動、進模、放下產(chǎn)品 再岀模。如果2000t壓機所需的進岀料

16、時間為4.48s , 扣去提前進模1.27s，需停機3.21s。如1000t壓機要 和2000t壓機同步起動，留給機器人R完成上述幾個 動作的時間就只有4.48s。在這4.48s內機器人R1如能 將工件放入1000t壓機的模腔內并安全撤岀，則生產(chǎn) 節(jié)拍可以不受影響；但如機器人這時還沒能岀模， 1000t壓機就無法起動，必需等待。如要堅持全線壓 機“同步起動”原則，則全線的節(jié)拍時間就拉長了。 為了防止岀現(xiàn)這種情況，應該放棄“同步起動”的原 則，在確?！白盥龎簷C”(一般應是第一臺拉延壓 機)的動作不受影響的前提下調整后續(xù)壓機的運動相 位(即起動時刻)，先保證與“最慢壓機”相關的機 器人運動的各個環(huán)

17、節(jié)能與其作最佳配合，使之不受影 響、順利地運動，[Tpk) min] max不被突破。第二臺壓 機的相位確定后，第三、四、五臺壓機的起動時刻也 都可如此依次調整、確定，從前向后推定，盡量保證 不使后面壓機的動作相位影響和延長前面壓機的動作 周期，避免相互牽扯、延長節(jié)拍。如果“最慢壓機” “最慢機器人”在線的中間，則從中間向兩頭調整、 推定。當然，如對全線節(jié)拍的提速沒有積極的影響， 則有些調整也可放棄。 三個原則 (1)分析問題的“分離原則” 沖壓自動線中 每臺壓機都和前、后兩臺機器人相關，而每臺機器人 又都和它的前、后兩臺壓機的動作密不可分，因此全 線設備互相牽扯，看似“牽一發(fā)而動全身

18、”。但對這 樣的系統(tǒng)，如果我們先將它分割開來分析，談某臺壓 機時只看直接與之相關的前、后兩臺機器人；談某臺 機器人時也只看直接與之相關的前、后兩臺壓機；都 先按沒有相互牽扯的最理想的狀態(tài)進行分析，再綜 合起來談如何解除互相的影響、實現(xiàn)最佳的配合， 這樣就使復雜的問題簡單化了。如在分析壓機一個循 環(huán)的最短周期時間時，我們只計算下料機器人進模、 取料、岀模和上料機器人進模、送料、岀模的時間而 不問取料機器人在往下一站送料后能否及時趕回來的 問題，因為那是牽涉幾臺壓機間“相關聯(lián)”的事。同 時，在分析每臺壓機或機器人的動作周期時，也是先 按最理想的情況考慮，每一步都是必需的，每一秒都 是不能省的，因此

19、由此得到的周期應該可以肯定就 是將來復雜條件下實際情況的“極限”。要想“超 越”這個極限，先得想法把它改寫。如何改，影響 的因素也就簡單明白了。 (2) 實施過程的“量化原則” 分解開以后 的每個“單元”都只包含三臺設備，最佳化的條 件也很簡單明了。對壓機而言測量每臺壓機的 (Tpk ) min：起動單個沖次、滑塊下行、上升，當 模腔打開到一定高度后，后面的下料機器人進模抓 料、岀模的同時前面的上料機器人進模送件、岀 模，并再次起動壓機；對機器人而言測量每臺機器 人的(TRk ) min :在壓機靜止、模腔打開到一定高 度的情況下，讓機器人進如前面的模腔中抓件、岀 模、快速運動到后面的模

20、腔里放料、出模并再趕回 到前面的模腔邊。由于涉及面小，可操作性強，有 較強的可重復性，也方便測量。有了具體的科學數(shù) 據(jù)，心里就有底了，知道哪兒是薄弱環(huán)節(jié)，該在哪 兒動腦筋想辦法；知道哪兒是“極限”目標，工藝 標準好定了，調試目標也就明確了。 (3) 協(xié)調過程的“保慢原則” “一個木桶 裝水的最大容量取決于最矮的木板”，一個系統(tǒng)的 能力，取決于最薄弱的環(huán)節(jié)。與鐵路調度“停慢 車、?？燔嚕煌？燔嚒⒈Ｌ乜臁钡脑瓌t完全不同， 自動線要提速，必須先找出最薄弱的環(huán)節(jié)，即“最 差的”、“最慢的”那個，在想盡辦法幫它提速的 情況下，前、后、左、右相關設備都要為它“讓 路”，調整各自的相位來配合它的動作，

21、一切“保 慢”，目的是不能再耽誤這位“最慢先生”的行 程。全線的節(jié)拍周期的最短極限也就是這位“最慢 先生”的周期。只有保證了它的周期，加上其他設 備配合得當，全線才有可能而且也應該能夠爭取達 到最佳效果。 全線spm《60/{[ (TRk) min] max和[(Tpk ) min] max中 的較大者} ( k = 1、2、3、4、5)。這就是以“保 慢”求“最快”的辯證關系。 查詢編號201002006 關鍵詞：沖壓自動線 機器人 20091204 MC IltfVRIX 2010 年第 2 3期 1^94-20 L0 China Academic Juirrtml Elec iron it Publishing All rights ivscrvvd. htl p j/? w w w - ufiki l1i v