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2010 Siemens PLM Software征文:机器人自动化冲压生产线的虚拟仿真

2010/7/3    来源:e-works    作者:贾现春      
关键字:机器人  虚拟仿真  先进制造技术  NX  
在增强国内自动冲压生产线在世界上的竞争能力的同时,将冲压线工人从繁重、单调、危险的工作环境中解放出来。济南二机床在运用先进的产品设计技术的同时,在国内第一次将虚拟仿真的先进技术应用到机器人冲压生产线的整线设计中,将产品设计凭借设计人员预测,到运用虚拟技术将设计转化为虚拟现实,从而优化设计过程。

1 引言

    济南二机床集团有限公司作为完整系列的冲压自动化解决方案的企业之一,其中包括机械化设备、拆垛和成品堆垛、清洗和涂油、压机更新和换模系统,济南二机床集团有限公司机器人自动冲压线水平代表冲压行业的自动化水平,同时作为国内最大、技术最先进的冲压线供应商、集成者,在自动化冲压线技术代表了国内最好,世界先进的技术水平。在增强国内自动冲压生产线在世界上的竞争能力的同时,将冲压线工人从繁重、单调、危险的工作环境中解放出来。济南二机床在运用先进的产品设计技术的同时,在国内第一次将虚拟仿真的先进技术应用到机器人冲压生产线的整线设计中,将产品设计凭借设计人员预测,到运用虚拟技术将设计转化为虚拟现实,从而优化设计过程。

    1.1 概述

    机器人自动冲压生产线虚拟仿真技术是借助虚拟设计技术、机器人技术与计算机技术结合,并综合运用多媒体手段在虚拟环境中对冲压生产线各元素、生产过程等进行仿真模拟,有效的模拟机器人自动化冲压线生产制造的过程、预测产品性能、产品的可制造性,用更加经济、有效的方式对冲压自动化生产线进行合理配置,降低设备投资风险的先进的计算机辅助技术。

    冲压生产线的设计包括两大部分内容:全新的生产线设计和改造设计已有的生产线。传统设计往往存在以下的问题: 传统设计手段只能专门针对某几个问题作单方面的分析与设计, 不能对系统全局进行优化; 用文字或数字对冲压生产线进行表达,不能清楚表述制造系统的动态特性; 手工计算, 图形拼凑, 对设计者的经验依赖性强; 对于冲压车间的一些实际存在的问题(如路径优化和碰撞检测等问题) ,很难确切地预知其对未来实际生产的影响。

    而虚拟设计除了包含传统设计方法的主要内容外, 还可预演设计许多新的内容, 如机器人送料姿态、送料路径、干涉分析、机器人各轴送料角度、与压力机动作配合等。它在所见即所得的虚拟设计环境中对组成冲压生产线的主要元素(压机、对中台、磁力分张装置等)进行统一的三维建模, 模型集成了各主要参数, 如机器人底座高度和对中皮带机的尺寸参数等, 对建立好的生产线可以动态模拟, 其运行情况与将要设计的真实生产线基本一致。冲压生产线的虚拟仿真设计避免了传统设计方法对经验的过于依赖和不完善性, 生产线系统自动化程度越高, 柔性越大,设计时考虑的因素越多, 生产线的设计就越复杂,虚拟设计的作用也就越大。

    1.2 RobotStudio

    RobotStudio以VirtualController(虚拟控制器)为基础,与机器人在实际生产中运行的软件完全一致。通过RobotStudio可执行十分逼真的模拟,所用均为车间中实际使用的真实机器人程序和配置文件。

    1.3 NX

    NX作为Siemens PLM重要的3D软件解决方案,借助单个易于使用的应用程序,将冲压生产线单台设备从开发概念到构建虚拟样机,同时还能确保所需的质量。NX非常完备,您可以从产品概念开始,逐步开发出高度精确的虚拟样机,而不必使用任何其他软件

2 冲压线组成特点

    1)生产由5 道工序组成,第一道工序一般为拉, 采用双动压力机来完成, 后续工序采用单动压力机来完成, 工序间用人、传送带、机械手或机器人来传递工件。单条冲压生产线所进行的生产是流水生产。

    2)冲压生产线在一个投料周期内以一定的批量生产多种冲压件, 通过更换模具实现轮番生产。全线冲压生产过程是成批生产。

    3) 在工序数量、设备吨位、工作台等允许的条件下, 冲压件可在各冲压生产线之间相互转移。

3 建立机器人自动冲压生产线虚拟仿真的内容及步骤

    济南二机床集团有限公司建立的虚拟制造系统由3 部分组成: 机器人冲压线模型、逻辑控制和仿真控制台。模型指的是反映生产线中设备形状、尺寸、运动学特性等的信息集合,实体模型包括布局信息、各种设备的几何造型和运动学参数。逻辑模型指的是控制冲压线各单元协调运作的指令集合, 本系统中包括机器人运动指令、信号指令、动作指令等。仿真控制台是连接实体模型和逻辑模型的桥梁,它将逻辑模型的指令结合仿真语言驱动实体模型并获取仿真结果。

    3.1 布局与三维实体模型

    根据冲压工艺特征, 机器人自动冲压生产线仿真可以从功能上分为全局和各单元仿真。全局仿真, 主要涉及整个冲压生产线的布局、物流和机械人的运动路径等, 在RobotStudio中建模和运行;单元仿真, 主要涉及单个冲压单元设备的建模和仿真,在NX中建模和运行。单元模型加入到全局中, 使得全局仿真时, 能够直观看到整线的运动情况。

    布局是保证冲压线各单元协调动作的前提、单元设备是冲压线组成的基础, 所以先建立布局模型,然后将工厂里各种格式的设备三维模型导入至布局模型中 , 也可以在RobotStudio中重新绘制这些设备的三维模型。冲压单元主要的设备是: 压机、机器人、清洗设备、线首线尾设备等, 然后按照单元的布局将设备组合, 如图1 。

    3.1.1 布局

    在RobotStudio中进行全局仿真模型的建立: 将NX中建立的单元模型, 按布局导入RobotStudio。建成后的全局布局模型如图所示。具有传统设计方法所不具备的直观、美观,避免传统设计方法布置整线凭借设计人员经验的缺陷。

图1 整线二维布局图
 
图2 虚拟仿真设计三维布局图

    3.1.2 实体模型(所有实体模型关键部件均简化或省略)

    用NX对各个组成单元进行建模,并借助NX专用模块对模型进行有限元分析及优化,并对各单元进行运动学模拟仿真,验证设计。

    1) 涂油机模型

    2) 清洗机

责任编辑:黄菊锋
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