沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線中的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用

樊曉晨

摘 要：汽車車身覆蓋件沖壓生產(chǎn)線是汽車在生產(chǎn)過(guò)程中必不可少的機(jī)械設(shè)備，對(duì)汽車的生產(chǎn)效率和最終的質(zhì)量有著直接影響關(guān)系。隨著行業(yè)的發(fā)展變化，汽車的性能不斷提高，對(duì)覆蓋件的要求也就比之前更高，沖壓生產(chǎn)線需要具備高品質(zhì)、高效率、自動(dòng)化等特點(diǎn)；因?yàn)樵谏a(chǎn)線上傳統(tǒng)的人工操作已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)的需求，所以采用工業(yè)機(jī)器人組成一個(gè)全新的機(jī)械化的自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線，使得生產(chǎn)變得更高速高效。該文就工業(yè)機(jī)器人在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用進(jìn)行分析，結(jié)合沖壓機(jī)器人的特點(diǎn)、沖壓生產(chǎn)線的總體布局等方面展開(kāi)論述。

關(guān)鍵詞：沖壓生產(chǎn)線 工業(yè)機(jī)器人 汽車工業(yè) 自動(dòng)化

中圖分類號(hào)：TP242.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）01（a）-0065-02

汽車工業(yè)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈，各汽車廠商，為在行業(yè)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)不斷推出新產(chǎn)品，以更高的性能和更好的車型來(lái)吸引消費(fèi)者的關(guān)注。車身的覆蓋件是生產(chǎn)過(guò)程中重要設(shè)備之一，其生產(chǎn)工藝和汽車最終的質(zhì)量水平，會(huì)直接影響到汽車在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。汽車在生產(chǎn)過(guò)程中，沖壓加工是車身制造的主要工藝之一，因?yàn)槟壳笆袌?chǎng)是對(duì)于汽車的整體改進(jìn)重點(diǎn)在于使重量變輕，而且很多廠商通常會(huì)采用大中型覆蓋件自制，小型沖壓件外協(xié)的生產(chǎn)方式，所以沖壓生產(chǎn)線逐漸趨于自動(dòng)化，以提升生產(chǎn)效率和質(zhì)量[1]。

工業(yè)機(jī)器人替代了傳統(tǒng)生產(chǎn)線上的手動(dòng)操作，為廠商節(jié)省了更多的人力與物力，并且在生產(chǎn)效率上較傳統(tǒng)生產(chǎn)方式有明顯的改進(jìn)，現(xiàn)已成為汽車制造行業(yè)的重要設(shè)備。而目前我國(guó)行業(yè)沖壓自動(dòng)化水平相對(duì)較低，在生產(chǎn)水平上沒(méi)有達(dá)到理想的效果，針對(duì)沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線中的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的問(wèn)題，具有重要的研究?jī)r(jià)值。

1 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

工業(yè)機(jī)器人是一種新型的機(jī)械設(shè)備，在沖壓自動(dòng)生產(chǎn)線上的應(yīng)用，對(duì)汽車的生產(chǎn)制造起著很重要的作用。工業(yè)機(jī)器人主要依靠設(shè)備的控制能力和自身的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)功能，它不僅能直接聽(tīng)取人的指揮，也能根據(jù)預(yù)先設(shè)置的程序運(yùn)行。

1.1 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)

工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成部分主要有主體、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；其中主體由機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，在功能上有與人相似的動(dòng)作操作能力，其手臂、手腕可以進(jìn)行抓放的操作，工業(yè)機(jī)器人通常都有3～6個(gè)自由度，其中單是手腕就具有1～3個(gè)自由度，它的靈活程度相對(duì)智能，節(jié)省成本的同時(shí)，提高工作效率[2]?？刂葡到y(tǒng)對(duì)工業(yè)機(jī)器人起著控制作用，即在系統(tǒng)內(nèi)輸入程序指令，根據(jù)得到的指令向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)發(fā)出運(yùn)行信號(hào)，對(duì)這一過(guò)程進(jìn)行具體控制。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是為執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳達(dá)運(yùn)行指令，使其產(chǎn)生與指令相符的動(dòng)作。

沖壓機(jī)器人是工業(yè)機(jī)器人中的一種，主要運(yùn)用于沖壓生產(chǎn)線；沖壓機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)造基本一樣，只是控制系統(tǒng)稍有不同，是由沖壓控制系統(tǒng)和基本控制系統(tǒng)兩部分組成的，其中沖壓控制系統(tǒng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)線上的一些特殊功能，是一個(gè)根據(jù)實(shí)際操作需要而開(kāi)發(fā)的專用模塊。

1.2 工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)

工業(yè)機(jī)器人的主要特點(diǎn)有三：一是具有與人類相似的操作功能，比如工業(yè)機(jī)器人具有作業(yè)功能、抓取功能、感知功能，并且可以直接聽(tīng)取人的指令完成任務(wù)要求等；二是對(duì)其進(jìn)行編程預(yù)設(shè)，使其在得到指令后進(jìn)行自動(dòng)化工作，若程序指令有所變動(dòng)，工業(yè)機(jī)器人更及時(shí)感應(yīng)并隨之變換，根據(jù)要求而運(yùn)行；工業(yè)機(jī)器人在使用特點(diǎn)上，能隨著機(jī)器人的運(yùn)行軌跡做相應(yīng)的調(diào)整，使設(shè)備整體的柔性化更強(qiáng)[3]。

總的來(lái)說(shuō)，工業(yè)機(jī)器人具有生產(chǎn)成本低，在實(shí)際的生產(chǎn)線上可以起到降低廠商成本、提高工作效率、為廠商帶來(lái)效益等作用，并且可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，針對(duì)不同車型的生產(chǎn)，對(duì)其進(jìn)行不同的編程指令輸入即可；，具有較高的柔性化。

2 沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線中的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器人在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線中應(yīng)用，通常是將其使用于較為惡劣的工作環(huán)境下，執(zhí)行以下難度較大、危險(xiǎn)系數(shù)高的工作，因?yàn)楣I(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)，很大程度上減輕了人類的手工操作的工作量。工業(yè)機(jī)器人在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線中的生產(chǎn)過(guò)程中運(yùn)行方式具體如圖1所示。

2.1 沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線中的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行中的拆垛系統(tǒng)

在汽車的生產(chǎn)制造過(guò)程中，沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線輸送的環(huán)節(jié)上，自動(dòng)拆剁是必有的生產(chǎn)系統(tǒng)，這一系統(tǒng)有多種設(shè)備：拆剁小車、自動(dòng)涂油裝置、磁性皮帶機(jī)以及對(duì)中臺(tái)和雙料檢測(cè)等。

拆剁小車大多時(shí)候應(yīng)用于材料的上料區(qū)和上料后停放的固定位置，是機(jī)器人的取料過(guò)程用時(shí)少，且更方便快捷。磁力皮帶機(jī)則是根據(jù)實(shí)際位置的不同，有導(dǎo)出式皮帶機(jī)和導(dǎo)入式皮帶機(jī)兩種分類，其中導(dǎo)入式皮帶機(jī)的運(yùn)行原理為：將機(jī)器人取出的物料傳送至涂油機(jī)中，而導(dǎo)出式皮帶機(jī)的運(yùn)行原理則為：將板料按照一定的速度送達(dá)對(duì)中臺(tái)內(nèi)。兩者具有共同性，基本原理上沒(méi)有太大差異。

自動(dòng)涂油機(jī)通常在板件存在較大的拉延率的情況下，在板料拉延這一工序上，進(jìn)行具體的安排涂油工作；簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是通過(guò)自動(dòng)涂油機(jī)，在板料表層進(jìn)行相應(yīng)的拉延油涂抹，以達(dá)到冷軋鋼板上生產(chǎn)地滑移線消除的目的；保證最終加工完畢的板件其表面質(zhì)量，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，具備合格的潤(rùn)滑性能，同時(shí)可以提升沖壓鋼板的防銹能力。

對(duì)中臺(tái)通常使用機(jī)械對(duì)中臺(tái)，使固定或者移動(dòng)更加快捷方便，也可以采用視覺(jué)對(duì)中或者重力對(duì)中的對(duì)中方式。為有效保證板料的定位更準(zhǔn)確、方式上的便捷和固定時(shí)的牢固性，機(jī)器人在運(yùn)行中會(huì)根據(jù)零件實(shí)際的對(duì)中位置，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡的自適應(yīng)調(diào)整，從而快速而準(zhǔn)確地將板料搬運(yùn)到壓力機(jī)內(nèi)。

2.2 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是機(jī)器人在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線中運(yùn)行的核心系統(tǒng)，這一核心系統(tǒng)主要用來(lái)保證生產(chǎn)線上的各個(gè)部件之間能在統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理下進(jìn)行正常工作；同時(shí)控制系統(tǒng)自身的一些性能對(duì)沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的整體效率和生產(chǎn)制作的自動(dòng)化程度有著直接影響，而這些性能指標(biāo)主要有技術(shù)方面的可靠性和先進(jìn)性，在控制方法上的靈活性與有效性是否夠高等因素。

控制系統(tǒng)由以下3種系統(tǒng)共同組成：監(jiān)控控制系統(tǒng)、連線控制系統(tǒng)以及安全防護(hù)系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)則是與沖壓生產(chǎn)線的監(jiān)控管理相對(duì)應(yīng)，連線控制系統(tǒng)是針對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)的整個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)行控制，監(jiān)控系統(tǒng)則是與沖壓生產(chǎn)線的監(jiān)控管理相對(duì)應(yīng)，安全防護(hù)系統(tǒng)自然就是對(duì)生產(chǎn)流程的安全負(fù)責(zé)了。

3 沖壓生產(chǎn)線的安全防護(hù)

3.1 沖壓生產(chǎn)線的安全分析

隨著沖壓生產(chǎn)線自動(dòng)化生產(chǎn)的日益普及，大量機(jī)械設(shè)備在生產(chǎn)方面的能力都有了大幅度的提升，與之相對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)的技術(shù)也越來(lái)越復(fù)雜，一旦操作失誤就很容帶來(lái)安全事故。對(duì)于較為大型的生產(chǎn)線來(lái)說(shuō)，安全防護(hù)問(wèn)題就變得更加重要；沖壓生產(chǎn)線中存在的安全問(wèn)題主要有以下幾點(diǎn)。

首先是生產(chǎn)線中的主要機(jī)械和機(jī)器人，包括相關(guān)的輔助設(shè)備，由于機(jī)械在運(yùn)行過(guò)程中，速度較快，多個(gè)機(jī)械之間運(yùn)行的區(qū)域有重疊的部分，它們之間存在著互相影響的關(guān)系，所以在一定程度上有著較為明顯的安全隱患。其次各個(gè)設(shè)備之間受控制系統(tǒng)的調(diào)配，而控制系統(tǒng)的程序較為復(fù)雜，通常在進(jìn)行安裝或調(diào)試的過(guò)程中，需要對(duì)其相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行具體的設(shè)置與調(diào)整，而在對(duì)參數(shù)調(diào)整時(shí)，會(huì)因?yàn)樵O(shè)置不當(dāng)而引起機(jī)械故障，進(jìn)而帶來(lái)隱患。然后是在沖壓生產(chǎn)車間，多臺(tái)機(jī)器同時(shí)運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)沖擊或振動(dòng)等現(xiàn)象，這一時(shí)間，對(duì)機(jī)械的控制能力變小，也會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。最后是沖壓生產(chǎn)一般都是較為大批量的生產(chǎn)，若在生產(chǎn)中途因故障而停止生產(chǎn)，降低了生產(chǎn)效率，從而對(duì)廠商的經(jīng)濟(jì)效益有一定的影響。

針對(duì)以上可能帶來(lái)安全隱患的問(wèn)題，建議做好的防護(hù)工作有：保護(hù)人和機(jī)器的安全，生產(chǎn)過(guò)程中，由于多個(gè)機(jī)械同時(shí)運(yùn)行，工作人員處在那樣的環(huán)境下很容易受到傷害，但是無(wú)論在什么情況下，人身安全是高于一切的；其次是生產(chǎn)線上的大型設(shè)備，由于設(shè)備之間存在運(yùn)行交互，對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，盡可能地減低經(jīng)濟(jì)損失。另外一方面對(duì)數(shù)據(jù)的保護(hù)，由于控制系統(tǒng)在操作上相對(duì)復(fù)雜，若在這方面出現(xiàn)故障會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失或出現(xiàn)一些其他相關(guān)的錯(cuò)誤，這也會(huì)為企業(yè)帶來(lái)很多不利而影響。

3.2 沖壓生產(chǎn)線的保護(hù)措施

對(duì)沖壓生產(chǎn)線的保護(hù)措施，通常由硬件和軟件兩方面相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)安全的目的[1]。硬件方面的連線監(jiān)控系統(tǒng)通常運(yùn)用總線布控進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，所使用的總線需要具備抗干擾的能力和傳輸數(shù)據(jù)方面的可靠性等基本特點(diǎn)；監(jiān)控系統(tǒng)建議使用帶有屏蔽層的數(shù)據(jù)網(wǎng)線；安全防護(hù)系統(tǒng)需要采用安全系數(shù)較高的專用設(shè)備，最好是由專業(yè)人士進(jìn)行分析推薦。軟件方面，則需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面的且實(shí)時(shí)的監(jiān)控，時(shí)刻注意避免數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中各種錯(cuò)誤的出現(xiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)方面也在進(jìn)步著，沖壓生產(chǎn)線中的機(jī)器人應(yīng)用越來(lái)越廣泛，它的出現(xiàn)提到了人們的手工操作，一定程度上將工作人員從單調(diào)枯燥的工作中解脫出來(lái)；由于工業(yè)機(jī)器人的成本較低，而投入進(jìn)生產(chǎn)線上可以提升生產(chǎn)效率，為企業(yè)帶來(lái)更多的效益；在近幾年的發(fā)展中逐漸成為了汽車制造行業(yè)必不可少的設(shè)備之一。并且在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中由于越來(lái)越趨向于自動(dòng)化，對(duì)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的注意提升安全隱患的防護(hù)意識(shí)，在保護(hù)工作人員人身安全的前提下，盡可能的保障機(jī)械和工業(yè)機(jī)器人的安全?？偟膩?lái)說(shuō)，工業(yè)機(jī)器人在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線中應(yīng)用，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，為企業(yè)節(jié)省了大量的人力物力，并且為其帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益，所以工藝機(jī)器人在生產(chǎn)線中的應(yīng)用帶來(lái)了非常重要的積極的正面影響。

參考文獻(xiàn)

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