工業機器人在沖壓自動化生產線中的應用分析

韋　鵬 / 上海發那科機器人有限公司武漢分公司

工業機器人在沖壓自動化生產線中的應用分析

韋鵬 / 上海發那科機器人有限公司武漢分公司

伴隨著科學技術和工業技術的不斷發展，工業機器人作為自動化裝備已經被廣泛應用到了汽車的生產制造中。在生產過程中，汽車車身的鈑金沖壓線是主要設備，其對汽車制造業的生產效率，以及汽車的質量有著直接性影響，而沖壓自動化技術能夠有效提高生產效率和生產質量。因此，工業機器人作為可靠性強和靈活性高的機械設備被切實應用到沖壓自動化生產線上，對汽車制作起著非常重要的作用。據此本文對工業機器人在沖壓自動化生產線中的應用進行了具體分析。

工業機器人；沖壓自動化；生產線；應用

一、沖壓生產方式的比較

沖壓生產方式主要有傳統的人工生產方式（圖1所示）與自動化生產方式（圖2、圖3所示）。就產品質量的穩定性、勞動力強度、安全生產和生產效率等各方面的比較分析，自動化生產方式具有獨特優勢，同時其也是沖壓生產方式未來發展的主要趨勢。沖壓自動化生產線有機械手自動化生產線（圖2所示）和機器人自動化生產線（圖3所示）。而機械手自動化生產線和機器人自動化生產線的區別主要在于安裝方式、使用特點、生產節拍和投資成本上。通過綜合考慮分析，使用機器人自動化生產方式更加經濟、實用。機械手自動化生產線則比較適合在大間距壓力機生產線和已有生產線的自動化改造上使用。而機器人自動化生產線通過更換端拾器，更適合多種車型的生產，具有較高的柔性。

圖1　人工生產線示意圖

圖2　機械手自動化生產線示意圖

圖3　機器人自動化生產線示意圖

二、工業機器人在沖壓自動化生產線中的應用

在汽車制造過程中，工業機器人自動化沖壓生產線運行的循環方式是，機器人拆剁一板料傳輸一板料涂油一板料對中一上料機器人送貨一首臺壓機沖壓一下料機器人取貨、送貨一壓機沖壓一根據工序數量循環一下料機器人取貨、送貨一末端壓機沖壓一線尾機器人取貨、放貨一皮帶機輸送一人工碼垛。

（一）拆剁系統

在沖壓自動化生產線輸送過程中，自動拆垛單元是必備的，其主要包括拆垛小車、自動涂油裝置、磁性皮帶機、中臺和雙料檢測等設備。其中拆垛小車安置在上料區和停放的固定位置，以便于機器人取貨。磁力皮帶機則根據位置的不同主要分為導出式皮帶機和導入式皮帶機，導入式用于把初期取出的物料送到涂油機中，而導出式皮帶機則是將板料按照一定速度送入對中臺內。自動涂油機是在對板件拉延率較高時，在板料進行拉延工序時，安排涂油工序，利用自動涂油機在板料表面涂拉延油，消除生產地滑移線，以此確保沖壓板件質量，且滿足潤滑性要求。對中臺采用機械對中臺，利于固定或移動，還可以使用視覺對中或重力對中，以此保證板料定位準確和快捷。機器人可以根據零件的對中位置，改變運行軌跡，從而將板料準確搬運到壓力機內部。

（二）控制系統

1.設備層

控制系統最底層的設備層是最關鍵的環節，其中主要包括現場的操作站、輸入設備、檢測開關和執行機構等，通過現場總線或直接和控制層的PLC聯系，傳送輸入信號，將PLC的輸出指令傳到現場設備，閥和傳感器通過現場總線和相對應的控制單元進行通訊。

2.控制層

各部門的控制系統都是采用現場總線中的PLC進行控制，具有連線自控和獨控等功能。采用現場總線和以太網控制系統，能夠確保系統運行的穩定性和可靠性。各控制部門的PLC和上位機之間進行數據交換時，可以采用工業以太網方式，供監控系統聯網使用。壓力機控制系統應該配置Ethemet card，與工業機器人的控制系統相連接，PROFIBUS-DP現場總線將工業機器人的系統和控制系統連鎖對接，以此實現信息互換。

3.人機界面

人機界面采用的是SIEMENS觸摸屏，各控制單元均配有觸摸屏，并通過Profibus總線進行通訊。控制單元中的觸摸屏上都有指示燈和操作旋鈕，能夠自行診斷，顯示錯誤信息，并報警。人機界面中控制單元I/O信號的顯示顏色不同，以此進行區分。如果某節點出現故障，系統會自動報警，人機界面會將故障點顯示出來，以便于及時維修，從而提高工作效率。

（三）安全系統

工業機器人在沖壓自動化生產線中的應用具有很高的安全性，在系統中采用完善的安全保護系統和裝置配置。通過健全安全裝置，采用Profibus總線和PLC系統進行通訊，并實時監控，反映安全區域的情況，以便于及時發出警報或直接停機。安全系統中的輔助工具是聲光警報單元，能夠將各個監控點報警異常情況及時通知給工作人員進行處理，操作人員也能夠及時啟停設備，處理故障。沖壓自動化生產線的拆垛系統有升降門，兩個剁料臺和升降門開閉相互轉換，其中一個剁料臺無料時，另一個剁料臺進入，升降門會打開，有料剁料臺代替無料剁料臺，升降門再自動落下。操作人員對升降門進行控制和操作，在確保工作安全的基礎上自動運行沖壓線。控制系統中工業機器人和壓機之間的安全信號以及所有緊急停止報警信號，都是連鎖在安全的PLC系統中，并通過PLC程序轉換互鎖控制的。

（四）仿真模擬系統

在虛擬環境下，運行仿真沖壓線，能夠有效避免生產現場系統干涉和節拍不合理等錯誤，在沖壓自動化生產線運行過程中，能夠通過工業機器人進行離線編程，模擬機器人的運動路線和運動軌跡，從而有效縮短現場實驗和調試工作時間，提高設備運行安全和可靠。

三、結語

綜上所述，沖壓生產線工業機器人的應用越來越廣泛，其在一定程度上將工作人員從乏味的工作中解放了出來。而且工業機器人的成本相對較低，但投入生產線中不僅能夠有效提高生產效率和生產質量，還能夠為企業帶來更多的經濟效益和社會效益。在實際生產過程中工業機器人逐漸趨向自動化，對設備運行過程的安全隱患提高了防護意識，在確保工作人員人身安全的基礎上，保障了機械和工業機器人的安全。

［1］盧澤旭.工業機器人在沖壓自動化生產線中的應用研究［J］.機電信息.2012（12）.

［2］陳立新.工業機器人在沖壓自動化生產線的應用［J］.機械設計與制造.2010（10）.

［3］陳立新，郭文彥.工業機器人在沖壓自動化生產線中的應用［J］.機械工程與自動化.2010（03）.

［4］王明.工業機器人在沖壓自動線中的應用［D］.合肥工業大學.2008.