氣動機械手在自動化沖壓生產線設計中的應用

楊波　沈燕青　朱林軍

摘 要：隨著科學技術的不斷更新和進步，生產自動化已經作為一種趨勢，深入到工業(yè)生產的方方面面。在自動化沖壓生產線的設計中，氣動機械手已經被廣泛采用。本文首先介紹氣動機械手的概況，接著進行自動化沖壓生產線設計的介紹，最后將二者結合，具體探討氣動機械手在自動化沖壓生產線設計中的應用和前景。

關鍵詞：氣動機械手；自動化；沖壓生產線設計；應用

近年來，我國的沖壓生產線已經高度自動化，改變了過去單純依靠勞動力投入的低效率模式。隨著技術的進步，氣動機械手又廣泛應用于自動化沖壓生產線，進一步解放了人類勞動，工業(yè)生產的質量和效率顯著提高。基于氣動機械手在自動化沖壓生產線中的重要作用，企業(yè)開始將自身發(fā)展同氣動機械手的應用密切聯(lián)系。

一、氣動機械手概述

氣動機械手指的是利用現(xiàn)代氣動技術、氣動伺服控制技術和計算機技術為核心的控制技術，完成生產線上物品的抓持、搬運和卸料工作，以此代替人力勞動，提高生產效率的現(xiàn)代生產技術。

氣動機械手是典型的機、電、器一體化的產物，同市面上存在的機械傳動機械手、液壓傳動機械手、電氣傳動機械手相比，具有技術要求低、動作速度快、使用成本低、維護費用少的特點，因此是最受生產企業(yè)歡迎的高性價比的生產工具。

二、自動化沖壓生產線的設計

自動化沖壓生產線是一個循環(huán)往復的單線系統(tǒng)，它的工作周期一般為：拆垛——物料運輸——取料、送料（壓機沖壓）（該步驟可能重復）——生產線末端輸送——人工碼垛。

（一）系統(tǒng)組成

自動化沖壓生產線是一個單線系統(tǒng)，它的組成往往根據廠家生產產品的不同而略有差異。一般來講，自動化沖壓生產線有拆垛系統(tǒng)、過程操作（涂油、壓板等工藝）系統(tǒng)、上下料系統(tǒng)和線末運輸系統(tǒng)組成，最后經過人工碼垛，完成整體生產線的生產過程。

（二）控制系統(tǒng)

1、控制層

自動化生產線的控制系統(tǒng)一般采用PLC控制方式，這種控制方式具有現(xiàn)場總線的控制，同時具有單獨控制及連線自動控制的功能。它將整個系統(tǒng)分為不同的控制部分，每個控制部分上都設置有一個PLC，每個部分PLC之間與上級PLC之間采用以太網方式進行數(shù)據交換，聯(lián)網時可以被系統(tǒng)監(jiān)控和使用。

2、設備層

設備層管理的主要是生產線中的各種設備，處于整個控制系統(tǒng)的最低層，同時也是整個系統(tǒng)最關鍵的環(huán)節(jié)，因為它控制的是實際生產的環(huán)節(jié)，主要監(jiān)控現(xiàn)場操作站、現(xiàn)場輸入設備以及現(xiàn)場執(zhí)行機構等部分的工作。設備層受總線PLC控制，向總線PLC發(fā)送信號和數(shù)據，并將接收到的總線PLC命令直接傳達到生產線的指定環(huán)節(jié)和設備，使自動化沖壓生產線穩(wěn)定地生產和運行。

（三）安全系統(tǒng)

安全是自動化生產線的最大特點， 自動化沖壓生產線一般配置高級的保護系統(tǒng)和完善的安全裝置，不僅能夠實時監(jiān)控生產的進行，還能在危險發(fā)生時及時發(fā)出警報信號，有的甚至能夠自動判斷危險級別，進行停機保護。

整個安全系統(tǒng)同樣受總線PLC控制，保證了線路運行在統(tǒng)一的指揮和監(jiān)控下安全運行。

三、氣動機械手在自動化沖壓生產線設計中的應用

氣動機械手的應用具有安全性高、抗高溫環(huán)境、抗危險（易燃、易爆、輻射等等）環(huán)境、效率高的特點，并且在成本投入上，又有成本低、動作快、平穩(wěn)可靠、節(jié)能環(huán)保、維護和運營成本低等優(yōu)勢，因此被廣泛應用于各種自動化沖壓生產線中，不管是汽車制造業(yè)、家電制造業(yè)還是食品加工業(yè)、軍事制造業(yè)，都能看見它的身影。

（一）氣動機械手要求對控制器進行有效選擇

氣動機械手的應用，需要在強有力的系統(tǒng)控制下進行。因此，在設計自動化沖壓生產線的過程中，如果考慮加入氣動機械手，就要做好控制器的選擇工作。要選擇具良好性能，同時遵循“簡單、穩(wěn)定”特征，能夠對總線和各部分PLC進行準確把握的控制器。

（二）氣動機械手要求實現(xiàn)自動與手動相結合的送料系統(tǒng)

在自動化沖壓生產線的生產過程中，大部分工作都由自動化的氣動機械手來完成，但是要求必須實現(xiàn)自動系統(tǒng)與手動系統(tǒng)的結合。因為氣動機械手只能完成規(guī)定的將物料送入機械設備的動作，但是在一些需要主觀能動性決定的工作操作（質量檢驗、裝箱碼垛等等）中，氣動機械手卻無能為力，只能靠手動操作系統(tǒng)來完成。

（三）氣動機械手要求系統(tǒng)具有可靠的功能

氣動機械手在自動化沖壓生產線設計中的應用，要求系統(tǒng)能夠提供相應的安全和生產保障，從而來指揮氣動機械手進行正常的生產。

1、報警系統(tǒng)

作為一種機器，氣動機械手的工作過程是簡單機械的，只要系統(tǒng)不發(fā)出停止或者其他操作指令，它就會不停地運轉。在危險發(fā)生的時候，氣動機械手并沒有主動判斷危險的能力，這個時候，如果沒有可靠的報警系統(tǒng)給總線控制系統(tǒng)傳遞信號，氣動機械手就會不停地運轉，導致重大生產事故的發(fā)生。

2、停止功能

在自動化沖壓生產線設計的過程中，一定要格外重視對氣動機械手停止功能的設計。在危險發(fā)生時，通過設備或者遙控開關面板上的“停止”鍵，使設備立即停止運行，能夠及時阻止更危險情形的出現(xiàn)，降低事故的損失率。

3、狀態(tài)顯示功能

機器人不會說話，它的工作運行狀態(tài)，只能通過狀態(tài)顯示功能來體現(xiàn)。因此，在自動化沖壓生產線設計的過程中，一定要做好狀態(tài)顯示功能的設計，使其能夠對系統(tǒng)各個部分的運行狀態(tài)進行反應，及時解決生產中出現(xiàn)的各種問題。

四、氣動機械手在自動糊沖壓生產線中應用的前景

（一）重復高精度

與人工操作相比，氣動機械手采用氣動伺服技術和現(xiàn)代計算機技術，生產過程可以實現(xiàn)高精度重復。在氣動機械手生產的過程中，如果一個氣動機械手出現(xiàn)了定位不精確的誤差，就會及時啟動誤差調整功能，保證工作的高精度。隨著微電子技術和現(xiàn)代控制技術的發(fā)展，氣動機械手的精確度會越來越高，它的發(fā)展前景和工作領域會越來越寬廣。

（二）模塊化

現(xiàn)代的氣動機械手正在由組合驅動裝置向模塊化拼裝裝置轉化。這種轉化使氣動機械手的安裝使用更加靈活方便，擴大了氣動機械手的應用范圍，也是氣動機械手發(fā)展的重要方向之一。

（三）無給油化

在食品、醫(yī)藥、紡織等生產要求高的行業(yè)，無污染是他們共同的追求。現(xiàn)在，隨著技術的發(fā)展，已經實現(xiàn)了不加潤滑脂的不供油潤滑元件生產技術。這種無潤滑元件如果在氣動機械手裝置中得到廣泛應用，不僅能夠節(jié)省潤滑油、降低環(huán)境污染，而且能降低生產成本、延長機器使用壽命，給相關行業(yè)帶來更大的利潤空間。

（四）勞動力集約化

在傳統(tǒng)的生產線中，單純采用人工方式進行重復性、危險性、節(jié)拍高的生產工作，工人勞動強度大，很容易發(fā)生工傷。氣動機械手在自動化沖壓生產線中的使用，代替了大部分危險性的人工工作，節(jié)約了人力勞動成本，提高了人工及設備的安全性。這正體現(xiàn)了一種未來工業(yè)的發(fā)展趨勢。

結語：

氣動技術的發(fā)展經歷了一個漫長的發(fā)展過程，我國對氣動技術和氣動機械手的研究與應用都比較晚，但是近年來，隨著我國相關部門和企業(yè)重視程度的提高，對于氣動機械手的投入力度和研發(fā)力度在不斷加大，我國自主研制的許多氣動機械手已經在各種行業(yè)內廣泛應用，并且獲得了國際的一致好評，為國家的技術進步做出了卓越貢獻。可以預見，在不久的將來，氣動機械手將越來越廣泛地進入工業(yè)、軍事、航空、醫(yī)療、生活等各個領域，更多地影響我國的工業(yè)生產過程和人民的現(xiàn)代化生活水平。

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