沖壓自動化生產(chǎn)線中工業(yè)機器人的應(yīng)用研究

付亮

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沖壓自動化生產(chǎn)線中工業(yè)機器人的應(yīng)用研究

付亮

（吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 吉林 132013）

工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)線在汽車產(chǎn)業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，文章分析了生產(chǎn)線的系統(tǒng)組成及特點，闡述了其總體布置和控制系統(tǒng)工作原理，并對安全和仿真系統(tǒng)做了簡要介紹，以期為沖壓自動化生產(chǎn)線的設(shè)計和運行提供參考和借鑒。

自動化生產(chǎn)線；工業(yè)機器人；組成；控制

引言

隨著工業(yè)產(chǎn)品規(guī)模的不斷擴大，客戶對產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高以及人工成本的不斷攀升，傳統(tǒng)的制造模式已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)有的形勢。以汽車車身的鈑金沖壓為例，現(xiàn)已經(jīng)完成了由人工生產(chǎn)向自動化生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)了產(chǎn)品的升級換代和生產(chǎn)效率的提高。隨著工業(yè)機器人的蓬勃發(fā)展，將工業(yè)機器人應(yīng)用到?jīng)_壓自動化生產(chǎn)線中代替現(xiàn)有機械手，不但能夠增加自動化生產(chǎn)線的柔性，還可以獲得更為可觀的經(jīng)濟收益。

1 工業(yè)機器人沖壓自動化生產(chǎn)線

1.1 系統(tǒng)的組成

典型工業(yè)機器人沖壓自動化生產(chǎn)線的工作流程如圖1所示，主要包括：拆垛系統(tǒng)—板料涂油（根據(jù)需要）—對中臺—機器人—壓機沖壓—機器人—壓機沖壓—（根據(jù)工序確定循環(huán)此數(shù)）—線尾取料—碼垛系統(tǒng)[1]。

圖1 機器人沖壓自動化生產(chǎn)線工作示意圖

拆垛系統(tǒng)采用拆垛機器人加拆垛小車的組合，其工作原理為將料板放在可移動的拆垛小車上，小車上安裝有磁力分張器，可將料垛自動分配為單張，機器人使用真空吸盤組拾取料板，并在機器人拾取器端部安裝雙料傳感器以確保料板為單張。拾取料板單張后，拆垛機器人將料板放置在磁性傳送帶上，磁性傳送帶可分為導(dǎo)入式和導(dǎo)出式，導(dǎo)出式可直接將料板傳送到對中臺上，而導(dǎo)入式則是將料板傳輸至涂油機，依據(jù)內(nèi)置的程序自動涂油（或不涂油）再傳送到對中臺[2]。料板的涂油必須在拉延環(huán)節(jié)進(jìn)行，因此時的料板存在較大的拉延率，涂油可有效的消除冷軋料板上的滑移線，不但使加工面滿足要求，還可提高沖壓料板的防銹性能。

為了使料板能夠被精準(zhǔn)的放置在磨具中，需對料板進(jìn)行對中。常見的對中臺有三種，分別為：光學(xué)對中、重力對中和機械對中，光學(xué)對中臺是隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)而發(fā)展起來的新技術(shù)，通過獲取料板圖形自動調(diào)節(jié)機器人的軌跡，可將料板精確、靈活的置入模具中。光學(xué)對中臺較機械對中臺結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，因而近年來得到廣泛青睞[3]。上料機器人根據(jù)對中臺上料板的位置，適當(dāng)調(diào)整運行軌跡，以確保料板能夠準(zhǔn)確地防置在壓力機內(nèi)。最后通過線尾碼垛系統(tǒng)將料板輸送到生產(chǎn)線的尾端，由叉車將料運送走。為滿足高效生產(chǎn)的需求，在標(biāo)準(zhǔn)六軸機器人的基礎(chǔ)上增加外部軸，提高了機器人的搬運速度、擴大了機器人的傳送范圍，沖壓產(chǎn)能從8件/分提高到12件/分，從而在節(jié)約投資的前提下達(dá)到了專用機械手的效率。

1.2 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是該套生產(chǎn)線的核心組成部分，系統(tǒng)按照統(tǒng)一監(jiān)控、分散控制的基本原則進(jìn)行組織，以確保整條生產(chǎn)線各組成部分協(xié)調(diào)工作。采用數(shù)據(jù)層加物理層的典型控制模式，在每一個層中配置不同的軟硬件及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)不同的使用功能。

數(shù)據(jù)層主要功能是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和處理，數(shù)據(jù)層使用現(xiàn)場總線技術(shù)，為達(dá)到減少用線和控制快捷方便的目的，設(shè)備的連接常采用EFA技術(shù)。通過DCS實現(xiàn)集中管理和分散控制，可有效的減少機器人反復(fù)動作和由于數(shù)據(jù)損壞造成的錯誤，實現(xiàn)穩(wěn)定、安全、高效的控制效果[4]。控制系統(tǒng)的最低層是物理層，主要功能是采集和處理數(shù)據(jù)，其中包括控制和操作站、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場執(zhí)行結(jié)構(gòu)等。所采用物理層應(yīng)具有較強的開放性，可以直接或間接的與控制層PLC實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，確保控制系統(tǒng)對機器人的精準(zhǔn)控制。為實現(xiàn)對機器人的操作指令，在每一個控制單元中均設(shè)置了可觸屏，可觸屏不但設(shè)置了操作區(qū)域，還可顯示錯誤及自診斷等信息，數(shù)據(jù)匯總至上位機PLC。

1.3 安全系統(tǒng)

為保障沖壓線的安全運行，需配備完善的安全裝置，上位機PLC通過總線技術(shù)實時監(jiān)控安全區(qū)域狀況，出現(xiàn)故障時將發(fā)出聲光警報或緊急停車[5]，并且實現(xiàn)了故障點位置的可視化。

1.4 模擬仿真系統(tǒng)

為合理布置生產(chǎn)線、縮短現(xiàn)場調(diào)試安裝周期，利用工業(yè)機器人的離線編程功能，對工業(yè)機器人的工作速度、運動軌跡和有效負(fù)載等進(jìn)行仿真，仿真可避免現(xiàn)場的系統(tǒng)干涉及節(jié)拍不合理，能夠提高生產(chǎn)線的可靠性和安全性。

2 小結(jié)

工業(yè)機器人在沖壓自動化生產(chǎn)線中的應(yīng)用，不但減輕了操作人員的勞動強度、提高了沖壓產(chǎn)品的質(zhì)量，還極大的提升了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。隨著新型工業(yè)機器人的開發(fā)和自動控制精準(zhǔn)度的不斷提高，工業(yè)機器人自動化沖壓生產(chǎn)線將會獲得更多廠商的青睞，成為汽車制造廠中不可或缺的生產(chǎn)線。

[1] 屈云濤.沖壓機器人本體設(shè)計及機器人自主設(shè)計開發(fā)研究[D].燕山大學(xué), 2012.

[2] 陳立新.工業(yè)機器人在沖壓自動化生產(chǎn)線的應(yīng)用[J].機械設(shè)計與制造, 2010(10):94-96.

[3] 于海濤.工業(yè)機器人在沖壓自動化生產(chǎn)線中的應(yīng)用[D].山東科技大學(xué), 2012.

[4] 陳英.工業(yè)機器人在沖壓自動化生產(chǎn)線中的應(yīng)用分析[J].自動化與儀器儀表, 2016(10):73-74.

[5] 董鍇,徐鋒,徐宏文等.直線七軸工業(yè)機器人搬運系統(tǒng)在沖壓生產(chǎn)線上的應(yīng)用[J].金屬加工:冷加工, 2017(21):54-56.

Application research of industrial robot in automatic stamping production line

Fu Liang

（Jilin Vocational College of Industry and Technology, Jilin Jilin 132013）

Industrial robot automation production line has been widely used in automobile industry. This paper analyzes the system composition and characteristics of the production line, expounds the general layout and the working principle of the control system, and briefly introduces the safety and simulation system, in order to provide reference for the design and operation of the stamping automation production line.

Stamping production line; Industrial robot; Compose; Control

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1671-7988(2018)22-194-02

U462

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付亮（1983-），男，碩士，助教，研究方向，就職于吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.22.069