工業(yè)機(jī)器人在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用分析

韋　鵬 / 上海發(fā)那科機(jī)器人有限公司武漢分公司

工業(yè)機(jī)器人在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用分析

韋鵬 / 上海發(fā)那科機(jī)器人有限公司武漢分公司

伴隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人作為自動(dòng)化裝備已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到了汽車的生產(chǎn)制造中。在生產(chǎn)過程中，汽車車身的鈑金沖壓線是主要設(shè)備，其對汽車制造業(yè)的生產(chǎn)效率，以及汽車的質(zhì)量有著直接性影響，而沖壓自動(dòng)化技術(shù)能夠有效提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。因此，工業(yè)機(jī)器人作為可靠性強(qiáng)和靈活性高的機(jī)械設(shè)備被切實(shí)應(yīng)用到?jīng)_壓自動(dòng)化生產(chǎn)線上，對汽車制作起著非常重要的作用。據(jù)此本文對工業(yè)機(jī)器人在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用進(jìn)行了具體分析。

工業(yè)機(jī)器人；沖壓自動(dòng)化；生產(chǎn)線；應(yīng)用

一、沖壓生產(chǎn)方式的比較

沖壓生產(chǎn)方式主要有傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)方式（圖1所示）與自動(dòng)化生產(chǎn)方式（圖2、圖3所示）。就產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性、勞動(dòng)力強(qiáng)度、安全生產(chǎn)和生產(chǎn)效率等各方面的比較分析，自動(dòng)化生產(chǎn)方式具有獨(dú)特優(yōu)勢，同時(shí)其也是沖壓生產(chǎn)方式未來發(fā)展的主要趨勢。沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線有機(jī)械手自動(dòng)化生產(chǎn)線（圖2所示）和機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線（圖3所示）。而機(jī)械手自動(dòng)化生產(chǎn)線和機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線的區(qū)別主要在于安裝方式、使用特點(diǎn)、生產(chǎn)節(jié)拍和投資成本上。通過綜合考慮分析，使用機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)方式更加經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。機(jī)械手自動(dòng)化生產(chǎn)線則比較適合在大間距壓力機(jī)生產(chǎn)線和已有生產(chǎn)線的自動(dòng)化改造上使用。而機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線通過更換端拾器，更適合多種車型的生產(chǎn)，具有較高的柔性。

圖1　人工生產(chǎn)線示意圖

圖2　機(jī)械手自動(dòng)化生產(chǎn)線示意圖

圖3　機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線示意圖

二、工業(yè)機(jī)器人在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用

在汽車制造過程中，工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線運(yùn)行的循環(huán)方式是，機(jī)器人拆剁一板料傳輸一板料涂油一板料對中一上料機(jī)器人送貨一首臺(tái)壓機(jī)沖壓一下料機(jī)器人取貨、送貨一壓機(jī)沖壓一根據(jù)工序數(shù)量循環(huán)一下料機(jī)器人取貨、送貨一末端壓機(jī)沖壓一線尾機(jī)器人取貨、放貨一皮帶機(jī)輸送一人工碼垛。

（一）拆剁系統(tǒng)

在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線輸送過程中，自動(dòng)拆垛單元是必備的，其主要包括拆垛小車、自動(dòng)涂油裝置、磁性皮帶機(jī)、中臺(tái)和雙料檢測等設(shè)備。其中拆垛小車安置在上料區(qū)和停放的固定位置，以便于機(jī)器人取貨。磁力皮帶機(jī)則根據(jù)位置的不同主要分為導(dǎo)出式皮帶機(jī)和導(dǎo)入式皮帶機(jī)，導(dǎo)入式用于把初期取出的物料送到涂油機(jī)中，而導(dǎo)出式皮帶機(jī)則是將板料按照一定速度送入對中臺(tái)內(nèi)。自動(dòng)涂油機(jī)是在對板件拉延率較高時(shí)，在板料進(jìn)行拉延工序時(shí)，安排涂油工序，利用自動(dòng)涂油機(jī)在板料表面涂拉延油，消除生產(chǎn)地滑移線，以此確保沖壓板件質(zhì)量，且滿足潤滑性要求。對中臺(tái)采用機(jī)械對中臺(tái)，利于固定或移動(dòng)，還可以使用視覺對中或重力對中，以此保證板料定位準(zhǔn)確和快捷。機(jī)器人可以根據(jù)零件的對中位置，改變運(yùn)行軌跡，從而將板料準(zhǔn)確搬運(yùn)到壓力機(jī)內(nèi)部。

（二）控制系統(tǒng)

1.設(shè)備層

控制系統(tǒng)最底層的設(shè)備層是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其中主要包括現(xiàn)場的操作站、輸入設(shè)備、檢測開關(guān)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，通過現(xiàn)場總線或直接和控制層的PLC聯(lián)系，傳送輸入信號，將PLC的輸出指令傳到現(xiàn)場設(shè)備，閥和傳感器通過現(xiàn)場總線和相對應(yīng)的控制單元進(jìn)行通訊。

2.控制層

各部門的控制系統(tǒng)都是采用現(xiàn)場總線中的PLC進(jìn)行控制，具有連線自控和獨(dú)控等功能。采用現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)控制系統(tǒng)，能夠確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。各控制部門的PLC和上位機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，可以采用工業(yè)以太網(wǎng)方式，供監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)使用。壓力機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)該配置Ethemet card，與工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)相連接，PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線將工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)和控制系統(tǒng)連鎖對接，以此實(shí)現(xiàn)信息互換。

3.人機(jī)界面

人機(jī)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(jìn)行通訊?？刂茊卧械挠|摸屏上都有指示燈和操作旋鈕，能夠自行診斷，顯示錯(cuò)誤信息，并報(bào)警。人機(jī)界面中控制單元I/O信號的顯示顏色不同，以此進(jìn)行區(qū)分。如果某節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，人機(jī)界面會(huì)將故障點(diǎn)顯示出來，以便于及時(shí)維修，從而提高工作效率。

（三）安全系統(tǒng)

工業(yè)機(jī)器人在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用具有很高的安全性，在系統(tǒng)中采用完善的安全保護(hù)系統(tǒng)和裝置配置。通過健全安全裝置，采用Profibus總線和PLC系統(tǒng)進(jìn)行通訊，并實(shí)時(shí)監(jiān)控，反映安全區(qū)域的情況，以便于及時(shí)發(fā)出警報(bào)或直接停機(jī)。安全系統(tǒng)中的輔助工具是聲光警報(bào)單元，能夠?qū)⒏鱾€(gè)監(jiān)控點(diǎn)報(bào)警異常情況及時(shí)通知給工作人員進(jìn)行處理，操作人員也能夠及時(shí)啟停設(shè)備，處理故障。沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的拆垛系統(tǒng)有升降門，兩個(gè)剁料臺(tái)和升降門開閉相互轉(zhuǎn)換，其中一個(gè)剁料臺(tái)無料時(shí)，另一個(gè)剁料臺(tái)進(jìn)入，升降門會(huì)打開，有料剁料臺(tái)代替無料剁料臺(tái)，升降門再自動(dòng)落下。操作人員對升降門進(jìn)行控制和操作，在確保工作安全的基礎(chǔ)上自動(dòng)運(yùn)行沖壓線。控制系統(tǒng)中工業(yè)機(jī)器人和壓機(jī)之間的安全信號以及所有緊急停止報(bào)警信號，都是連鎖在安全的PLC系統(tǒng)中，并通過PLC程序轉(zhuǎn)換互鎖控制的。

（四）仿真模擬系統(tǒng)

在虛擬環(huán)境下，運(yùn)行仿真沖壓線，能夠有效避免生產(chǎn)現(xiàn)場系統(tǒng)干涉和節(jié)拍不合理等錯(cuò)誤，在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線運(yùn)行過程中，能夠通過工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行離線編程，模擬機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)路線和運(yùn)動(dòng)軌跡，從而有效縮短現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)和調(diào)試工作時(shí)間，提高設(shè)備運(yùn)行安全和可靠。

三、結(jié)語

綜上所述，沖壓生產(chǎn)線工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)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(yè)機(jī)器人的成本相對較低，但投入生產(chǎn)線中不僅能夠有效提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，還能夠?yàn)槠髽I(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在實(shí)際生產(chǎn)過程中工業(yè)機(jī)器人逐漸趨向自動(dòng)化，對設(shè)備運(yùn)行過程的安全隱患提高了防護(hù)意識，在確保工作人員人身安全的基礎(chǔ)上，保障了機(jī)械和工業(yè)機(jī)器人的安全。

［1］盧澤旭.工業(yè)機(jī)器人在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用研究［J］.機(jī)電信息.2012（12）.

［2］陳立新.工業(yè)機(jī)器人在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的應(yīng)用［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造.2010（10）.

［3］陳立新，郭文彥.工業(yè)機(jī)器人在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用［J］.機(jī)械工程與自動(dòng)化.2010（03）.

［4］王明.工業(yè)機(jī)器人在沖壓自動(dòng)線中的應(yīng)用［D］.合肥工業(yè)大學(xué).2008.