工業(yè)機(jī)器人在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的有效運(yùn)用

相艮飛

(江蘇省常州技師學(xué)院，江蘇 常州 213000)

1 工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

沖壓生產(chǎn)運(yùn)行期間，工業(yè)機(jī)器人可依據(jù)相關(guān)指令完成對(duì)構(gòu)件的加工與生產(chǎn)。工業(yè)機(jī)器人多以機(jī)械手臂形態(tài)呈現(xiàn)，具備多關(guān)節(jié)、多自由度的特點(diǎn)，運(yùn)行期間依照指令發(fā)揮自身控制、動(dòng)力功能完成相關(guān)生產(chǎn)操作，并為其預(yù)先設(shè)定編程，促使沖壓生產(chǎn)過程中工業(yè)機(jī)器人保持獨(dú)立運(yùn)行的狀態(tài)。工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)、主體結(jié)構(gòu)以及基座等。常規(guī)的工業(yè)機(jī)器人活動(dòng)自由度保持在3～6個(gè)左右，臂部、手部以及腕部共同構(gòu)成機(jī)械臂整體，通過指令下達(dá)來保持機(jī)械臂不同部位的協(xié)調(diào)運(yùn)行；機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括傳動(dòng)系統(tǒng)與動(dòng)力裝置，動(dòng)力裝置為機(jī)器人動(dòng)力來源，而傳動(dòng)機(jī)構(gòu)則是操作動(dòng)力的傳輸途徑；機(jī)器人控制系統(tǒng)主要作用在機(jī)器人動(dòng)作執(zhí)行的控制，運(yùn)行前進(jìn)行操作指令的預(yù)先編制，然后在運(yùn)行期間控制機(jī)器人按照程序指令完成沖壓操作[1]。

分析工業(yè)機(jī)器人具備的特征特點(diǎn)，沖壓生產(chǎn)期間可利用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行人工操作的取代，在有效縮減人力成本投入的同時(shí)，減少?zèng)_壓生產(chǎn)出現(xiàn)人為操作失誤現(xiàn)象的發(fā)生幾率。同時(shí)，依托于柔性編程的應(yīng)用，提升工業(yè)機(jī)器人的智能性，能夠做到運(yùn)行期間依據(jù)對(duì)操作情況的分析與判斷，并通過合理調(diào)整操作來保障沖壓生產(chǎn)線的運(yùn)行。另外，工業(yè)機(jī)器人還具備靈活性特點(diǎn)，其機(jī)械手臂的基座、腕部、手部、臂部均能獨(dú)立操作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)各種操作質(zhì)量的高效完成[2]。

2 工業(yè)機(jī)器人在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線中的具體應(yīng)用

2.1 拆垛系統(tǒng)

沖壓生產(chǎn)線可依托于對(duì)機(jī)器人的應(yīng)用來構(gòu)建自動(dòng)拆垛系統(tǒng)，進(jìn)一步提升沖壓生產(chǎn)線運(yùn)行的自動(dòng)化。針對(duì)自動(dòng)拆垛系統(tǒng)構(gòu)成的分析，具體囊括拆垛小車、雙料檢測等裝置，運(yùn)行期間上料區(qū)內(nèi)拆垛小車精準(zhǔn)定位并自動(dòng)停放，進(jìn)而顯著提升取料效率。同時(shí)，自動(dòng)拆垛系統(tǒng)可依據(jù)工業(yè)機(jī)器人位置的判斷與分析，采用導(dǎo)入、導(dǎo)出的形式進(jìn)行物料輸送。充分利用磁力皮帶機(jī)為涂油機(jī)進(jìn)行物料運(yùn)輸，或者是對(duì)中臺(tái)內(nèi)部進(jìn)行板料的運(yùn)輸。同時(shí)，在板料延伸過程中，可借助自動(dòng)涂油設(shè)備開展涂油作業(yè)，確保板料的拉延效果得到提升，避免鋼板冷壓過程中出現(xiàn)滑移線現(xiàn)象，在提升產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的同時(shí)，促進(jìn)其生產(chǎn)效率的顯著提升。另外，通過對(duì)機(jī)械對(duì)中臺(tái)的應(yīng)用，進(jìn)一步提升中臺(tái)的穩(wěn)固性與靈活性，并借助視覺對(duì)中、重力對(duì)中系統(tǒng)的合理應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、高效的板料重復(fù)定位[3]。

2.2 抓取與切換系統(tǒng)

沖壓生產(chǎn)線應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人可構(gòu)建自動(dòng)抓取系統(tǒng)，采用電磁鐵或真空吸盤2種形式來實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的自動(dòng)抓取[4]。而出于安全性的考慮，大部分廠家側(cè)重對(duì)磁性吸盤的應(yīng)用，或者是利用新型的電永磁鐵來構(gòu)建抓取系統(tǒng)。同時(shí)，為避免斷電問題對(duì)抓取系統(tǒng)造成影響，抓取系統(tǒng)同時(shí)設(shè)置電磁閥與雙線圈；針對(duì)電永磁鐵的應(yīng)用，其運(yùn)行原理體現(xiàn)為雙極性磁差，運(yùn)行期間采用脈振電流進(jìn)行控制，運(yùn)行時(shí)無需過多時(shí)間即可實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁鐵的轉(zhuǎn)化，不存在斷電影響的問題。針對(duì)切換系統(tǒng)的應(yīng)用，起到提升工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行柔性的作用，運(yùn)行期間可以有效適應(yīng)各種環(huán)境，如工件種類變化、沖壓前后等環(huán)境。切換系統(tǒng)構(gòu)成主要包括母盤、公盤等構(gòu)件，母盤主要與抓取系統(tǒng)連接，而公盤則與機(jī)器人進(jìn)行連接。公盤與母盤之間通過雙銷定位，通過勾銷或鋼珠鎖進(jìn)行公盤與母盤的連接。

2.3 控制系統(tǒng)

沖壓生產(chǎn)線需以控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行高效運(yùn)行，直接影響到工業(yè)機(jī)器人操作功能的發(fā)揮。同時(shí)，生產(chǎn)線運(yùn)行期間，工業(yè)機(jī)器人的上下料、傳輸以及拆垛等流程環(huán)節(jié)均受到控制系統(tǒng)的監(jiān)督與管控。分析控制系統(tǒng)的構(gòu)成，主要包括：(1)物理層。作為控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)構(gòu)成，物理層處于控制系統(tǒng)的最基層位置，具體包括輸入設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、現(xiàn)場操作站、檢測單位等設(shè)備基礎(chǔ)，運(yùn)行期間通過現(xiàn)場總線進(jìn)行設(shè)備與控制系統(tǒng)的連接。運(yùn)行期間，控制系統(tǒng)會(huì)為設(shè)備PLC控制器傳輸指令信號(hào)，然后以PLC為基礎(chǔ)進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)備的控制[5]。(2)數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層連接主要采用總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同層面數(shù)據(jù)的有效連接，并為各個(gè)模塊的自動(dòng)化運(yùn)行提供支撐。運(yùn)行過程中利用現(xiàn)場總線技術(shù)進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的連接，進(jìn)而達(dá)到實(shí)時(shí)、全面采集工業(yè)機(jī)器人數(shù)據(jù)信息的目的。(3)操作層。通過人機(jī)交互頁面來構(gòu)成控制系統(tǒng)整體，進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人與操作層的連接，運(yùn)行期間工業(yè)機(jī)器人各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息經(jīng)上位機(jī)PLC處理、匯總，然后在顯示屏中進(jìn)行現(xiàn)場總控效果的體現(xiàn)。同時(shí)，操作屏不僅可以做到對(duì)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)呈現(xiàn)，亦可以通過數(shù)據(jù)分析與處理，判斷工業(yè)機(jī)器人是否存在運(yùn)行異常并預(yù)警。

2.4 安全系統(tǒng)

沖壓生產(chǎn)線在自動(dòng)運(yùn)行期間，需依托于安全系統(tǒng)的構(gòu)建來維持長久穩(wěn)定運(yùn)行的態(tài)勢。針對(duì)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用，采用Safety Bus保護(hù)系統(tǒng)，結(jié)合對(duì)相關(guān)安全裝置的完善配置，構(gòu)建覆蓋于沖壓生產(chǎn)線運(yùn)行全過程的安全系統(tǒng)。具體運(yùn)行期間，可實(shí)現(xiàn)對(duì)沖壓生產(chǎn)線內(nèi)工業(yè)機(jī)器人安全生產(chǎn)情況實(shí)時(shí)體現(xiàn)，若發(fā)生安全異常問題，會(huì)通過聲光報(bào)警的形式來第一時(shí)間通知相關(guān)管理人員。此時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)判斷實(shí)際安全情況，并通過停機(jī)控制將安全問題出現(xiàn)造成的影響降到最低。針對(duì)聲光警報(bào)單元的設(shè)立，主要起到輔助安全系統(tǒng)運(yùn)行的作用，其預(yù)警范圍包括啟停故障、換料故障、運(yùn)行故障等，做到?jīng)_壓生產(chǎn)線運(yùn)行異常發(fā)生的第一時(shí)間通知操作人員。此外，沖壓自動(dòng)生產(chǎn)線處于安全圍欄的圍護(hù)中，若操作、維護(hù)人員需到現(xiàn)場開展作業(yè)，只能經(jīng)過安全門方可進(jìn)入場地內(nèi)部。通常情況下，安全門設(shè)置多在生產(chǎn)線端頭與線尾位置[6]。

3 結(jié)語

總之，沖壓生產(chǎn)線融合應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人后，其生產(chǎn)質(zhì)量與效率均得到顯著地提升，且有效減少了人工操作失誤的發(fā)生，為沖壓生產(chǎn)線現(xiàn)代化、智能化、自動(dòng)化發(fā)展打下基礎(chǔ)。