韋　鵬 / 上海發(fā)那科機器人有限公司武漢分公司

工業(yè)機器人在沖壓自動化生產(chǎn)線中的應(yīng)用分析

韋鵬 / 上海發(fā)那科機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)機器人作為自動化裝備已經(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)機器人作為可靠性強和靈活性高的機械設(shè)備被切實應(yīng)用到?jīng)_壓自動化生產(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)機器人在沖壓自動化生產(chǎn)線中的應(yīng)用進行了具體分析。

工業(yè)機器人；沖壓自動化；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、勞動力強度、安全生產(chǎn)和生產(chǎn)效率等各方面的比較分析，自動化生產(chǎn)方式具有獨特優(yōu)勢，同時其也是沖壓生產(chǎn)方式未來發(fā)展的主要趨勢。沖壓自動化生產(chǎn)線有機械手自動化生產(chǎn)線（圖2所示）和機器人自動化生產(chǎn)線（圖3所示）。而機械手自動化生產(chǎn)線和機器人自動化生產(chǎn)線的區(qū)別主要在于安裝方式、使用特點、生產(chǎn)節(jié)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(chǎn)方式更加經(jīng)濟、實用。機械手自動化生產(chǎn)線則比較適合在大間距壓力機生產(chǎn)線和已有生產(chǎn)線的自動化改造上使用。而機器人自動化生產(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　機械手自動化生產(chǎn)線示意圖

圖3　機器人自動化生產(chǎn)線示意圖

二、工業(yè)機器人在沖壓自動化生產(chǎn)線中的應(yīng)用

在汽車制造過程中，工業(yè)機器人自動化沖壓生產(chǎn)線運行的循環(huán)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(jù)工序數(shù)量循環(huán)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(tǒng)

在沖壓自動化生產(chǎn)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(shè)備。其中拆垛小車安置在上料區(qū)和停放的固定位置，以便于機器人取貨。磁力皮帶機則根據(jù)位置的不同主要分為導(dǎo)出式皮帶機和導(dǎo)入式皮帶機，導(dǎo)入式用于把初期取出的物料送到涂油機中，而導(dǎo)出式皮帶機則是將板料按照一定速度送入對中臺內(nèi)。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(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(jù)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(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進行控制，具有連線自控和獨控等功能。采用現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)控制系統(tǒng)，能夠確保系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。各控制部門的PLC和上位機之間進行數(shù)據(jù)交換時，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。壓力機控制系統(tǒng)應(yīng)該配置Ethemet card，與工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)相連接，PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線將工業(yè)機器人的系統(tǒng)和控制系統(tǒng)連鎖對接，以此實現(xiàn)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?？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(qū)分。如果某節(jié)點出現(xiàn)故障，系統(tǒng)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(tǒng)

工業(yè)機器人在沖壓自動化生產(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)進行通訊，并實時監(jiān)控，反映安全區(qū)域的情況，以便于及時發(fā)出警報或直接停機。安全系統(tǒng)中的輔助工具是聲光警報單元，能夠?qū)⒏鱾€監(jiān)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(shè)備，處理故障。沖壓自動化生產(chǎn)線的拆垛系統(tǒng)有升降門，兩個剁料臺和升降門開閉相互轉(zhuǎn)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(chǔ)上自動運行沖壓線?？刂葡到y(tǒng)中工業(yè)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(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)拍不合理等錯誤，在沖壓自動化生產(chǎn)線運行過程中，能夠通過工業(yè)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(xiàn)場實驗和調(diào)試工作時間，提高設(shè)備運行安全和可靠。

三、結(jié)語

綜上所述，沖壓生產(chǎn)線工業(yè)機器人的應(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，還能夠為企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟效益和社會效益。在實際生產(chǎn)過程中工業(yè)機器人逐漸趨向自動化，對設(shè)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(chǔ)上，保障了機械和工業(yè)機器人的安全。

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

［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）.

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

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