工业机器人在冲压自动化生产线中的应用分析

韦　鹏 / 上海发那科机器人有限公司武汉分公司

工业机器人在冲压自动化生产线中的应用分析

韦鹏 / 上海发那科机器人有限公司武汉分公司

伴随着科学技术和工业技术的不断发展，工业机器人作为自动化装备已经被广泛应用到了汽车的生产制造中。在生产过程中，汽车车身的钣金冲压线是主要设备，其对汽车制造业的生产效率，以及汽车的质量有着直接性影响，而冲压自动化技术能够有效提高生产效率和生产质量。因此，工业机器人作为可靠性强和灵活性高的机械设备被切实应用到冲压自动化生产线上，对汽车制作起着非常重要的作用。据此本文对工业机器人在冲压自动化生产线中的应用进行了具体分析。

工业机器人；冲压自动化；生产线；应用

一、冲压生产方式的比较

冲压生产方式主要有传统的人工生产方式（图1所示）与自动化生产方式（图2、图3所示）。就产品质量的稳定性、劳动力强度、安全生产和生产效率等各方面的比较分析，自动化生产方式具有独特优势，同时其也是冲压生产方式未来发展的主要趋势。冲压自动化生产线有机械手自动化生产线（图2所示）和机器人自动化生产线（图3所示）。而机械手自动化生产线和机器人自动化生产线的区别主要在于安装方式、使用特点、生产节拍和投资成本上。通过综合考虑分析，使用机器人自动化生产方式更加经济、实用。机械手自动化生产线则比较适合在大间距压力机生产线和已有生产线的自动化改造上使用。而机器人自动化生产线通过更换端拾器，更适合多种车型的生产，具有较高的柔性。

图1　人工生产线示意图

图2　机械手自动化生产线示意图

图3　机器人自动化生产线示意图

二、工业机器人在冲压自动化生产线中的应用

在汽车制造过程中，工业机器人自动化冲压生产线运行的循环方式是，机器人拆剁一板料传输一板料涂油一板料对中一上料机器人送货一首台压机冲压一下料机器人取货、送货一压机冲压一根据工序数量循环一下料机器人取货、送货一末端压机冲压一线尾机器人取货、放货一皮带机输送一人工码垛。

（一）拆剁系统

在冲压自动化生产线输送过程中，自动拆垛单元是必备的，其主要包括拆垛小车、自动涂油装置、磁性皮带机、中台和双料检测等设备。其中拆垛小车安置在上料区和停放的固定位置，以便于机器人取货。磁力皮带机则根据位置的不同主要分为导出式皮带机和导入式皮带机，导入式用于把初期取出的物料送到涂油机中，而导出式皮带机则是将板料按照一定速度送入对中台内。自动涂油机是在对板件拉延率较高时，在板料进行拉延工序时，安排涂油工序，利用自动涂油机在板料表面涂拉延油，消除生产地滑移线，以此确保冲压板件质量，且满足润滑性要求。对中台采用机械对中台，利于固定或移动，还可以使用视觉对中或重力对中，以此保证板料定位准确和快捷。机器人可以根据零件的对中位置，改变运行轨迹，从而将板料准确搬运到压力机内部。

（二）控制系统

1.设备层

控制系统最底层的设备层是最关键的环节，其中主要包括现场的操作站、输入设备、检测开关和执行机构等，通过现场总线或直接和控制层的PLC联系，传送输入信号，将PLC的输出指令传到现场设备，阀和传感器通过现场总线和相对应的控制单元进行通讯。

2.控制层

各部门的控制系统都是采用现场总线中的PLC进行控制，具有连线自控和独控等功能。采用现场总线和以太网控制系统，能够确保系统运行的稳定性和可靠性。各控制部门的PLC和上位机之间进行数据交换时，可以采用工业以太网方式，供监控系统联网使用。压力机控制系统应该配置Ethemet card，与工业机器人的控制系统相连接，PROFIBUS-DP现场总线将工业机器人的系统和控制系统连锁对接，以此实现信息互换。

3.人机界面

人机界面采用的是SIEMENS触摸屏，各控制单元均配有触摸屏，并通过Profibus总线进行通讯。控制单元中的触摸屏上都有指示灯和操作旋钮，能够自行诊断，显示错误信息，并报警。人机界面中控制单元I/O信号的显示颜色不同，以此进行区分。如果某节点出现故障，系统会自动报警，人机界面会将故障点显示出来，以便于及时维修，从而提高工作效率。

（三）安全系统

工业机器人在冲压自动化生产线中的应用具有很高的安全性，在系统中采用完善的安全保护系统和装置配置。通过健全安全装置，采用Profibus总线和PLC系统进行通讯，并实时监控，反映安全区域的情况，以便于及时发出警报或直接停机。安全系统中的辅助工具是声光警报单元，能够将各个监控点报警异常情况及时通知给工作人员进行处理，操作人员也能够及时启停设备，处理故障。冲压自动化生产线的拆垛系统有升降门，两个剁料台和升降门开闭相互转换，其中一个剁料台无料时，另一个剁料台进入，升降门会打开，有料剁料台代替无料剁料台，升降门再自动落下。操作人员对升降门进行控制和操作，在确保工作安全的基础上自动运行冲压线。控制系统中工业机器人和压机之间的安全信号以及所有紧急停止报警信号，都是连锁在安全的PLC系统中，并通过PLC程序转换互锁控制的。

（四）仿真模拟系统

在虚拟环境下，运行仿真冲压线，能够有效避免生产现场系统干涉和节拍不合理等错误，在冲压自动化生产线运行过程中，能够通过工业机器人进行离线编程，模拟机器人的运动路线和运动轨迹，从而有效缩短现场实验和调试工作时间，提高设备运行安全和可靠。

三、结语

综上所述，冲压生产线工业机器人的应用越来越广泛，其在一定程度上将工作人员从乏味的工作中解放了出来。而且工业机器人的成本相对较低，但投入生产线中不仅能够有效提高生产效率和生产质量，还能够为企业带来更多的经济效益和社会效益。在实际生产过程中工业机器人逐渐趋向自动化，对设备运行过程的安全隐患提高了防护意识，在确保工作人员人身安全的基础上，保障了机械和工业机器人的安全。

［1］卢泽旭.工业机器人在冲压自动化生产线中的应用研究［J］.机电信息.2012（12）.

［2］陈立新.工业机器人在冲压自动化生产线的应用［J］.机械设计与制造.2010（10）.

［3］陈立新，郭文彦.工业机器人在冲压自动化生产线中的应用［J］.机械工程与自动化.2010（03）.

［4］王明.工业机器人在冲压自动线中的应用［D］.合肥工业大学.2008.