冲压自动化生产线中工业机器人的应用研究

付亮



冲压自动化生产线中工业机器人的应用研究

付亮

（吉林工业职业技术学院，吉林 吉林 132013）

工业机器人自动化生产线在汽车产业中得到了广泛应用，文章分析了生产线的系统组成及特点，阐述了其总体布置和控制系统工作原理，并对安全和仿真系统做了简要介绍，以期为冲压自动化生产线的设计和运行提供参考和借鉴。

自动化生产线；工业机器人；组成；控制

引言

随着工业产品规模的不断扩大，客户对产品质量要求的不断提高以及人工成本的不断攀升，传统的制造模式已经无法适应现有的形势。以汽车车身的钣金冲压为例，现已经完成了由人工生产向自动化生产的转变，实现了产品的升级换代和生产效率的提高。随着工业机器人的蓬勃发展，将工业机器人应用到冲压自动化生产线中代替现有机械手，不但能够增加自动化生产线的柔性，还可以获得更为可观的经济收益。

1 工业机器人冲压自动化生产线

1.1 系统的组成

典型工业机器人冲压自动化生产线的工作流程如图1所示，主要包括：拆垛系统—板料涂油（根据需要）—对中台—机器人—压机冲压—机器人—压机冲压—（根据工序确定循环此数）—线尾取料—码垛系统[1]。

图1 机器人冲压自动化生产线工作示意图

拆垛系统采用拆垛机器人加拆垛小车的组合，其工作原理为将料板放在可移动的拆垛小车上，小车上安装有磁力分张器，可将料垛自动分配为单张，机器人使用真空吸盘组拾取料板，并在机器人拾取器端部安装双料传感器以确保料板为单张。拾取料板单张后，拆垛机器人将料板放置在磁性传送带上，磁性传送带可分为导入式和导出式，导出式可直接将料板传送到对中台上，而导入式则是将料板传输至涂油机，依据内置的程序自动涂油（或不涂油）再传送到对中台[2]。料板的涂油必须在拉延环节进行，因此时的料板存在较大的拉延率，涂油可有效的消除冷轧料板上的滑移线，不但使加工面满足要求，还可提高冲压料板的防锈性能。

为了使料板能够被精准的放置在磨具中，需对料板进行对中。常见的对中台有三种，分别为：光学对中、重力对中和机械对中，光学对中台是随着数字图像处理技术而发展起来的新技术，通过获取料板图形自动调节机器人的轨迹，可将料板精确、灵活的置入模具中。光学对中台较机械对中台结构简单、成本低廉，因而近年来得到广泛青睐[3]。上料机器人根据对中台上料板的位置，适当调整运行轨迹，以确保料板能够准确地防置在压力机内。最后通过线尾码垛系统将料板输送到生产线的尾端，由叉车将料运送走。为满足高效生产的需求，在标准六轴机器人的基础上增加外部轴，提高了机器人的搬运速度、扩大了机器人的传送范围，冲压产能从8件/分提高到12件/分，从而在节约投资的前提下达到了专用机械手的效率。

1.2 控制系统

控制系统是该套生产线的核心组成部分，系统按照统一监控、分散控制的基本原则进行组织，以确保整条生产线各组成部分协调工作。采用数据层加物理层的典型控制模式，在每一个层中配置不同的软硬件及网络结构，从而实现不同的使用功能。

数据层主要功能是实现数据的传输和处理，数据层使用现场总线技术，为达到减少用线和控制快捷方便的目的，设备的连接常采用EFA技术。通过DCS实现集中管理和分散控制，可有效的减少机器人反复动作和由于数据损坏造成的错误，实现稳定、安全、高效的控制效果[4]。控制系统的最低层是物理层，主要功能是采集和处理数据，其中包括控制和操作站、现场数据采集、现场执行结构等。所采用物理层应具有较强的开放性，可以直接或间接的与控制层PLC实现数据交换，确保控制系统对机器人的精准控制。为实现对机器人的操作指令，在每一个控制单元中均设置了可触屏，可触屏不但设置了操作区域，还可显示错误及自诊断等信息，数据汇总至上位机PLC。

1.3 安全系统

为保障冲压线的安全运行，需配备完善的安全装置，上位机PLC通过总线技术实时监控安全区域状况，出现故障时将发出声光警报或紧急停车[5]，并且实现了故障点位置的可视化。

1.4 模拟仿真系统

为合理布置生产线、缩短现场调试安装周期，利用工业机器人的离线编程功能，对工业机器人的工作速度、运动轨迹和有效负载等进行仿真，仿真可避免现场的系统干涉及节拍不合理，能够提高生产线的可靠性和安全性。

2 小结

工业机器人在冲压自动化生产线中的应用，不但减轻了操作人员的劳动强度、提高了冲压产品的质量，还极大的提升了生产效率和经济效益。随着新型工业机器人的开发和自动控制精准度的不断提高，工业机器人自动化冲压生产线将会获得更多厂商的青睐，成为汽车制造厂中不可或缺的生产线。

[1] 屈云涛.冲压机器人本体设计及机器人自主设计开发研究[D].燕山大学, 2012.

[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):94-96.

[3] 于海涛.工业机器人在冲压自动化生产线中的应用[D].山东科技大学, 2012.

[4] 陈英.工业机器人在冲压自动化生产线中的应用分析[J].自动化与仪器仪表, 2016(10):73-74.

[5] 董锴,徐锋,徐宏文等.直线七轴工业机器人搬运系统在冲压生产线上的应用[J].金属加工: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

B

1671-7988(2018)22-194-02

U462

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付亮（1983-），男，硕士，助教，研究方向，就职于吉林工业职业技术学院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.22.069