机器人自动生产线的工艺分析与总体设计研究

赵峰 于洪金 张号 张元 任泽林

摘  要：在科学技术不断发展的背景下，现代科技的不断应用促使我们生活水平持续提高，并且促使工业生成逐渐走向自动化，促使工业生产效率逐渐提高，尤其是机器人，其作为当前工程自动生产线的一个重要核心，逐渐应用在各个生产建设中，推动着产业的快速发展，对此，文章对机器人自动生产线工艺进行全面分析，并总结整体设计，以希望机器人自动生产线可以合理应用于各个行业之中。

关键词：机器人;自动生产线;工艺分析;总体设计

中图分类号：TP278 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）25-0111-02

Abstract： In the context of the continuous development of science and technology， the continuous application of modern science and technology promotes the continuous improvement of our living standards， the gradual automation of industrial generation and the gradual improvement of industrial production efficiency， especially robots. As an important core of the current engineering automatic production line， it is gradually applied in various production and construction， thus promoting the rapid development of the industry. This paper makes a comprehensive analysis of the process of the robot automatic production line and summarizes the overall design， in the hope that the robot automatic production line can be reasonably applied in various industries.

Keywords： robot; automatic production line; process analysis; overall design

现阶段，在我国机械加工零件产业中，如何科学合理应用施工工艺与加工质量、效率以及成本有着极其重要意义，在社会经济的不断发展下，以往传统人工手动工艺加工模式已经难以充分满足当前社会需求，因此，为了能够更好的满足当前社会发展需要，有效减轻人员工作强度，提高制造业加工质量，就需要合理应用先进技术，将先进技术引入到各个生产工作过程中，以提高生产效益。而机器人技术作为如今科学技术中的一个重要成果，其在生产加工中有着极其关键的作用，被许多企业渐渐关注并应用到生产之中，已经取得显著效果。

1 工艺技术分析

生产工艺分析是各个机械制造业开展作业前的一个十分重要的技术准备，该工艺分析与零件加工质量、成本等有着直接的联系，是自动化生产线设计过程中必不可少的一个重要环节[1]。因此，对于机器人自动生产线工艺进行全面分析有着重要的意义，对此，可以从以下几个方面进行分析。

1.1 零件生产加工方面

在开展自动生产线规划与设计工作前，负责人需要给予即将应用于生产中的加工零件材料、工作流程内容、加工精度以及质量标准等各个方面的工藝详细分析，从而合理制定出合理实用的零件加工流程，以能够生产出满足各个零件需求的工艺卡片，有效确定零件加工时的相关夹紧点以及定位面，最终设计出科学合理的零件加工参考数据[2]。另外，因为在进行零件加工时，通常需要借助相关刀具、量具与夹具以及检查方法进行，而这些工具存在着一定差异，所以使用在加工工序流转时，需要做好相关清洗、翻转、贮存和搬运等各个方面工作，并将各自有关参数合理确定好。

1.2 生产节拍分析计算

节拍主要指的是每两个工艺产品加工完成所需要的间隔时间，也就是泛指工艺产品平均完成时间，在分析过程中，需要对生产节拍进行合理计算，以确定自动生产线中生产设备数量以及机器人进行上下料需要的时间等等。

1.3 机器人形式选择方面

在给予零件加工工艺进行全面详细分析后，需要将加工零件节拍、上下料时间、设备加工工位以及生产线成本等各个方面因素进行结合考虑，以进行机器人形式的合理选择，主要有桁架式和关节式两种形式。通常来说，若要选择桁架式类型机器人进行加工作业，则需要下列几个工作条件：首先是加工设备需要具备自动开关门功能，同时设备工作台需要存在足够广阔的空间，以足够进行上料与下料的工作;其次，设备工作台设计主要是根据一条直线路径布置而来;最后，设备工作台不具备主轴与换刀等类似固定系统[3]。若是加工生产线并未充分符合上述条件，则选择关节式机器人应用。

2 总体设计

2.1 总体设备布置形式设计

自动生产线布置形式设计需要合理根据加工零件工艺需求来对设备进行合理布置，设备布置设计中极为关键的一个步骤，需要将加工工艺、加工设备功能、输送方式以及安全保护等各个方面全面结合综合考虑，并且在设计过程中还需要进行改进优化，以尽可能充分发挥出生产线的各个部位功能，促使生产线具有功能较多、成本较低以及经济效益高等特点，从而给各个企业提供更加合理的自动化生产线加工方案[4]。

由于所使用的机器人的形式的不同，所以自动生产线也会随之有所不同，通常分为关节式与桁架式两种自动化生产线，而这两种生产线相对应的工艺性与加工设备特点都有所差异，但在基本组成上一般都相同，都有以下部分：（1）上料设备，该设备主要指的是为生产线补充毛坯坯料的一个自动化设备，属于输入设备之一，通常应用在皮带、悬挂链以及板链等输送上，同时设备还存在工件定位以及输送导向等功能，可以让工件进行准确无误的传输[5]。（2）机器人系统，该系统是自动化生产线重要核心部分，是帮助各个设备工作有效流转的关键执行机构，系统运行系统较快，并且定位精度较高，所具有的回转自由度也较多，可以将检测、定位、回转与移动等一体化的智能化设备。（3）各工序加工设备，该设备能够合理实现零件加工数控的一个专用设备，属于零件加工过程中的重要主体设备。该设备主要受数控系统进行控制，能够实现开关门、换刀、对刀、检测等自动化功能，并且还可以精确各个加工零件的尺寸与精度，是生产作业中必不可少的自动化设备。（4）专用设备，该设备主要应用在一个制定功能运作之中，需要设计人员单独进行设计，也是自动生产线工作中必不可少的一个专用设备。（5）下料设备，该设备主要是将加工零件自动化的运输到加工以外的区域，属于自动化生产线中应用的一个输出设备，所具备的结构与功能和上料设备大体上一致，合理应用该设备能够有效确保加工零件的完好以及准确无误的向外输出。

2.2 物流运输设计

在自动化的生产线过程中，油路、线缆、气路的布置可以直接影响到生产线的外观，是整个布置过程中的重点。所以，在进行线缆和管路的确定工作时，工作人员要格外的注意，主要从以下几个方面进行考虑：（1）管路和线缆的布置形式主要由地沟线槽式、空中桥架式以及地面线槽式构成，工作人员在工作中需要注意生产场地的实际情况，观察场地周围的具体设施，还要考虑零件加工时的必要条件来进行布置[6]。（2）空中橋架式的布置对场地布置的高度有着密切的关系，可以直接影响最终的效果，必须保证布置的高度超过机器人抓取工件时的高度，以保证工作的流畅和效率。（3）物流在输运的方向上要保证和加工时的流程保持一致，这样可以减少物料流转时的换手、姿态转换、停顿的动作，让物流进行的更加流畅、快速，让工作更加高效的进行。（4）在确定物流流向的时候首先要确定好生产场地的分布形式和大小，合理的利用现场的资源，保证生产车间满足物流输运的条件。（5）物流在规定运输方向的时候一定要注意工序加工的时间，使得物料在各个工序间高效的工作，减少工序之间浪费的时间，促进工序顺利的进行。（6）物流输运还需考虑机械手是否可以方便的取放工件，避免碰到障碍物，为工作带来不便。

2.3 管路与线缆布置设计

管理与线缆的合理布置设计能够直接影响自动化生产线外观美誉度，所以，设计人员在设计过程中，需要从下列几点进行考虑：（1）设计人员必须合理根据生产线的实际情况以及零件加工的具体要求进行考虑，以设计出不同的布置形式，从而确保布置上可以达到整齐与美观的效果[7]。（2）若是设计时选择空中桥架式布置形式，则要及时对布置高度给予合理调整，以确保布置高度必须要超过机器人抓取加工零件时所在的高度，如此一来，可以给工作的流畅进行提供重要保障。

3 机器人应用设计

对机器人自动化生产线在加工零件的时候要注重其工艺的参数和生产线的相关技术规定，一定要按照合格的标准进行，那么机器人在自动生产线工作的时候需要注重以下几点：第一，对零件加工的工艺性进行详细的分析，对零件加工的参数进行标记，保证零件的合格率。第二，根据每个零件的加工工艺来选择要运用的工艺装备，包括：机床、刀具、夹具、检测设备等。第三，按照零件的加工设备和所生产的场地来规定与之配合机器人，对应好合适的机器人进行抓取和选取零件，保证工作的顺利和流畅[8]。第四，对生产线进行布置的时候要严格按照各种技术的要求进行，使得整体的设计更加的完整和清新。第五，在总体布置的设计图中做好详细的标记，尤其是标记处物流的方向和工作时所用到的工作的相关功能。第六，制定一个循环周期表，主要内容记录的是：在加工时零件进行流转会有先后顺序和时间，并且时间是长短不一的，必须将这些特点进行记录。第七，对设计出来的总体布置计划进行详细的分析，并且做好相应的经济性分析，最终选取工艺性能最好、占地面积最少、制造成本最低的方案。第八，选取了方案图之后还要进行进一步的完善和细化，保证设计方案对实际工厂的要求更加贴切。

4 结束语

综上所述，我国在各个行业的发展迅速，但是对于人员的要求也变得越来越高，相对来说企业用人的成本也就有所增加，机器人生产线在进行零件加工时逐渐走向主体位置，在加工中不断表现出优越性，并且得到了各大行业的欢迎和支持。这种独特的生产线在我国制造业行业逐渐得到广泛的应用，为传统的加工模式增添了新的特色，在传统的加工模式下进行创新，推动了我国制造业的迅速发展和工艺的创新，积极的带动了各行业的发展。

参考文献：

[1]任鹏辉.机器人自动装配线上提高装配精度的方法[J].建筑工程技术与设计，2018（15）：1264.

[2]周裕庚，俞桂英，吴俊灏，等.铸造机器人整机研发及自动化应用工艺研究[J].机器人技术与应用，2019（2）：36-38，48.

[3]田国柱，丁洁.基于RobotStudio的多工业机器人制链生产线的仿真设计[J].组合机床与自动化加工技术，2018，538（12）：128-129+138.

[4]雍洋洋，张广才，高新浩，等.基于机器视觉的机器人装配工作站系统设计与研究[J].机械制造与自动化，2018，47（05）：190-192+215.

[5]路文纪，邹鲲，舒畅.化纤长丝生产线天轨机器人快速定位控制设计[J].自动化仪表，2018，39（4）：37-41.

[6]付亮.冲压自动化生产线中工业机器人的应用研究[J].汽车实用技术，2018（22）：194-195.

[7]邓文科，何蔚，雷勇.基于工业机器人的热冲压自动化生产线设计[J].机械设计与制造工程，2019（6）：71-74.

[8]王建伟，张宗先，李辉.全自动焊牌机器人在棒材轧制生产线的应用[J].冶金自动化，2019（6）：34-38.