工业机器人在柔性冲压生产线中的应用研究

李野

摘要：钣金冲压工艺作为汽车四大生产工艺之一，在汽车生产制造中具有举足轻重的地位，同时冲压件的使用也越来越受到各行各业的关注。本文着重于工业机器人在自动化冲压生产线中的应用，提出一种柔性生产工作模式，能够实现小批量、多品种的生产，为冲压零部件生产企业提供一种自动化解决方案。

关键词：工业机器人;柔性化;生产线

0  引言

冲压作为汽车的四大生产工艺之一，在汽车制造领域起着重要的作用，所有汽车主机厂均已配备完整的汽车钣金自动化冲压生产线，为自身的汽车零部件提供质量可靠、稳定的零部件产品。与此同时，汽车零部件配套厂家不仅为汽车生产厂家提供冲压件制品，同时，也为其他行业及领域提供冲压件制品。然而，零部件厂家生产的冲压零件种类繁多，为满足更多产品生产的需求，对冲压生产线的柔性、灵活性要求更高。

冲压车间生产噪音大、劳动强度高、工作单调重复、工作环境恶劣等因素影响，对冲压车间的自动化要求也越来越高，对加速产业自动化水平的提升也起到明显的推动作用[1][2]。

1  总体规划

根据零部件生产工艺的特点、生产柔性、灵活性的需求，采用“六轴冲压机器人+普通凸轮四点压力机”方式，组成机器人自动冲压生产线系统。该系统通過六轴冲压机器人、原料输送料车系统、重力自对中系统、冲压机器人端拾器快换系统、线尾输送系统等技术进行集成，最终开发出一套具备柔性生产的机器人自动冲压系统，并可在同行业中广泛推广应用。

2  工业机器人冲压生产线的组成

工业机器人在自动冲压生产线上的工作方式采用上料台车供料（两台）→机器人拆垛→板料自对中→机器人取料、送料→首台压机冲压工序→机器人取料、送料→根据冲压工序循环→机器人下料→皮带输送机→人工质量检测。系统布局图如图1所示，共有七台冲压机器人与五台凸轮压力机组成一套机器人自动冲压系统[3]。

2.1 机器人系统

工业机器人被誉为“制造业皇冠上的明珠”，在工业生产中起到至关重要的作用，工业机器人具备与人工操作相似的操作功能，通过编程控制，工业机器人在得到运动指令后，触发预先设定的轨迹路线。同时可设定多组运动程序，根据不同的规划需求，选用不同的运动规划路径。六轴工业机器人具有结构紧凑、灵活度高、稳定可靠等特点，同时可完成工件在空间内任意位置的旋转、平移等动作。

2.2 上料系统

上料系统采用移动工作台车，配备“一备一用”方式，保证生产线可连续生产，台车工作时会进入工作区，由安全光栅进行隔离，保障工作过程的可靠性。同时，每个台车上配备有滑轨折臂式磁力分张器，可保证多规格、多品种板材的自动分张处理，保证每张被抓取的板材能够有效的分离开。

2.3 端拾器系统

端拾器作为物料搬运的抓取载体，在机器人自动冲压生产线中起着重要的作用，有效、合理的端拾器设计能够为生产线节拍、产品质量、使用寿命起到重要作用，本系统从经济效益、性能匹配、可靠性、适用性等多方面考虑，采用铝型材构件设计轻型端拾器结构，应对该类型冲压生产线具有很好的效果，同时配备有灵活的快换装置，更换夹具更快捷、更方便如图2所示。

2.4 控制与安全系统

安全系统作为自动冲压系统的重要部分，对人员安全、系统设备安全等起着重要的作用[4]。整条产品布置多种安全保护装置，首先整个生产线有一个封闭的工作区域，每个机器人配备有一个安全门，所有安全门采用串联结构，保证系统联锁控制，在工作过程中不允许任何人员进入。如需进入，将启动进入请求，安全门打开，机器人处于停机状态，待人员离开后，启动复位，同时机器人需要在启动后方可进行再生产。

另外，机器人在取料、放料过程中设定设备与设备间的干涉区域，确保设备间不会因为误动作造成不必要的损坏。在干涉区设定时，采用立方体干涉区的方式，即每台机器人与其相关的设备在其有交叉的位置，设定一个立方体，一旦机器人进入到该区域，其他设备在该区域的任何动作均不起作用，每台中转机器人共设定有4个干涉区，以R3机器人为例，干涉区的划分如图3所示，干涉区设定分别为R3机器人与R2机器人，R3机器人与Y2压机，R3机器人与R4机器人，R3机器人与Y3压机。其中，机器人与压机间的干涉区最大，机器人与机器人间的干涉区最小。

机器人的立方体干涉区能够确保机器人在自动、手动运行时，均可保证与干涉设备间的信号交互。通过机器人的TCP点，确定立方体的两个对角顶点A、B，A点为接近机器人点，B点为远离机器人点如图4所示。同时立方体的各个边平行于机器人设定坐标系的X、Y、Z轴，这样通过两个点A、B在空间就确定了一个唯一的立方体空间，当机器人的TCP点进入该立方体区域时对应的输出信号输出为ON，这样就保证了机器人与其他设备的安全。

3  柔性控制方法

通过PLC系统，建立一套具备配方功能的控制系统[5]，在系统的配置界面，用户可以实现新产品的添加与配置，完成产品信息的录入，在配置界面中，配置工件型号、工序数、工件厚度、单双料模式、机器人对应作业序号保存，同时完成机器人作业示教。该系统能够实现从上料端开始任意连续多台机器人自动组线，形成一个柔性的生产线系统。在系统运行时，选择已经配置完成的产品型号，确定启动条件，即可完成生产线的自动生产，配置信息程序界面如图5所示。

4  结束语

通过柔性的生产线设计，为工业机器人在多品种、小批量的冲压零件的生产提供了一个可行的、稳定的、易于用户操作的生产线系统，极大的减轻了操作人员的编程难度，同时自动冲压生产线系统降低工人的劳动强度、保证冲压产品的质量，同时提高生产效率，带来更好的经济效益。随着工业机器人协同控制不断提高，工业机器人在自动化冲压生产线中的应用必将受到更多生产厂商的青睐，柔性化、智能化的冲压生产线必将成为钣金制品厂不可或缺的生产线系统。

参考文献：

[1]王瑞.工业机器人在冲压自动化生产线的应用研究[J].山东工业技术，2018（13）：38.

[2]胡大欣，等.工业机器人在冲压自动化生产线中应用[J].机械装备，2018（02）：45.

[3]付亮.冲压自动化生产线中工业机器人的应用研究[J].工艺装备，2018（22）：194-195.

[4]曹智.工业机器人在冲压自动化生产线中的应用研究[J].中国新技术新产品， 2017（02）：9-10.

[5]刘永安.工业机器人在冲压应用中的效率优化[J].研究与探索·改造与更新，2019（03）：64-65.