沖壓自動化生產線中的工業機器人應用

樊曉晨

摘 要：汽車車身覆蓋件沖壓生產線是汽車在生產過程中必不可少的機械設備，對汽車的生產效率和最終的質量有著直接影響關系。隨著行業的發展變化，汽車的性能不斷提高，對覆蓋件的要求也就比之前更高，沖壓生產線需要具備高品質、高效率、自動化等特點；因為在生產線上傳統的人工操作已經不能滿足生產的需求，所以采用工業機器人組成一個全新的機械化的自動沖壓生產線，使得生產變得更高速高效。該文就工業機器人在沖壓自動化生產線中的應用進行分析，結合沖壓機器人的特點、沖壓生產線的總體布局等方面展開論述。

關鍵詞：沖壓生產線 工業機器人 汽車工業 自動化

中圖分類號：TP242.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）01（a）-0065-02

汽車工業是我國經濟的支柱產業，隨著市場競爭愈演愈烈，各汽車廠商，為在行業中占據優勢不斷推出新產品，以更高的性能和更好的車型來吸引消費者的關注。車身的覆蓋件是生產過程中重要設備之一，其生產工藝和汽車最終的質量水平，會直接影響到汽車在市場中的競爭力。汽車在生產過程中，沖壓加工是車身制造的主要工藝之一，因為目前市場是對于汽車的整體改進重點在于使重量變輕，而且很多廠商通常會采用大中型覆蓋件自制，小型沖壓件外協的生產方式，所以沖壓生產線逐漸趨于自動化，以提升生產效率和質量[1]。

工業機器人替代了傳統生產線上的手動操作，為廠商節省了更多的人力與物力，并且在生產效率上較傳統生產方式有明顯的改進，現已成為汽車制造行業的重要設備。而目前我國行業沖壓自動化水平相對較低，在生產水平上沒有達到理想的效果，針對沖壓自動化生產線中的工業機器人應用的問題，具有重要的研究價值。

1 工業機器人的結構及特點

工業機器人是一種新型的機械設備，在沖壓自動生產線上的應用，對汽車的生產制造起著很重要的作用。工業機器人主要依靠設備的控制能力和自身的運動動力而實現生產功能，它不僅能直接聽取人的指揮，也能根據預先設置的程序運行。

1.1 工業機器人的結構

工業機器人的構成部分主要有主體、控制系統、驅動系統；其中主體由機座和執行機構組成，在功能上有與人相似的動作操作能力，其手臂、手腕可以進行抓放的操作，工業機器人通常都有3～6個自由度，其中單是手腕就具有1～3個自由度，它的靈活程度相對智能，節省成本的同時，提高工作效率[2]。控制系統對工業機器人起著控制作用，即在系統內輸入程序指令，根據得到的指令向驅動系統、執行系統發出運行信號，對這一過程進行具體控制。驅動系統是為執行機構傳達運行指令，使其產生與指令相符的動作。

沖壓機器人是工業機器人中的一種，主要運用于沖壓生產線；沖壓機器人與工業機器人的構造基本一樣，只是控制系統稍有不同，是由沖壓控制系統和基本控制系統兩部分組成的，其中沖壓控制系統用來實現沖壓生產線上的一些特殊功能，是一個根據實際操作需要而開發的專用模塊。

1.2 工業機器人的特點

工業機器人的主要特點有三：一是具有與人類相似的操作功能，比如工業機器人具有作業功能、抓取功能、感知功能，并且可以直接聽取人的指令完成任務要求等；二是對其進行編程預設，使其在得到指令后進行自動化工作，若程序指令有所變動，工業機器人更及時感應并隨之變換，根據要求而運行；工業機器人在使用特點上，能隨著機器人的運行軌跡做相應的調整，使設備整體的柔性化更強[3]。

總的來說，工業機器人具有生產成本低，在實際的生產線上可以起到降低廠商成本、提高工作效率、為廠商帶來效益等作用，并且可以根據實際生產情況進行相應的調整，針對不同車型的生產，對其進行不同的編程指令輸入即可；，具有較高的柔性化。

2 沖壓自動化生產線中的工業機器人應用

工業機器人在沖壓自動化生產線中應用，通常是將其使用于較為惡劣的工作環境下，執行以下難度較大、危險系數高的工作，因為工業機器人的出現，很大程度上減輕了人類的手工操作的工作量。工業機器人在沖壓自動化生產線中的生產過程中運行方式具體如圖1所示。

2.1 沖壓自動化生產線中的工業機器人運行中的拆垛系統

在汽車的生產制造過程中，沖壓自動化生產線輸送的環節上，自動拆剁是必有的生產系統，這一系統有多種設備：拆剁小車、自動涂油裝置、磁性皮帶機以及對中臺和雙料檢測等。

拆剁小車大多時候應用于材料的上料區和上料后停放的固定位置，是機器人的取料過程用時少，且更方便快捷。磁力皮帶機則是根據實際位置的不同，有導出式皮帶機和導入式皮帶機兩種分類，其中導入式皮帶機的運行原理為：將機器人取出的物料傳送至涂油機中，而導出式皮帶機的運行原理則為：將板料按照一定的速度送達對中臺內。兩者具有共同性，基本原理上沒有太大差異。

自動涂油機通常在板件存在較大的拉延率的情況下，在板料拉延這一工序上，進行具體的安排涂油工作；簡單來說，就是通過自動涂油機，在板料表層進行相應的拉延油涂抹，以達到冷軋鋼板上生產地滑移線消除的目的；保證最終加工完畢的板件其表面質量，達到標準要求，具備合格的潤滑性能，同時可以提升沖壓鋼板的防銹能力。

對中臺通常使用機械對中臺，使固定或者移動更加快捷方便，也可以采用視覺對中或者重力對中的對中方式。為有效保證板料的定位更準確、方式上的便捷和固定時的牢固性，機器人在運行中會根據零件實際的對中位置，進行運動軌跡的自適應調整，從而快速而準確地將板料搬運到壓力機內。

2.2 控制系統

控制系統是機器人在沖壓自動化生產線中運行的核心系統，這一核心系統主要用來保證生產線上的各個部件之間能在統一協調管理下進行正常工作；同時控制系統自身的一些性能對沖壓自動化生產線的整體效率和生產制作的自動化程度有著直接影響，而這些性能指標主要有技術方面的可靠性和先進性，在控制方法上的靈活性與有效性是否夠高等因素。

控制系統由以下3種系統共同組成：監控控制系統、連線控制系統以及安全防護系統。監控系統則是與沖壓生產線的監控管理相對應，連線控制系統是針對自動化生產的整個生產流程進行控制，監控系統則是與沖壓生產線的監控管理相對應，安全防護系統自然就是對生產流程的安全負責了。

3 沖壓生產線的安全防護

3.1 沖壓生產線的安全分析

隨著沖壓生產線自動化生產的日益普及，大量機械設備在生產方面的能力都有了大幅度的提升，與之相對應的控制系統的技術也越來越復雜，一旦操作失誤就很容帶來安全事故。對于較為大型的生產線來說，安全防護問題就變得更加重要；沖壓生產線中存在的安全問題主要有以下幾點。

首先是生產線中的主要機械和機器人，包括相關的輔助設備，由于機械在運行過程中，速度較快，多個機械之間運行的區域有重疊的部分，它們之間存在著互相影響的關系，所以在一定程度上有著較為明顯的安全隱患。其次各個設備之間受控制系統的調配，而控制系統的程序較為復雜，通常在進行安裝或調試的過程中，需要對其相應的參數進行具體的設置與調整，而在對參數調整時，會因為設置不當而引起機械故障，進而帶來隱患。然后是在沖壓生產車間，多臺機器同時運行會出現沖擊或振動等現象，這一時間，對機械的控制能力變小，也會影響設備的正常運轉。最后是沖壓生產一般都是較為大批量的生產，若在生產中途因故障而停止生產，降低了生產效率，從而對廠商的經濟效益有一定的影響。

針對以上可能帶來安全隱患的問題，建議做好的防護工作有：保護人和機器的安全，生產過程中，由于多個機械同時運行，工作人員處在那樣的環境下很容易受到傷害，但是無論在什么情況下，人身安全是高于一切的；其次是生產線上的大型設備，由于設備之間存在運行交互，對設備進行保護，盡可能地減低經濟損失。另外一方面對數據的保護，由于控制系統在操作上相對復雜，若在這方面出現故障會導致數據的丟失或出現一些其他相關的錯誤，這也會為企業帶來很多不利而影響。

3.2 沖壓生產線的保護措施

對沖壓生產線的保護措施，通常由硬件和軟件兩方面相結合來實現安全的目的[1]。硬件方面的連線監控系統通常運用總線布控進行數據的傳輸，所使用的總線需要具備抗干擾的能力和傳輸數據方面的可靠性等基本特點；監控系統建議使用帶有屏蔽層的數據網線；安全防護系統需要采用安全系數較高的專用設備，最好是由專業人士進行分析推薦。軟件方面，則需要對系統進行全面的且實時的監控，時刻注意避免數據在傳輸過程中各種錯誤的出現。

4 結語

隨著經濟水平的不斷提高，科學技術的發展，工業方面也在進步著，沖壓生產線中的機器人應用越來越廣泛，它的出現提到了人們的手工操作，一定程度上將工作人員從單調枯燥的工作中解脫出來；由于工業機器人的成本較低，而投入進生產線上可以提升生產效率，為企業帶來更多的效益；在近幾年的發展中逐漸成為了汽車制造行業必不可少的設備之一。并且在實際生產過程中由于越來越趨向于自動化，對設備運轉過程中的注意提升安全隱患的防護意識，在保護工作人員人身安全的前提下，盡可能的保障機械和工業機器人的安全。總的來說，工業機器人在沖壓自動化生產線中應用，降低了生產成本，提高了生產效率，為企業節省了大量的人力物力，并且為其帶來更多的經濟效益，所以工藝機器人在生產線中的應用帶來了非常重要的積極的正面影響。

參考文獻

[1] 盧澤旭.工業機器人在沖壓自動化生產線中的應用研究[J].裝備應用與研究，2012（12）：49.

[2] 范云霄.工業機器人在蟲也沖壓自動化生產線中的應用[D].山東科技大學，2012.

[3] 田雪民.論工業機器人在沖壓自動化生產線的應用[J].現代商貿工業，2013（12）：146-147.