工業機器人在柔性沖壓生產線中的應用研究

李野

摘要：鈑金沖壓工藝作為汽車四大生產工藝之一，在汽車生產制造中具有舉足輕重的地位，同時沖壓件的使用也越來越受到各行各業的關注。本文著重于工業機器人在自動化沖壓生產線中的應用，提出一種柔性生產工作模式，能夠實現小批量、多品種的生產，為沖壓零部件生產企業提供一種自動化解決方案。

關鍵詞：工業機器人;柔性化;生產線

0 ?引言

沖壓作為汽車的四大生產工藝之一，在汽車制造領域起著重要的作用，所有汽車主機廠均已配備完整的汽車鈑金自動化沖壓生產線，為自身的汽車零部件提供質量可靠、穩定的零部件產品。與此同時，汽車零部件配套廠家不僅為汽車生產廠家提供沖壓件制品，同時，也為其他行業及領域提供沖壓件制品。然而，零部件廠家生產的沖壓零件種類繁多，為滿足更多產品生產的需求，對沖壓生產線的柔性、靈活性要求更高。

沖壓車間生產噪音大、勞動強度高、工作單調重復、工作環境惡劣等因素影響，對沖壓車間的自動化要求也越來越高，對加速產業自動化水平的提升也起到明顯的推動作用[1][2]。

1 ?總體規劃

根據零部件生產工藝的特點、生產柔性、靈活性的需求，采用“六軸沖壓機器人+普通凸輪四點壓力機”方式，組成機器人自動沖壓生產線系統。該系統通過六軸沖壓機器人、原料輸送料車系統、重力自對中系統、沖壓機器人端拾器快換系統、線尾輸送系統等技術進行集成，最終開發出一套具備柔性生產的機器人自動沖壓系統，并可在同行業中廣泛推廣應用。

2 ?工業機器人沖壓生產線的組成

工業機器人在自動沖壓生產線上的工作方式采用上料臺車供料（兩臺）→機器人拆垛→板料自對中→機器人取料、送料→首臺壓機沖壓工序→機器人取料、送料→根據沖壓工序循環→機器人下料→皮帶輸送機→人工質量檢測。系統布局圖如圖1所示，共有七臺沖壓機器人與五臺凸輪壓力機組成一套機器人自動沖壓系統[3]。

2.1 機器人系統

工業機器人被譽為“制造業皇冠上的明珠”，在工業生產中起到至關重要的作用，工業機器人具備與人工操作相似的操作功能，通過編程控制，工業機器人在得到運動指令后，觸發預先設定的軌跡路線。同時可設定多組運動程序，根據不同的規劃需求，選用不同的運動規劃路徑。六軸工業機器人具有結構緊湊、靈活度高、穩定可靠等特點，同時可完成工件在空間內任意位置的旋轉、平移等動作。

2.2 上料系統

上料系統采用移動工作臺車，配備“一備一用”方式，保證生產線可連續生產，臺車工作時會進入工作區，由安全光柵進行隔離，保障工作過程的可靠性。同時，每個臺車上配備有滑軌折臂式磁力分張器，可保證多規格、多品種板材的自動分張處理，保證每張被抓取的板材能夠有效的分離開。

2.3 端拾器系統

端拾器作為物料搬運的抓取載體，在機器人自動沖壓生產線中起著重要的作用，有效、合理的端拾器設計能夠為生產線節拍、產品質量、使用壽命起到重要作用，本系統從經濟效益、性能匹配、可靠性、適用性等多方面考慮，采用鋁型材構件設計輕型端拾器結構，應對該類型沖壓生產線具有很好的效果，同時配備有靈活的快換裝置，更換夾具更快捷、更方便如圖2所示。

2.4 控制與安全系統

安全系統作為自動沖壓系統的重要部分，對人員安全、系統設備安全等起著重要的作用[4]。整條產品布置多種安全保護裝置，首先整個生產線有一個封閉的工作區域，每個機器人配備有一個安全門，所有安全門采用串聯結構，保證系統聯鎖控制，在工作過程中不允許任何人員進入。如需進入，將啟動進入請求，安全門打開，機器人處于停機狀態，待人員離開后，啟動復位，同時機器人需要在啟動后方可進行再生產。

另外，機器人在取料、放料過程中設定設備與設備間的干涉區域，確保設備間不會因為誤動作造成不必要的損壞。在干涉區設定時，采用立方體干涉區的方式，即每臺機器人與其相關的設備在其有交叉的位置，設定一個立方體，一旦機器人進入到該區域，其他設備在該區域的任何動作均不起作用，每臺中轉機器人共設定有4個干涉區，以R3機器人為例，干涉區的劃分如圖3所示，干涉區設定分別為R3機器人與R2機器人，R3機器人與Y2壓機，R3機器人與R4機器人，R3機器人與Y3壓機。其中，機器人與壓機間的干涉區最大，機器人與機器人間的干涉區最小。

機器人的立方體干涉區能夠確保機器人在自動、手動運行時，均可保證與干涉設備間的信號交互。通過機器人的TCP點，確定立方體的兩個對角頂點A、B，A點為接近機器人點，B點為遠離機器人點如圖4所示。同時立方體的各個邊平行于機器人設定坐標系的X、Y、Z軸，這樣通過兩個點A、B在空間就確定了一個唯一的立方體空間，當機器人的TCP點進入該立方體區域時對應的輸出信號輸出為ON，這樣就保證了機器人與其他設備的安全。

3 ?柔性控制方法

通過PLC系統，建立一套具備配方功能的控制系統[5]，在系統的配置界面，用戶可以實現新產品的添加與配置，完成產品信息的錄入，在配置界面中，配置工件型號、工序數、工件厚度、單雙料模式、機器人對應作業序號保存，同時完成機器人作業示教。該系統能夠實現從上料端開始任意連續多臺機器人自動組線，形成一個柔性的生產線系統。在系統運行時，選擇已經配置完成的產品型號，確定啟動條件，即可完成生產線的自動生產，配置信息程序界面如圖5所示。

4 ?結束語

通過柔性的生產線設計，為工業機器人在多品種、小批量的沖壓零件的生產提供了一個可行的、穩定的、易于用戶操作的生產線系統，極大的減輕了操作人員的編程難度，同時自動沖壓生產線系統降低工人的勞動強度、保證沖壓產品的質量，同時提高生產效率，帶來更好的經濟效益。隨著工業機器人協同控制不斷提高，工業機器人在自動化沖壓生產線中的應用必將受到更多生產廠商的青睞，柔性化、智能化的沖壓生產線必將成為鈑金制品廠不可或缺的生產線系統。

參考文獻：

[1]王瑞.工業機器人在沖壓自動化生產線的應用研究[J].山東工業技術，2018（13）：38.

[2]胡大欣，等.工業機器人在沖壓自動化生產線中應用[J].機械裝備，2018（02）：45.

[3]付亮.沖壓自動化生產線中工業機器人的應用研究[J].工藝裝備，2018（22）：194-195.

[4]曹智.工業機器人在沖壓自動化生產線中的應用研究[J].中國新技術新產品， 2017（02）：9-10.

[5]劉永安.工業機器人在沖壓應用中的效率優化[J].研究與探索·改造與更新，2019（03）：64-65.