冲压自动化生产线中工业机器人的应用研究

文： 付 亮 （吉林工业职业技术学院）

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。 

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。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。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，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。