工业机器人在冲压自动化生产线中的应用研究分析

工业机器人在冲压自动化生产线中的应用研究分析

张震1祁玉玲2

1河北省机电一体化中试基地河北石家庄0500812河北省机械科学研究设计院河北石家庄050051

摘要：随着经济和科技的发展，人们对于工业产品的需求量在增加，工业自动化的程度也越来越高。传统的工艺和工作模式已经不能满足人们对于工业产品的需求。为了满足人们对于工业产品的需求，企业将机器人引入到生产中。而将工业机器人引用到冲压自动化生产线中，在原本的基础上不仅可以大大的提升工业的产量和效率，而且提升了产品的质量。因此，本文针对工业机器人在冲压自动化生产线中的应用进行了研究。

关键词：工业机器人；冲压自动化；生产线

引言

工业机器人这一新兴产物运用到自动化生产线之中，有效缓解了工业生产与时代需求之间的矛盾，大大提升了工业生产以及加工的效率，让冲压自动化生产线的运行效率有所提升，替代人工单调、重复的低效劳动，提高工业生产的精密化，让工业生产的质量以及经济效益不断提升，有效推动社会经济朝着智能化的方向发展，为人工智能时代的全面到来做好准备，推动工业产业的结构转型。

一、工业机器人的结构及其特点

1.1工业机器人的结构

工业机器人主要有主体、控制系统以及驱动系统这几个基本的结构组成，机器人主体主要有机座和执行机构组成，具有和人相似的动作功能，可以在空间抓放物体或者进行其他的操作，包括手部、腕部和臂部，大多数的工业机器人具有3～6个自由度，其中机器人的腕部通常有1～3个自由度。控制系统主要是按照预先输入的程序对驱动系统以及执行机构发出信号，从而达到控制的目的。驱动系统的作用是使执行机构产生相应的动作，驱动系统一般包括传动机构和动力装置。

冲压机器人是工业机器人在冲压生产线中的特殊应用，冲压机器人控制系统主要有冲压控制系统和基本的控制系统组成，冲压控制系统主要是根据冲压机器人在实际生产应用的过程中开发的专用的功能模块，最主要用于实现冲压生产中特殊功能。

1.2工业机械人的特点

工业机器人主要有三个特点：

（1）具有类人的功能，比如工业机器人具备感知功能、作业功能、行走功能，并且还可以完成很多的动作要求。

（2）可以根据人预先设置的编程系统进行自动的工作，或者通过程序改变动作、工作中的要求以及工作对象。

（3）使用特点：工业机器人能够通过端拾器的切换和机器人的动作轨迹的调整，从而使设备更加柔性化。工业机器人的生产成本低，机器人线的投资比较低，在冲压自动化生产性中应用机器人不仅经济、适用，还可以适用于生产线的自动化改造，并且机器人自动化生产线可以适用于多种车型的生产，柔性化更加高。

二、工业机器人在冲压自动化生产线中的应用

2.1运行方式。工业机器人冲压自动化生产线的操作流程大致为拆垛输送、抓料放料、对中材料、取料放料、首台机冲压、取料放料、压机冲压、循环工序、取料放料、末端压机冲压、取料放料、码垛输送等等。

2.2拆垛输送系统。工业机器人冲压自动化生产线中使用的拆垛系统都是自动的，包括拆垛后的物料输送。根据功能的需求可以将物料输送应用分为两种，分别为导入式和导出式。导入式是将物料从传送带中取出来，导出式是将物料放在传送带中送出去。传送带上的料物导入和导出是机器人的自动化的重要环节。

2.3抓取系统。抓取系统最常用的是真空吸盘或电磁铁的形式，但是采用这两种方式，在断气或断电的情况下，工件会掉落从而影响设备或人身安全。为了更加安全生产，目前越来越多厂家采用了磁性吸盘和新型电永磁铁。其中一，磁性吸盘是气缸和磁力座的复合产品，其动力来源于压缩空气，与双线圈的电磁阀配合在断电断气情况下依然有磁力；二，电永磁铁是采用双极性磁差原理，用短暂的脉振电流控制的永磁器，在0.02s时间可转换成永磁铁，之后无需供电保证磁力，所以使用更加安全。

2.4切换系统。切换系统能进一步增加工业机器人在冲压自动生产线的柔性程度，其能适应更多的工件种类变化或解决冲压前后工件变化后抓取系统不能共用的问题，所以在实际生产中它是很常用的一个装置。其结构由两部分组成，分别为公盘及母盘，公盘安装在机器人上，母盘连接抓取系统，两者均有安装气和电模块，工作时机器人抓取公盘通过双销定位在母盘配合位置后，采用钢珠锁或勾销锁紧方式与母盘紧密的连接在一起，从而实现气和电快速切换。

2.5控制系统。控制系统是工业机器人的核心内容，决定这机器人的功能实现。控制系统能对机器人的上料、下料、传输、拆垛进行统一的监督和控制。

2.5.1控制系统的物理层。物理层位于控制系统的最底层，是控制系统的基础。物理层包含了系统中需要的所有物理基础，包括电机、检测、输出输入、等等。这些设备通过总线互相相连，并与数据层相连，是实现数据的采集和处理。

2.5.2控制系统的数据层。控制系统中采用总线技术，实现各个层面的数据相互连接。并使各个模块相互依存实现系统的自动化。使用现场总线技术可以将控制系统与机器人的驱动系统和机器人的本体进行相连，实现数据信息的传输，以实现系统的自动化。

2.5.3控制系统的操作面。对机器人的操作，我们采用的是示教器，并且生线产上的各机器人由总线连接起来，并汇总到上位机PLC，从而实现对机器人整体的监控。上位机主触摸屏能够显示各机器人是否正常工作的信号，当机器人出现故障时，示教器会发出报警信号。同时有异常的机器人的报警信息都会汇总到上位机PLC并显示在主触摸屏上，工作人员通过主触摸屏的信息对机器人进行适当的处理。

2.6安全系统。将工业机器人引入到冲压自动化生产线中之间，必须要保证机器人的安全性，对机器人进行检查和维修是非常重要的。上位机PLC通过总线技术可以实现对机器人的实时监控，并在出现问题时，及时的发出报警信号，通知工作人员对机器人进行故障排除。

2.7仿真模拟系统。将工业机器人引入到冲压自动生产线之前必须要保证所选型的机器人自身功能是否满足生产要求，在机器人工作之间，要对机器人的工作范围、工作速度，有效负载及干涉区域等进行验证，以保证工作的高效性及可达性。在仿真的过程中，可以模拟冲压生产线的工作环境，验证机器人是否可以达到工作要求，在检验合格之后才能将机器人投放到生产线中。同时机器人在工作过程中，我们也可以对机器人进行控制和调试，增强设备的安全性。

三、总结

总而言之，随着现代科学技术的不断进步，技术方面和设备方面也越来越科学新颖，使得冲压技术也得到优化，工业机器人的出现和应用，有效地代替了人工劳动，促进了工业生产效率的不断提升，为工业产品质量控制打下良好的基础。尤其是在冲压自动化生产线中，工业机器人的应用促进了自动化生产水平的提升，并且将工业生产成本控制在最佳范围内，在工业生产领域受到广泛关注。

参考文献：

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[3]周玉林.张志强.冲压线机器人与压机动作协调方法[J].制造技术与机床，2013，1（2）：23-24.