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工業機器人在衝壓自動化生（shēng）產線（xiàn）中的應用研（yán）究

2017-4-6 來源：清遠市技師學院作者：曹智

摘要：在技術日新月異的年代，自動（dòng）控製技術得（dé）到飛速發展，在工業領域逐漸得到廣泛應用，尤其在工業機器人（rén）出現後，能夠保證（zhèng）工業生產（chǎn）的安全順利進行，並將工業成本控製在（zài）最低範圍（wéi）內，以其自身靈活性和便捷性受到社會的高度重視。本文主要（yào）探討了在衝壓生產線中利用工業機器人代替（tì）生產的自動控製係統，以（yǐ）更好地滿足工業生產與發展需求，僅供（gòng）相關（guān）人員參考。

關鍵詞（cí）：工業機器人；衝壓自（zì）動化；生產線；應用（yòng）

作為（wéi）工業生產中的重（chóng）要工藝生產線（xiàn）的（de）衝（chōng）壓自（zì）動化生產線，利用（yòng）工業機器人（rén）可以提高生產（chǎn）效率，在一定程（chéng）度上對工業生產成本進行優化控製，維護工業生產的綜合效益。工業機器人作為（wéi）自動化設備中的執行機構，在衝壓自動化生產線上利用具有（yǒu）良好的應用（yòng）價值，以下對該係統進（jìn）行分析。

1.工業機器人概述

1.1 概念。

工業機器人是指（zhǐ）在工業領域內所應用的機械手或（huò）機器人，其具有多關節和多自由度。在（zài）實際（jì）應用中，通過對工（gōng）業機器人的運行（háng）程序進行預先設定，即可實現自動執行具體工作，並基於自身控製係統和動（dòng）力係統實現預定功能，從而保證工業機器人的規範操作。可以通過現場對工業機器人控製或者通過預（yù）先編輯好程序來控（kòng）製工業機器人，是其達到完成指定任務的目的。

1.2 結構類型。

工業（yè）機器人主要包含控製係統、機器人（rén）主體以及驅（qū）動係統等組成部分（fèn），其中（zhōng）機（jī）器人主體作為（wéi）執行器件，其性能非常關鍵，它一般包含機座（zuò）與（yǔ）執行（háng）機構。而要想（xiǎng）機器人本體動起來還需有驅動係統，它由（yóu）傳動機構（gòu）和（hé）動力裝置組成。工（gōng）業機器人（rén）的關（guān）節位的動作大多（duō）包含1~3個自由度，自由度總數可在3~6個左右。工（gōng）業機器人作業過程中，基於技（jì）術人員在控製係統中編（biān）製程序實現對驅動係統（tǒng）及機器人主體發號施令，並控（kòng）製機器人的執行動作，從而確保工業機器人的規範操作。1.3 特性分析。多數情況（kuàng）下我們可以通過將數控伺服軸，遙（yáo）控操作器等進行有序連接，再利用預先設置好的程序驅動電路控製機器人本體，讓機器人（rén）動作有效（xiào）地進行。一般應（yīng）用於（yú）衝壓（yā）自動化生產線中的工業機器人（rén）具有行走功能，由於其內部具有模擬人類感知係統，在執行動作的過程中（zhōng）能夠基於此（cǐ）係統完成各項操作，在保（bǎo）證衝壓自動化生產質量與效率的同時，達到控製生產成（chéng）本的目的。工業機器人具（jù）有較（jiào）高的柔性，在控製程序修改上有一定可操作性，從而促進各項功（gōng）能與動作的順利實現，更好地（dì）滿足衝壓自動化生產線的對工業機器人的應（yīng）用需求。

2.機器人衝壓係統的設計

工業生產具有一定複雜性和（hé）危險性，工業（yè）機器人（rén）的應用，大多是代替人來從事危險係數較高以及（jí）重複率較高的動作，以促進工業生產的高效開展。其應用如圖1所示。工業機器人（rén）在（zài）衝壓生產環節中主要體現在5個方麵（miàn）：拆（chāi）垛係統、塗油機、對中台、壓力機兼（jiān）上下（xià）料係統以（yǐ）及線尾輸送係（xì）統。

圖 1 機器人自動化生產線示意圖

2.1 係統的運行方式。

衝壓自動化生產的環節（jiē）中，工業機器人需要有規範、合理的（de）工作流程，精確到位（wèi）的（de）動作，才能確保工業機器（qì）人準確可靠的完成指定任務，這是安全生產（chǎn）、可靠生產（chǎn）的基礎。在生產過程中工業機器人的首要任務是垛料拆垛，之後進行板料對中（zhōng）操（cāo）作，應用上料（liào）機器人（rén）進行放料相關操作（zuò），待衝（chōng）壓後，利用下料機器（qì）人進行取料放料，再次衝壓（yā）後，結合生（shēng）產（chǎn）中所需工序的數量循環進行，末端衝壓後，利用線尾機器人進（jìn）行取料（liào）放料，並以人工方式進行碼垛處理。

2.2 係統組成。

根據衝壓工藝，係統主要（yào）包含（hán）拆垛係統、上下料係統、線尾輸送係統、對中（zhōng）台、壓（yā）力機等組成。工業機器人能夠為拆垛係統（tǒng）的安全高（gāo）效運行提供可靠保證。自動拆垛（duǒ）係統主要由走（zǒu）帶電機（jī）、拆垛小車、自動塗油裝置等組成，料台為雙垛可循環式，確保生產連續（xù）進行，分料通過分張器將量分成單張，確保每次進料。在（zài）不同的位置條件下，走帶電機也處於不同狀態，板料通過導出式傳送帶傳到中（zhōng）台（tái），在導入式傳送帶的作用下，從拆垛機中取出物料（liào）放入塗油機中。在衝壓自（zì）動化生產線中（zhōng），拆垛小車的作用（yòng）是停放於上料後或上料區中，為後續機器人開（kāi）展取料等操作提供極大的便利。當板料置於自動塗油機中時對板（bǎn）材表麵進（jìn）行塗油，保證塗油操作的規範性，從而提高板件抗腐蝕能力和潤滑（huá）程度。對中台可方便的定位固件，這樣確（què）保衝（chōng）壓的正確性和可靠性。確保板件在衝壓自（zì）動化生產線中能夠得到良好應用。

2.3 控（kòng）製係統。

控製係統作為係統的中心環節有著非常重要的作用，它的有效性和可靠性直接影響著（zhe）工（gōng）業機（jī）器（qì）人在衝壓過程中的實際應用效果，通過（guò）研究可知，在（zài）工業衝壓自動化生產線中，先進且可靠的控（kòng）製係統能夠為工業機器人各項功能的發揮（huī）以及（jí）動作的準確執行提供可靠的保證。該衝（chōng）壓自動化控（kòng）製係統（tǒng）中（zhōng）的主要工作是實現（xiàn）上下料係統、線（xiàn）尾輸（shū）送係（xì）統以及（jí）中台係統等的統一監管、調（diào）度和控製。為了能最大程度（dù）地發揮工業機器人的作用，在係統（tǒng）中（zhōng）我們設置有（yǒu）數據層和物理（lǐ）層，根據實際情況，通（tōng）過調節軟硬件的參數設（shè）置。

2.3.1 數據層。

數據層的主要作（zuò）用是完成數據（jù）的（de）傳（chuán）輸和處理，在係統中我們主要通（tōng）過利（lì）用現場總線技術來實現（xiàn）個物理層或（huò）各設備之間的連線自控，而總線有多種，如Profibus總線EPA以太網總線等。為了提高係統運行的有效性和可靠性，數據層的數據傳送和處理非常關鍵，我們選（xuǎn）擇用線少，方便，快捷，可靠的EPA技術。連接各EPA設備，配備Ethernet Card相關的網絡（luò）設備實（shí）現機器人控（kòng）製係統接（jiē），監控網絡係統的對接，通過DCS控製係統實現集中管理（lǐ）分散控製的（de）功能（néng）。這（zhè）樣可以減少機器人因反複動作或（huò）其他（tā）原因（yīn）而（ér）造（zào）成的數據層損（sǔn）壞錯誤等情況（kuàng），達到係統安全、穩定、有（yǒu）效、可靠的運行的目（mù）的。

2.3.2 物理層。

物理層主要作用是采集數（shù）據和處理數據，是軟件係統運行的基礎，它的先進性和（hé）可靠性非常關鍵，它主要包括控製站、操作站（zhàn）、數據轉換（huàn）接口、現場控製層、現場數據采集、執行機（jī）構等設備組成。現場設備（bèi）通過現場總（zǒng）線和現場（chǎng）控製層連接（jiē）。現場控製（zhì）設備主要采用西門（mén）子PLC，數據采集和相應的EPA設備主要采用浙大中控設備為主。所選擇的物理層設備要有較強的開放能力，EPA通信，能夠將數據層的PLC開展數據交換，便於（yú）係統對各項設備數據有序采集，以確保控製係統能夠對工業機器人動作準（zhǔn）確控（kòng）製，提高各項（xiàng）動作執行的規範性。

2.3.3 人機交互平台。

人機交互平台作為直接操作的界麵，他的整潔性、方便性（xìng）、操作性、功能（néng）齊全性等非常（cháng）重要。在計算機組成的中控操（cāo）作站中，我們主要利用（yòng）浙大中控提供的Configuratiom和Advan Trol Pro相關軟（ruǎn）件進行。現場操作站可選擇西（xī）門子提供的觸摸屏。其操作麵要（yào）具（jù）備給單元及功能模塊的檢測信息及錯誤報警，各環節操作（zuò）流程和操作提示，各環節相（xiàng）關參數的顯示和操作，相關操作的互鎖功能及動畫（huà）界（jiè）麵等。在具有一定特殊性的基礎上，利用總線實現不同（tóng）控製單元的有（yǒu）序連接，對診斷信息進行準確分析，並（bìng）顯示出工業機器人的錯誤操作並進行預警，便於相（xiàng）關技術人員發現問題的（de）第一時間（jiān）進行妥善處理，以便在短時間內對故障問題（tí）進行妥善（shàn）處理，從而保證控製係統的高效（xiào）運（yùn）行，提高衝壓自動化生產線的生產效率。

2.4 安（ān）全係統。

安全係統是自動控製係統（tǒng）自動生成，安全生產的命門，在（zài）物理層，我們需要利用安全柵等硬件來確保安全（quán），在硬（yìng）件的使用和軟件方麵采取（qǔ）冗餘結構，在它們的設置方麵采用（yòng）互鎖功能來保障安全。利用聲（shēng）光報警（jǐng）燈方式及時提醒。在各關鍵環節如上下料，衝壓（yā）等環節設置好啟動和急停按鈕。利用這（zhè）些（xiē）手段做到提前預知故障，故障及時知曉，故障出現時做到自動恢複或安全處理停機處理，便於工作（zuò）人員及時維修（xiū）處理，為（wéi）安全生產保駕護航。

2.5 仿真模（mó）擬係統。

仿（fǎng）真模（mó）擬（nǐ）係統是用於投運、教學演練、生產調試等（děng）。它的作用主要是在生產投運前做到有問題提前及時發現，不將問題帶入（rù）生產。在員工或學員培訓時能方（fāng）便直觀地了解和操作係統，做到在最短的時間內熟練操作的目的。在生產調試過程中可以（yǐ）反複地模（mó）擬後（hòu）再實踐，減少設備磨損和故障，縮短現場的調試時間（jiān）。

3.結語

總而言之（zhī），隨（suí）著（zhe）現代科學技術的不斷進步，技術方麵和設備方（fāng）麵也越來越科學新穎，使得衝壓技術也得到（dào）優化（huà），工業機器（qì）人的出現和應用，有效地代替（tì）了人工勞動，促（cù）進了工（gōng）業生產效率（lǜ）的不（bú）斷提升，為工業產品質量控製打下良好的基礎。尤其是在衝壓自動化（huà）生產線中（zhōng），工業機器人的應用促（cù）進了自動（dòng）化生產水平的（de）提（tí）升，並且將工業生（shēng）產成本控製在最佳（jiā）範圍內，在工業生產領域受到廣泛關注。

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