工業(yè)機(jī)器人在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用研究

曹智

摘 要：在技術(shù)日新月異的年代，自動(dòng)控制技術(shù)得到飛速發(fā)展，在工業(yè)領(lǐng)域逐漸得到廣泛應(yīng)用，尤其在工業(yè)機(jī)器人出現(xiàn)后，能夠保證工業(yè)生產(chǎn)的安全順利進(jìn)行，并將工業(yè)成本控制在最低范圍內(nèi)，以其自身靈活性和便捷性受到社會(huì)的高度重視。本文主要探討了在沖壓生產(chǎn)線中利用工業(yè)機(jī)器人代替生產(chǎn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，以更好地滿足工業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展需求，僅供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；沖壓自動(dòng)化；生產(chǎn)線；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作為工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝生產(chǎn)線的沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線，利用工業(yè)機(jī)器人可以提高生產(chǎn)效率，在一定程度上對(duì)工業(yè)生產(chǎn)成本進(jìn)行優(yōu)化控制，維護(hù)工業(yè)生產(chǎn)的綜合效益。工業(yè)機(jī)器人作為自動(dòng)化設(shè)備中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線上利用具有良好的應(yīng)用價(jià)值，以下對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行分析。

1.工業(yè)機(jī)器人概述

1.1 概念。工業(yè)機(jī)器人是指在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)所應(yīng)用的機(jī)械手或機(jī)器人，其具有多關(guān)節(jié)和多自由度。在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行程序進(jìn)行預(yù)先設(shè)定，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)執(zhí)行具體工作，并基于自身控制系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能，從而保證工業(yè)機(jī)器人的規(guī)范操作?？梢酝ㄟ^(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)工業(yè)機(jī)器人控制或者通過(guò)預(yù)先編輯好程序來(lái)控制工業(yè)機(jī)器人，是其達(dá)到完成指定任務(wù)的目的。

1.2 結(jié)構(gòu)類型。工業(yè)機(jī)器人主要包含控制系統(tǒng)、機(jī)器人主體以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等組成部分，其中機(jī)器人主體作為執(zhí)行器件，其性能非常關(guān)鍵，它一般包含機(jī)座與執(zhí)行機(jī)構(gòu)。而要想機(jī)器人本體動(dòng)起來(lái)還需有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和動(dòng)力裝置組成。工業(yè)機(jī)器人的關(guān)節(jié)位的動(dòng)作大多包含1～3個(gè)自由度，自由度總數(shù)可在3～6個(gè)左右。工業(yè)機(jī)器人作業(yè)過(guò)程中，基于技術(shù)人員在控制系統(tǒng)中編制程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及機(jī)器人主體發(fā)號(hào)施令，并控制機(jī)器人的執(zhí)行動(dòng)作，從而確保工業(yè)機(jī)器人的規(guī)范操作。

1.3 特性分析。多數(shù)情況下我們可以通過(guò)將數(shù)控伺服軸，遙控操作器等進(jìn)行有序連接，再利用預(yù)先設(shè)置好的程序驅(qū)動(dòng)電路控制機(jī)器人本體，讓機(jī)器人動(dòng)作有效地進(jìn)行。一般應(yīng)用于沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線中的工業(yè)機(jī)器人具有行走功能，由于其內(nèi)部具有模擬人類感知系統(tǒng)，在執(zhí)行動(dòng)作的過(guò)程中能夠基于此系統(tǒng)完成各項(xiàng)操作，在保證沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)質(zhì)量與效率的同時(shí)，達(dá)到控制生產(chǎn)成本的目的。工業(yè)機(jī)器人具有較高的柔性，在控制程序修改上有一定可操作性，從而促進(jìn)各項(xiàng)功能與動(dòng)作的順利實(shí)現(xiàn)，更好地滿足沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的對(duì)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用需求。

2.機(jī)器人沖壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

工業(yè)生產(chǎn)具有一定復(fù)雜性和危險(xiǎn)性，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用，大多是代替人來(lái)從事危險(xiǎn)系數(shù)較高以及重復(fù)率較高的動(dòng)作，以促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)的高效開(kāi)展。其應(yīng)用如圖1所示。工業(yè)機(jī)器人在沖壓生產(chǎn)環(huán)節(jié)中主要體現(xiàn)在5個(gè)方面：拆垛系統(tǒng)、涂油機(jī)、對(duì)中臺(tái)、壓力機(jī)兼上下料系統(tǒng)以及線尾輸送系統(tǒng)。

2.1 系統(tǒng)的運(yùn)行方式。沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)的環(huán)節(jié)中，工業(yè)機(jī)器人需要有規(guī)范、合理的工作流程，精確到位的動(dòng)作，才能確保工業(yè)機(jī)器人準(zhǔn)確可靠的完成指定任務(wù)，這是安全生產(chǎn)、可靠生產(chǎn)的基礎(chǔ)。在生產(chǎn)過(guò)程中工業(yè)機(jī)器人的首要任務(wù)是垛料拆垛，之后進(jìn)行板料對(duì)中操作，應(yīng)用上料機(jī)器人進(jìn)行放料相關(guān)操作，待沖壓后，利用下料機(jī)器人進(jìn)行取料放料，再次沖壓后，結(jié)合生產(chǎn)中所需工序的數(shù)量循環(huán)進(jìn)行，末端沖壓后，利用線尾機(jī)器人進(jìn)行取料放料，并以人工方式進(jìn)行碼垛處理。

2.2 系統(tǒng)組成。根據(jù)沖壓工藝，系統(tǒng)主要包含拆垛系統(tǒng)、上下料系統(tǒng)、線尾輸送系統(tǒng)、對(duì)中臺(tái)、壓力機(jī)等組成。工業(yè)機(jī)器人能夠?yàn)椴鸲庀到y(tǒng)的安全高效運(yùn)行提供可靠保證。自動(dòng)拆垛系統(tǒng)主要由走帶電機(jī)、拆垛小車、自動(dòng)涂油裝置等組成，料臺(tái)為雙垛可循環(huán)式，確保生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行，分料通過(guò)分張器將量分成單張，確保每次進(jìn)料。在不同的位置條件下，走帶電機(jī)也處于不同狀態(tài)，板料通過(guò)導(dǎo)出式傳送帶傳到中臺(tái)，在導(dǎo)入式傳送帶的作用下，從拆垛機(jī)中取出物料放入涂油機(jī)中。在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線中，拆垛小車的作用是停放于上料后或上料區(qū)中，為后續(xù)機(jī)器人開(kāi)展取料等操作提供極大的便利。當(dāng)板料置于自動(dòng)涂油機(jī)中時(shí)對(duì)板材表面進(jìn)行涂油，保證涂油操作的規(guī)范性，從而提高板件抗腐蝕能力和潤(rùn)滑程度。對(duì)中臺(tái)可方便的定位固件，這樣確保沖壓的正確性和可靠性。確保板件在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線中能夠得到良好應(yīng)用。

2.3 控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)作為系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)有著非常重要的作用，它的有效性和可靠性直接影響著工業(yè)機(jī)器人在沖壓過(guò)程中的實(shí)際應(yīng)用效果，通過(guò)研究可知，在工業(yè)沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線中，先進(jìn)且可靠的控制系統(tǒng)能夠?yàn)楣I(yè)機(jī)器人各項(xiàng)功能的發(fā)揮以及動(dòng)作的準(zhǔn)確執(zhí)行提供可靠的保證。該沖壓自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的主要工作是實(shí)現(xiàn)上下料系統(tǒng)、線尾輸送系統(tǒng)以及中臺(tái)系統(tǒng)等的統(tǒng)一監(jiān)管、調(diào)度和控制。為了能最大程度地發(fā)揮工業(yè)機(jī)器人的作用，在系統(tǒng)中我們?cè)O(shè)置有數(shù)據(jù)層和物理層，根據(jù)實(shí)際情況，通過(guò)調(diào)節(jié)軟硬件的參數(shù)設(shè)置。

2.3.1 數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層的主要作用是完成數(shù)據(jù)的傳輸和處理，在系統(tǒng)中我們主要通過(guò)利用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)個(gè)物理層或各設(shè)備之間的連線自控，而總線有多種，如Profibus總線EPA以太網(wǎng)總線等。為了提高系統(tǒng)運(yùn)行的有效性和可靠性，數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)傳送和處理非常關(guān)鍵，我們選擇用線少，方便，快捷，可靠的EPA技術(shù)。連接各EPA設(shè)備，配備Ethernet Card相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)機(jī)器人控制系統(tǒng)接，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的對(duì)接，通過(guò)DCS控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中管理分散控制的功能。這樣可以減少機(jī)器人因反復(fù)動(dòng)作或其他原因而造成的數(shù)據(jù)層損壞錯(cuò)誤等情況，達(dá)到系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、有效、可靠的運(yùn)行的目的。

2.3.2 物理層。物理層主要作用是采集數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)，是軟件系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，它的先進(jìn)性和可靠性非常關(guān)鍵，它主要包括控制站、操作站、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口、現(xiàn)場(chǎng)控制層、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)備組成?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線和現(xiàn)場(chǎng)控制層連接?，F(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備主要采用西門子PLC，數(shù)據(jù)采集和相應(yīng)的EPA設(shè)備主要采用浙大中控設(shè)備為主。所選擇的物理層設(shè)備要有較強(qiáng)的開(kāi)放能力，EPA通信，能夠?qū)?shù)據(jù)層的PLC開(kāi)展數(shù)據(jù)交換，便于系統(tǒng)對(duì)各項(xiàng)設(shè)備數(shù)據(jù)有序采集，以確保控制系統(tǒng)能夠?qū)I(yè)機(jī)器人動(dòng)作準(zhǔn)確控制，提高各項(xiàng)動(dòng)作執(zhí)行的規(guī)范性。

2.3.3 人機(jī)交互平臺(tái)。人機(jī)交互平臺(tái)作為直接操作的界面，他的整潔性、方便性、操作性、功能齊全性等非常重要。在計(jì)算機(jī)組成的中控操作站中，我們主要利用浙大中控提供的Configuratiom和AdvanTrol Pro相關(guān)軟件進(jìn)行?，F(xiàn)場(chǎng)操作站可選擇西門子提供的觸摸屏。其操作面要具備給單元及功能模塊的檢測(cè)信息及錯(cuò)誤報(bào)警，各環(huán)節(jié)操作流程和操作提示，各環(huán)節(jié)相關(guān)參數(shù)的顯示和操作，相關(guān)操作的互鎖功能及動(dòng)畫(huà)界面等。在具有一定特殊性的基礎(chǔ)上，利用總線實(shí)現(xiàn)不同控制單元的有序連接，對(duì)診斷信息進(jìn)行準(zhǔn)確分析，并顯示出工業(yè)機(jī)器人的錯(cuò)誤操作并進(jìn)行預(yù)警，便于相關(guān)技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的第一時(shí)間進(jìn)行妥善處理，以便在短時(shí)間內(nèi)對(duì)故障問(wèn)題進(jìn)行妥善處理，從而保證控制系統(tǒng)的高效運(yùn)行，提高沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。

2.4 安全系統(tǒng)。安全系統(tǒng)是自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)生成，安全生產(chǎn)的命門，在物理層，我們需要利用安全柵等硬件來(lái)確保安全，在硬件的使用和軟件方面采取冗余結(jié)構(gòu)，在它們的設(shè)置方面采用互鎖功能來(lái)保障安全。利用聲光報(bào)警燈方式及時(shí)提醒。在各關(guān)鍵環(huán)節(jié)如上下料，沖壓等環(huán)節(jié)設(shè)置好啟動(dòng)和急停按鈕。利用這些手段做到提前預(yù)知故障，故障及時(shí)知曉，故障出現(xiàn)時(shí)做到自動(dòng)恢復(fù)或安全處理停機(jī)處理，便于工作人員及時(shí)維修處理，為安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。

2.5 仿真模擬系統(tǒng)。仿真模擬系統(tǒng)是用于投運(yùn)、教學(xué)演練、生產(chǎn)調(diào)試等。它的作用主要是在生產(chǎn)投運(yùn)前做到有問(wèn)題提前及時(shí)發(fā)現(xiàn)，不將問(wèn)題帶入生產(chǎn)。在員工或?qū)W員培訓(xùn)時(shí)能方便直觀地了解和操作系統(tǒng)，做到在最短的時(shí)間內(nèi)熟練操作的目的。在生產(chǎn)調(diào)試過(guò)程中可以反復(fù)地模擬后再實(shí)踐，減少設(shè)備磨損和故障，縮短現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試時(shí)間。

結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，技術(shù)方面和設(shè)備方面也越來(lái)越科學(xué)新穎，使得沖壓技術(shù)也得到優(yōu)化，工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)和應(yīng)用，有效地代替了人工勞動(dòng)，促進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)效率的不斷提升，為工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量控制打下良好的基礎(chǔ)。尤其是在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線中，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用促進(jìn)了自動(dòng)化生產(chǎn)水平的提升，并且將工業(yè)生產(chǎn)成本控制在最佳范圍內(nèi)，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。

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