氣動(dòng)機(jī)械手在自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

楊波　沈燕青　朱林軍

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷更新和進(jìn)步，生產(chǎn)自動(dòng)化已經(jīng)作為一種趨勢(shì)，深入到工業(yè)生產(chǎn)的方方面面。在自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)中，氣動(dòng)機(jī)械手已經(jīng)被廣泛采用。本文首先介紹氣動(dòng)機(jī)械手的概況，接著進(jìn)行自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線設(shè)計(jì)的介紹，最后將二者結(jié)合，具體探討氣動(dòng)機(jī)械手在自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用和前景。

關(guān)鍵詞：氣動(dòng)機(jī)械手；自動(dòng)化；沖壓生產(chǎn)線設(shè)計(jì)；應(yīng)用

近年來(lái)，我國(guó)的沖壓生產(chǎn)線已經(jīng)高度自動(dòng)化，改變了過(guò)去單純依靠勞動(dòng)力投入的低效率模式。隨著技術(shù)的進(jìn)步，氣動(dòng)機(jī)械手又廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線，進(jìn)一步解放了人類(lèi)勞動(dòng)，工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量和效率顯著提高?；跉鈩?dòng)機(jī)械手在自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線中的重要作用，企業(yè)開(kāi)始將自身發(fā)展同氣動(dòng)機(jī)械手的應(yīng)用密切聯(lián)系。

一、氣動(dòng)機(jī)械手概述

氣動(dòng)機(jī)械手指的是利用現(xiàn)代氣動(dòng)技術(shù)、氣動(dòng)伺服控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的控制技術(shù)，完成生產(chǎn)線上物品的抓持、搬運(yùn)和卸料工作，以此代替人力勞動(dòng)，提高生產(chǎn)效率的現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)。

氣動(dòng)機(jī)械手是典型的機(jī)、電、器一體化的產(chǎn)物，同市面上存在的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手、液壓傳動(dòng)機(jī)械手、電氣傳動(dòng)機(jī)械手相比，具有技術(shù)要求低、動(dòng)作速度快、使用成本低、維護(hù)費(fèi)用少的特點(diǎn)，因此是最受生產(chǎn)企業(yè)歡迎的高性價(jià)比的生產(chǎn)工具。

二、自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)

自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線是一個(gè)循環(huán)往復(fù)的單線系統(tǒng)，它的工作周期一般為：拆垛——物料運(yùn)輸——取料、送料（壓機(jī)沖壓）（該步驟可能重復(fù)）——生產(chǎn)線末端輸送——人工碼垛。

（一）系統(tǒng)組成

自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線是一個(gè)單線系統(tǒng)，它的組成往往根據(jù)廠家生產(chǎn)產(chǎn)品的不同而略有差異。一般來(lái)講，自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線有拆垛系統(tǒng)、過(guò)程操作（涂油、壓板等工藝）系統(tǒng)、上下料系統(tǒng)和線末運(yùn)輸系統(tǒng)組成，最后經(jīng)過(guò)人工碼垛，完成整體生產(chǎn)線的生產(chǎn)過(guò)程。

（二）控制系統(tǒng)

1、控制層

自動(dòng)化生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)一般采用PLC控制方式，這種控制方式具有現(xiàn)場(chǎng)總線的控制，同時(shí)具有單獨(dú)控制及連線自動(dòng)控制的功能。它將整個(gè)系統(tǒng)分為不同的控制部分，每個(gè)控制部分上都設(shè)置有一個(gè)PLC，每個(gè)部分PLC之間與上級(jí)PLC之間采用以太網(wǎng)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，聯(lián)網(wǎng)時(shí)可以被系統(tǒng)監(jiān)控和使用。

2、設(shè)備層

設(shè)備層管理的主要是生產(chǎn)線中的各種設(shè)備，處于整個(gè)控制系統(tǒng)的最低層，同時(shí)也是整個(gè)系統(tǒng)最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，因?yàn)樗刂频氖菍?shí)際生產(chǎn)的環(huán)節(jié)，主要監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)操作站、現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備以及現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分的工作。設(shè)備層受總線PLC控制，向總線PLC發(fā)送信號(hào)和數(shù)據(jù)，并將接收到的總線PLC命令直接傳達(dá)到生產(chǎn)線的指定環(huán)節(jié)和設(shè)備，使自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線穩(wěn)定地生產(chǎn)和運(yùn)行。

（三）安全系統(tǒng)

安全是自動(dòng)化生產(chǎn)線的最大特點(diǎn)， 自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線一般配置高級(jí)的保護(hù)系統(tǒng)和完善的安全裝置，不僅能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控生產(chǎn)的進(jìn)行，還能在危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)及時(shí)發(fā)出警報(bào)信號(hào)，有的甚至能夠自動(dòng)判斷危險(xiǎn)級(jí)別，進(jìn)行停機(jī)保護(hù)。

整個(gè)安全系統(tǒng)同樣受總線PLC控制，保證了線路運(yùn)行在統(tǒng)一的指揮和監(jiān)控下安全運(yùn)行。

三、氣動(dòng)機(jī)械手在自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

氣動(dòng)機(jī)械手的應(yīng)用具有安全性高、抗高溫環(huán)境、抗危險(xiǎn)（易燃、易爆、輻射等等）環(huán)境、效率高的特點(diǎn)，并且在成本投入上，又有成本低、動(dòng)作快、平穩(wěn)可靠、節(jié)能環(huán)保、維護(hù)和運(yùn)營(yíng)成本低等優(yōu)勢(shì)，因此被廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線中，不管是汽車(chē)制造業(yè)、家電制造業(yè)還是食品加工業(yè)、軍事制造業(yè)，都能看見(jiàn)它的身影。

（一）氣動(dòng)機(jī)械手要求對(duì)控制器進(jìn)行有效選擇

氣動(dòng)機(jī)械手的應(yīng)用，需要在強(qiáng)有力的系統(tǒng)控制下進(jìn)行。因此，在設(shè)計(jì)自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線的過(guò)程中，如果考慮加入氣動(dòng)機(jī)械手，就要做好控制器的選擇工作。要選擇具良好性能，同時(shí)遵循“簡(jiǎn)單、穩(wěn)定”特征，能夠?qū)偩€和各部分PLC進(jìn)行準(zhǔn)確把握的控制器。

（二）氣動(dòng)機(jī)械手要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)與手動(dòng)相結(jié)合的送料系統(tǒng)

在自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線的生產(chǎn)過(guò)程中，大部分工作都由自動(dòng)化的氣動(dòng)機(jī)械手來(lái)完成，但是要求必須實(shí)現(xiàn)自動(dòng)系統(tǒng)與手動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)合。因?yàn)闅鈩?dòng)機(jī)械手只能完成規(guī)定的將物料送入機(jī)械設(shè)備的動(dòng)作，但是在一些需要主觀能動(dòng)性決定的工作操作（質(zhì)量檢驗(yàn)、裝箱碼垛等等）中，氣動(dòng)機(jī)械手卻無(wú)能為力，只能靠手動(dòng)操作系統(tǒng)來(lái)完成。

（三）氣動(dòng)機(jī)械手要求系統(tǒng)具有可靠的功能

氣動(dòng)機(jī)械手在自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，要求系統(tǒng)能夠提供相應(yīng)的安全和生產(chǎn)保障，從而來(lái)指揮氣動(dòng)機(jī)械手進(jìn)行正常的生產(chǎn)。

1、報(bào)警系統(tǒng)

作為一種機(jī)器，氣動(dòng)機(jī)械手的工作過(guò)程是簡(jiǎn)單機(jī)械的，只要系統(tǒng)不發(fā)出停止或者其他操作指令，它就會(huì)不停地運(yùn)轉(zhuǎn)。在危險(xiǎn)發(fā)生的時(shí)候，氣動(dòng)機(jī)械手并沒(méi)有主動(dòng)判斷危險(xiǎn)的能力，這個(gè)時(shí)候，如果沒(méi)有可靠的報(bào)警系統(tǒng)給總線控制系統(tǒng)傳遞信號(hào)，氣動(dòng)機(jī)械手就會(huì)不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致重大生產(chǎn)事故的發(fā)生。

2、停止功能

在自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線設(shè)計(jì)的過(guò)程中，一定要格外重視對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手停止功能的設(shè)計(jì)。在危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)，通過(guò)設(shè)備或者遙控開(kāi)關(guān)面板上的“停止”鍵，使設(shè)備立即停止運(yùn)行，能夠及時(shí)阻止更危險(xiǎn)情形的出現(xiàn)，降低事故的損失率。

3、狀態(tài)顯示功能

機(jī)器人不會(huì)說(shuō)話，它的工作運(yùn)行狀態(tài)，只能通過(guò)狀態(tài)顯示功能來(lái)體現(xiàn)。因此，在自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線設(shè)計(jì)的過(guò)程中，一定要做好狀態(tài)顯示功能的設(shè)計(jì)，使其能夠?qū)ο到y(tǒng)各個(gè)部分的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行反應(yīng)，及時(shí)解決生產(chǎn)中出現(xiàn)的各種問(wèn)題。

四、氣動(dòng)機(jī)械手在自動(dòng)糊沖壓生產(chǎn)線中應(yīng)用的前景

（一）重復(fù)高精度

與人工操作相比，氣動(dòng)機(jī)械手采用氣動(dòng)伺服技術(shù)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，生產(chǎn)過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)高精度重復(fù)。在氣動(dòng)機(jī)械手生產(chǎn)的過(guò)程中，如果一個(gè)氣動(dòng)機(jī)械手出現(xiàn)了定位不精確的誤差，就會(huì)及時(shí)啟動(dòng)誤差調(diào)整功能，保證工作的高精度。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，氣動(dòng)機(jī)械手的精確度會(huì)越來(lái)越高，它的發(fā)展前景和工作領(lǐng)域會(huì)越來(lái)越寬廣。

（二）模塊化

現(xiàn)代的氣動(dòng)機(jī)械手正在由組合驅(qū)動(dòng)裝置向模塊化拼裝裝置轉(zhuǎn)化。這種轉(zhuǎn)化使氣動(dòng)機(jī)械手的安裝使用更加靈活方便，擴(kuò)大了氣動(dòng)機(jī)械手的應(yīng)用范圍，也是氣動(dòng)機(jī)械手發(fā)展的重要方向之一。

（三）無(wú)給油化

在食品、醫(yī)藥、紡織等生產(chǎn)要求高的行業(yè)，無(wú)污染是他們共同的追求?，F(xiàn)在，隨著技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了不加潤(rùn)滑脂的不供油潤(rùn)滑元件生產(chǎn)技術(shù)。這種無(wú)潤(rùn)滑元件如果在氣動(dòng)機(jī)械手裝置中得到廣泛應(yīng)用，不僅能夠節(jié)省潤(rùn)滑油、降低環(huán)境污染，而且能降低生產(chǎn)成本、延長(zhǎng)機(jī)器使用壽命，給相關(guān)行業(yè)帶來(lái)更大的利潤(rùn)空間。

（四）勞動(dòng)力集約化

在傳統(tǒng)的生產(chǎn)線中，單純采用人工方式進(jìn)行重復(fù)性、危險(xiǎn)性、節(jié)拍高的生產(chǎn)工作，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，很容易發(fā)生工傷。氣動(dòng)機(jī)械手在自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線中的使用，代替了大部分危險(xiǎn)性的人工工作，節(jié)約了人力勞動(dòng)成本，提高了人工及設(shè)備的安全性。這正體現(xiàn)了一種未來(lái)工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

結(jié)語(yǔ)：

氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程，我國(guó)對(duì)氣動(dòng)技術(shù)和氣動(dòng)機(jī)械手的研究與應(yīng)用都比較晚，但是近年來(lái)，隨著我國(guó)相關(guān)部門(mén)和企業(yè)重視程度的提高，對(duì)于氣動(dòng)機(jī)械手的投入力度和研發(fā)力度在不斷加大，我國(guó)自主研制的許多氣動(dòng)機(jī)械手已經(jīng)在各種行業(yè)內(nèi)廣泛應(yīng)用，并且獲得了國(guó)際的一致好評(píng)，為國(guó)家的技術(shù)進(jìn)步做出了卓越貢獻(xiàn)。可以預(yù)見(jiàn)，在不久的將來(lái)，氣動(dòng)機(jī)械手將越來(lái)越廣泛地進(jìn)入工業(yè)、軍事、航空、醫(yī)療、生活等各個(gè)領(lǐng)域，更多地影響我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程和人民的現(xiàn)代化生活水平。

參考文獻(xiàn)：

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