易佳辉
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摘要：现如今，工业机器人的应用正在深入到工业生产的各个领域。探讨了工业机器人在冲压应用中效率的最大限度，总结了可操作或可参考的技术细节，以便于工业机器人在冲压应用中的广泛应用，从而提高冲压领域的自动化水平。
关键词：工业机器人；冲压；自动化；效率；节拍
Absrtact: Nowadays, the application of industrial robot is going deep into all fields of industrial production. This paper discusses the maximum efficiency of industrial robot in stamping application, summarizes the technical details that can be operated or referred to, so as to facilitate the wide application of industrial robot in stamping application, so as to improve the automation level of stamping field.
Key words: industrial robot; stamping; automation; efficiency; beat
引言：在冲压领域，我国仍然是劳动力密度高、自动化程度低、工作环境恶劣的国家。在冲压生产中，高噪声的工作环境、高重复性和单调性、高节奏性要求三个因素，容易使员工疲劳，进而导致工伤事故。推动工业机器人在冲压生产中的应用，不仅使工人从艰苦单调的工作环境中解放出来，而且大大提高了冲压产品的产量、稳定性和一致性，进一步提高了工业自动化水平。目前，工业机器人已广泛应用于冲压应用，如重载、拉深等对节拍要求不高的应用场合。为了进一步克服冲压作业对节拍效率要求高的问题，把人们从危险性和低附加值的工作中解放出来，从各个方面提高工业机器人的工作效率是非常重要的。
1、冲压应用中工业机器人的种类选择对作业效率的影响
在整个冲压自动化生产线中，冲压各个环节所使用的工业机器人都要有针对性地进行选择，因为这将直接影响冲压作业的效率。下面简单介绍几种典型的工业机器人在冲压中的应用。并联机器人更适合于高精度、高刚度、大载荷、工作空间小的场合[1]。在冲压应用中，可用于物料分拣等进料环节。冲压工序多，压力机配合紧密。在负载转移过程中，多采用旋转六轴或直线七轴机器人。下面以冲压七轴机器人做一详细介绍。冲压机器人具有良好的防尘、防污性，第七轴采用全伺服动力系统，在压机工件上、下料方面速度更快、精度更高，满足工厂冲压自动化柔性生产线的实际需要。机器人第七轴为地面式系列，轨道基座采用高强度型钢与优质钢板焊接而成，大限度的保障其精度，有效避免变形和振动的情况出现。控制系统采用自主研发中文控制系统，实现会中文即会操作；采用全反馈智能式设计，实现机器的实时自检功能，确保高稳定性和安全。在冲压自动化生产线的各环节，选择正确合适的工业机器人种类，将大大节省成本，提高冲压作业效率。
2、冲压应用中工业机器人的方案布局对作业效率的影响机器人操作区域设置安全围栏，采用多个工业机器人完成冲压自动化。在选择了合适的工业机器人种类之后，接下来要做的就是如何安排工业机器人之间的相对位置。应按以下原则安排[2]。首先，当固定机器人安装在地面上时，机器人与地面之间的高度应根据工业机器人的工作范围和臂距进行设置。在满足机器人不必要的工作位置和刚度的前提下，大大降低了机器人的工作寿命。其次，在整个冲压方案中，尽可能在每个环节，让一个工业机器人处理多个压力机或多个操作。其优点是可以提高工业机器人的在线利用率，减少机器人不必要的等待时间。最后，在工业机器人的布局上，对于频繁换模的压力机，应留出足够的空间进行换模操作或设置相应的机器人移动机构，减少换模时间，提高操作效率。
3、冲压应用中工业机器人的工装夹具对作业效率的影响
和人类的手操作不同的是，联系工业机器人与工件的桥梁，就是工装夹具。在上料、移载、下料等环节，合理设计工装夹具，将大大提高工业机器人的作业效率。没有与工业机器人直连的有上料料盘、分拣输运、工件翻转、工件检测等工装。安装在机器人末端的是夹具，在常用的冲压应用中，有吸盘类夹具以及抓手类夹具。由于两者使用大量气动元器件如真空发生器、气缸等，工厂应保证气源供应的稳定。同时，应根据工件及工序的特点设计合适的工装，以避免发生低效率的机器人取放工件，导致节拍时间变长。再者，实现同样功能的工装夹具，应优化其机构的设计，用优化的机械结构来达到减少执行器气缸个数，或气缸动作的次数，这将节省时间和能源，提高冲压的作业效率。对于不同工序间，有工件翻转要求的场合，应仿真衡量设置单独的翻转工装，还是直接选用多轴机器人直接实现翻转。以较经济的方式做设计，并以提高效率为目标。在实际工作的过程中，通常选择机器人具备自动更换端拾器的功能，和压机自动换模同步运行，进一步降低辅助时间，提升产能。
4、冲压应用中工业机器人的电气控制对作业效率的影响
工业机器人的控制系统在整个冲压应用中尤为重要，它主导着工业机器人的任务分配和程序执行，同时接收各环节各种传感器反馈信号。关于电气控制中需注意的事项有以下几点。第一，选择兼容的通讯方式，根据各类信号，设计以安全为前提的动作逻辑，尽量让机器人不作多余的等待，可以显著提高效率节拍。第二，根据工业机器人的工位以及取放点，应设计优化的工业机器人动作轨迹路线，避免多余的避障点或路线增加机器人的动作时间。第三，应尽量选用有内置 PLC 功能的工业机器人供应商，内置 PLC 功能将允许机器人多线程同步处理各类信号，无需增加与外置 PLC 通讯的时间，大大提高程序执行效率。第四，应选用有友好人机界面的工业机器人供应商，由于冲压工人需经过培训才能顺利使用工业机器人进行示教应用，所以越简洁易操作的人机界面，设计出来的程序越能反映出冲压工人优化的工艺思想。第五，整个方案应设置安全栅栏及应急预案，以便在发生工业机器人故障时，维修人员操作的时间不影响正常的冲压生产。
5、冲压生产线的保护措施
为了能够加强冲压生产线的运行效果，必须要针对冲压生产线制定一系列的安全防护措施，避免工业机器人发生故障。尽管冲压生产线被分为不同的区域，而且各自设备的运行也都在一定的区域内，但是很多的设备会出现有部分重叠的情况，如果没有针对重叠区域进行合理的控制和调配则很容易导致工业机器人在运行过程中发生碰撞，造成安全隐患。由于控制系统非常复杂，所以必须要加强控制系统的日常调配，通过各种参数以及设计及时调整工业机器人的工作方法，如果设备系统的设置出现问题，则很容易导致设备故障。对于冲压生产线的保护可以通过硬件保护与软件保护两种策略共同运行，全面提高冲压生产线的保护效果，例如通过硬件监控能够针对各项数据进行传输为此必须要加强总线的抗干扰能力，另外监控系统也应该保证数据传输的过程中附带屏蔽层，提高安全防护的系数。在冲压自动化生产线拆垛系统中包括一道垂直的升降门，通过剁料台与升降门相互配合转化能够保证运料安全，当某一个剁料台无料时，另外的调剁料台就会进入升降门，保证垛料台顺利运行，而无料的剁料台在离开之后升降门又会自动下落，通过对于升降门的合理控制能够保证生产安全，而且也可以实现自动冲压。如果系统运行出现故障，还能够通过 PLC 系统发出自动报警信号，并且对断料台进行互锁控制。自动保护装置是在冲模危险区周围设置光束、气流、电场等，一旦手进入危险区、通过光、电、气控制，使压力机自动停止工作。目前常用的自动保护装置是光电式保护装置。其原理是在危险区设置发光器和受光器，形成一束或多束光线。当操作者的手误入危险区时，光束受阻，使光信号通过光电管转换成电信号，电信号放大后与启动控制线路闭锁，使冲压机滑块立即停止工作，从而起到保护作用。
6.结束语
本文从工业机器人的选型、方案布置、夹具、电气控制等方面阐述了影响工业机器人冲压应用效率和节拍的各种原因，提出了许多可操作或可参考的技术细节。随着工业机器人在冲压领域的进一步应用，将大大缓解冲压生产中的工伤问题，加快工业自动化的进程。总之，工业机器人在实际应用过程中已经能够达到先进水平，但我国自动化技术的整体应用效果并不高，企业必须积极开展对工业机器人的深入研究，提高工业生产的整体质量。
参考文献：
[1] 田忠美. 工业机器人在冲压自动化生产线中的应用研究[J]. 数字化用户, 2018, 024(006):66.
[2] 乌海东. 智能制造背景下工业机器人在冲压自动化生产线中的应用研究[J]. 轻松学电脑, 2019, 000(025):P.1-1.