工业机器人下的冲压自动生产线设计范文

摘要：传统的电热水器内胆冲压生产一般采用专机操作和人工上下料相配合的方式，但是这种生产方式操作具有一定的危险性且生产条件恶劣，已不能满足日益快速发展的工业要求，因此实现电热水器内胆自动化生活迫在眉睫。基于此，文章调查了某企业冲压生产线现状，论述了工业机器人在冲压线上的重要应用，针对电热水器内胆的冲压工序提出了冲压机上下料机械手控制系统方案。

关键词：冲压；机械手；上下料；控制系统

本文根据电热水器内胆冲压加工的性质与特点，针对冲压产品而研发的基于工业机器人的冲压上下料的自动生产线，不仅能适应现今的冲压自动化加工环境，使生产效率稳步提升，在其他机械制造业中也具有一定的通用性，对冲床，模具具有广泛的兼容性。

1冲压自动上下料生产线总体方案

1.1冲压自动化生产线整体方案布线图

该机器人冲压上下料产线为电热水器内胆端盖冲压自动化生产线，主要是由1套PLC总控系统、4台冲床、2台油压机、1个3kg机械手（法兰机）、1个10kg机械手（自动上料机）、7台GSK-RB08机器人及其它相关设备组成。整体方案布线如图1所示，通过机器人系统集成，实现了热水器内胆冲压上下料生产全过程自动化。

1.2上下料机器人系统的总体要求

电热水器内胆上下料机器人冲压生产线要求整个系统工作流程实现自动化。具体要求包括如下几个方面：1.2.1冲床要求两相邻冲床工作台高度加上模具下模高度之和，此数值不要超300mm为好。

1.2.2模具自动化要求（1）模具要求上下模脱料顺畅，不能有卡料现象。（2）另模具的开模空位高度（除去定位的活动空间）尽量大于100mm以上，特别情况可以改用特殊结构。（3）模具应有导向定位装置，且有足够的导向空间。（4）产品尽量少翻转。因为机器人只能正面拿料与放料，所以每增加一个翻转就需配套增加一个翻转台与一台机器人。（5）考虑兼容性，多款产品的翻转工序尽量设计在同一个工序。

1.2.3现场要求两机台间中心距离小于2200mm时，机器人正面机床，摆臂角度可小于180°，速度较快。两机台间中心距离大于2200mm时，机器人需反向放置在机台中间，摆臂角度为180°，速度较正面摆放方式会每次多用1秒以上。

1.2.4控制系统的要求控制系统结构设计合理，运行平稳，控制精度高，传动方案可靠性高，噪音小。

1.2.5经济性要求尽量结合用户单位的需求，在不改变用户单位原有冲床的机构和安装场地基础上进行改造，降低投资成本。

1.3内胆制造的工艺流程

在内胆冲压阶段，在准备好各工序模具的基础上，由10kg机械手（自动上料机）自动在放料位置用吸盘抓取毛坯至传送带上，再经过检测仪检测毛坯料（电热水器金属圆板盖，分为两个位置叠放一起，板盖叠放时涂有防锈油，吸盘吸取时可能导致多个板盖黏贴在一起，但上料每次只摘要：传统的电热水器内胆冲压生产一般采用专机操作和人工上下料相配合的方式，但是这种生产方式操作具有一定的危险性能抓取一个）是否多个黏贴一起，单个板盖允许传送到机器人5取料位置，多个时由10kg机械手取回至传送带上等待下一次上料；机器人5上料：上料机上毛坯料到取料位置后，机器人5抓取毛坯料（板盖）分别给油压机E和油压机F进行冲压（产线分为两条支线）；机器人4上下料：油压机E冲压完成后，通过下料装置定位冲压完成的半成品，机器人4抓取半成品给冲床A冲压；机器人3上下料：冲床A冲压完成后，机器人3抓取半成品给冲床B冲压；机器人2上下料：冲床B冲压完成后，机器人2抓取半成品给冲床C，等待3kg机械手（法兰机）抓取热水器端盖法兰放置端盖半成品上后进行冲压；机器人1下料：冲床C冲压完成后，机器人1抓取成品（热水器左侧端盖）下料；机器人6上下料：油压机F冲压完成后，通过下料装置定位冲压完成的半成品，机器人6抓取半成品给冲床D冲压；机器人7下料：冲床D冲压完成后，机器人7抓取成品（热水器右侧端盖）下料。

2冲压生产线的控制系统设计

为了实现生产过程运行速度快，定位准，效率高目标，对各设备的自动化控制和它们间的配合协调控制就显得尤为重要，下面主要对冲压生产线的控制系统的方案设计进行分析。

2.1控制系统的硬件设计

冲压自动生产线的电控系统主要由压机、机器人及辅助设备组成，在进行控制系统的硬件设计时需要充分考虑以下两点：（1）压机、机器人及辅助设备三部分的工艺参数的选取设定、配合、动作协调调整由控制系统统一协调，确保整条冲压自动生产线正常运行；（2）在进行控制系统的设计时，需要结合整条生产线的占地面积大、各设备之间间隔大、涉及到设备多、整体系统控制复杂等特点综合考虑。根据以上分析，综合本生产线的特点，在其控制系统硬件设计上，选择分布式控制系统，在实现总体控制的基础上，使各个设备实现自身灵活的控制要求，还能有效实现控制信息和数据在各设备间有效传递，有效解决设备间分布广的问题，整个生产线间各设备高效运作。该控制方案的思路是将整个现场设备层的自动化系统分为机器人自动化控制和冲压机自动化控制两部分。线首PLC作为机器人的控制部分的控制系统，通过总线连接各个单元的变频器、机器人以及通过耦合器来来实现与压机的PLC进行数据交换。与上述机器人部分控制思路类似，压机自动化部分以PLC作为控制系统，通过总线实现现场的各个压机PLC的数据交换，将分布在各个组成单元的分布I/O，编码器，变频器，直流调速器等协调连接起来。选择分布式控制系统，易于扩充、以灵活实现冲压工序的增加和减少，另外由于该方案连线结构简单，便于安装与维护，可靠性高且经济实用。

2.2控制系统的软件设计

2.2.1控制系统的软件流程系统上电完毕，总控系统完成初始化操作后，检测判断机器人冲压机床及非标作业专机是否处于正常就绪状态，如都就绪，等待命令，操作人员通过开关扳的实现自动模式与手动模式的切换；待程序进入自动模式，待按下启动开关后，整个生产线进入自动运行状态，直至按下停止或复位按钮或有故障为止。

2.2.2系统PLC的程序功能设计PLC软件构成主要包括：手动功能、自动功能、报警查询、故障处理、参数修改。为了满足冲压生产线的工作状况以及实现系统控制的人性化要求，系统PLC的程序功能设计需要具备以下几个要求：（1）满足单个动作的手动控制。（2）一个工作循环的自动控制。（3）故障处理功能和报警功能。（4）在线通信功能。（5）参数修改功能。

2.2.3人机交互界面一旦系统存在故障，整个生产线停止工作，系统自动进去故障处理模块，通过故障查询按故障等级完成系统故障响应，进行故障报警，自动生成报警日志并显示在触摸屏上。

2.2.4系统工作节拍与动作循环为便于分析，以多工序的上盖为例，将冲压生产线划分为六个单元：（1）第一工站（拉伸），采用自动料架上料，两个料仓运行。（2）第二工站（切边），与第一工站为同向，无翻转。（3）第三工站（冲孔）与第二工站同向，无翻转。（4）第四工站（翻边），与第三工站同向，无翻转。（5）第五工站（铆法兰），与第四工站为同向，无翻转。（6）铆接下料单元。一般情况下，生产线的整体节拍由最慢作业单元的工作时间决定，所以分析该生产线的工作节拍，通过分析含有机器人单元的动作循环时间。经实际生产验证，生产线系统在连续运行状态下，上盖5工程+下盖2工程，生产时间10H，最大产量为4000件左右。

2.2.5生产线安全系统设计冲压自动上下料生产线生产现场的安全性是进行系统设计时需要重点考虑的问题之一。在控制安全性的设计上，本系统将生产线中的每台机床和机器人划分若干个区域，每台机床和机床作为单独的单位，这样可以实现各个单位自身的有效控制，避免受到干扰，同时在机床和机器人公共空间设置防碰撞空间，以提高设备动作的安全性。另外，为了避免电压变化影响机器人的设备运行，每台冲床配套提供一个从主线上接出的电源插座，不能从冲床上接出。另如有自动料架时需提供气路以便于连接。

3结束语

本文设计的冲压自动化生产线控制系统，实现电热水器内胆压工艺流程的全自动化生产，改变了传统的内胆生产方式，显著提高了内胆产品的质量和生产效率，该系统在电器部分的安装及调试电气连接和现场布线都应符合国家标准。

参考文献：

[1]戴腾清.基于PROFIBUS现场总线在机器人冲压自动化线的设计与实现[D].华南理工大学，2015.

[2]卢泽旭.工业机器人在冲压自动化生产线中的应用研究[J].现代制造，2012（12）：49-49.

作者：何树洋 单位：广州数控设备有限公司