冲压自动化生产线中的工业机器人应用
摘 要：汽车车身覆盖件冲压生产线是汽车在生产过程中必不可少的机械设备，对汽车的生产效率和最终的质量有着直接影响关系。随着行业的发展变化，汽车的性能不断提高，对覆盖件的要求也就比之前更高，冲压生产线需要具备高品质、高效率、自动化等特点；因为在生产线上传统的人工操作已经不能满足生产的需求，所以采用工业机器人组成一个全新的机械化的自动冲压生产线，使得生产变得更高速高效。该文就工业机器人在冲压自动化生产线中的应用进行分析，结合冲压机器人的特点、冲压生产线的总体布局等方面展开论述。
关键词：冲压生产线 工业机器人 汽车工业 自动化
汽车工业是我国经济的支柱产业，随着市场竞争愈演愈烈，各汽车厂商，为在行业中占据优势不断推出新产品，以更高的性能和更好的车型来吸引消费者的关注。车身的覆盖件是生产过程中重要设备之一，其生产工艺和汽车最终的质量水平，会直接影响到汽车在市场中的竞争力。汽车在生产过程中，冲压加工是车身制造的主要工艺之一，因为目前市场是对于汽车的整体改进重点在于使重量变轻，而且很多厂商通常会采用大中型覆盖件自制，小型冲压件外协的生产方式，所以冲压生产线逐渐趋于自动化，以提升生产效率和质量[1]。
工业机器人替代了传统生产线上的手动操作，为厂商节省了更多的人力与物力，并且在生产效率上较传统生产方式有明显的改进，现已成为汽车制造行业的重要设备。而目前我国行业冲压自动化水平相对较低，在生产水平上没有达到理想的效果，针对冲压自动化生产线中的工业机器人应用的问题，具有重要的研究价值。
1 工业机器人的结构及特点
工业机器人是一种新型的机械设备，在冲压自动生产线上的应用，对汽车的生产制造起着很重要的作用。工业机器人主要依靠设备的控制能力和自身的运动动力而实现生产功能，它不仅能直接听取人的指挥，也能根据预先设置的程序运行。
1.1 工业机器人的结构
工业机器人的构成部分主要有主体、控制系统、驱动系统；其中主体由机座和执行机构组成，在功能上有与人相似的动作操作能力，其手臂、手腕可以进行抓放的操作，工业机器人通常都有3～6个自由度，其中单是手腕就具有1～3个自由度，它的灵活程度相对智能，节省成本的同时，提高工作效率[2]。控制系统对工业机器人起着控制作用，即在系统内输入程序指令，根据得到的指令向驱动系统、执行系统发出运行信号，对这一过程进行具体控制。驱动系统是为执行机构传达运行指令，使其产生与指令相符的动作。
冲压机器人是工业机器人中的一种，主要运用于冲压生产线；冲压机器人与工业机器人的构造基本一样，只是控制系统稍有不同，是由冲压控制系统和基本控制系统两部分组成的，其中冲压控制系统用来实现冲压生产线上的一些特殊功能，是一个根据实际操作需要而开发的专用模块。
1.2 工业机器人的特点
工业机器人的主要特点有三：一是具有与人类相似的操作功能，比如工业机器人具有作业功能、抓取功能、感知功能，并且可以直接听取人的指令完成任务要求等；二是对其进行编程预设，使其在得到指令后进行自动化工作，若程序指令有所变动，工业机器人更及时感应并随之变换，根据要求而运行；工业机器人在使用特点上，能随着机器人的运行轨迹做相应的调整，使设备整体的柔性化更强[3]。
总的来说，工业机器人具有生产成本低，在实际的生产线上可以起到降低厂商成本、提高工作效率、为厂商带来效益等作用，并且可以根据实际生产情况进行相应的调整，针对不同车型的生产，对其进行不同的编程指令输入即可；，具有较高的柔性化。
2 冲压自动化生产线中的工业机器人应用
工业机器人在冲压自动化生产线中应用，通常是将其使用于较为恶劣的工作环境下，执行以下难度较大、危险系数高的工作，因为工业机器人的出现，很大程度上减轻了人类的手工操作的工作量。工业机器人在冲压自动化生产线中的生产过程中运行方式具体如图1所示。
2.1 冲压自动化生产线中的工业机器人运行中的拆垛系统
在汽车的生产制造过程中，冲压自动化生产线输送的环节上，自动拆剁是必有的生产系统，这一系统有多种设备：拆剁小车、自动涂油装置、磁性皮带机以及对中台和双料检测等。
拆剁小车大多时候应用于材料的上料区和上料后停放的固定位置，是机器人的取料过程用时少，且更方便快捷。磁力皮带机则是根据实际位置的不同，有导出式皮带机和导入式皮带机两种分类，其中导入式皮带机的运行原理为：将机器人取出的物料传送至涂油机中，而导出式皮带机的运行原理则为：将板料按照一定的速度送达对中台内。两者具有共同性，基本原理上没有太大差异。
自动涂油机通常在板件存在较大的拉延率的情况下，在板料拉延这一工序上，进行具体的安排涂油工作；简单来说，就是通过自动涂油机，在板料表层进行相应的拉延油涂抹，以达到冷轧钢板上生产地滑移线消除的目的；保证最终加工完毕的板件其表面质量，达到标准要求，具备合格的润滑性能，同时可以提升冲压钢板的防锈能力。
对中台通常使用机械对中台，使固定或者移动更加快捷方便，也可以采用视觉对中或者重力对中的对中方式。为有效保证板料的定位更准确、方式上的便捷和固定时的牢固性，机器人在运行中会根据零件实际的对中位置，进行运动轨迹的自适应调整，从而快速而准确地将板料搬运到压力机内。
2.2 控制系统
控制系统是机器人在冲压自动化生产线中运行的核心系统，这一核心系统主要用来保证生产线上的各个部件之间能在统一协调管理下进行正常工作；同时控制系统自身的一些性能对冲压自动化生产线的整体效率和生产制作的自动化程度有着直接影响，而这些性能指标主要有技术方面的可靠性和先进性，在控制方法上的灵活性与有效性是否够高等因素。 控制系统由以下3种系统共同组成：监控控制系统、连线控制系统以及安全防护系统。监控系统则是与冲压生产线的监控管理相对应，连线控制系统是针对自动化生产的整个生产流程进行控制，监控系统则是与冲压生产线的监控管理相对应，安全防护系统自然就是对生产流程的安全负责了。
3 冲压生产线的安全防护
3.1 冲压生产线的安全分析
随着冲压生产线自动化生产的日益普及，大量机械设备在生产方面的能力都有了大幅度的提升，与之相对应的控制系统的技术也越来越复杂，一旦操作失误就很容带来安全事故。对于较为大型的生产线来说，安全防护问题就变得更加重要；冲压生产线中存在的安全问题主要有以下几点。
首先是生产线中的主要机械和机器人，包括相关的辅助设备，由于机械在运行过程中，速度较快，多个机械之间运行的区域有重叠的部分，它们之间存在着互相影响的关系，所以在一定程度上有着较为明显的安全隐患。其次各个设备之间受控制系统的调配，而控制系统的程序较为复杂，通常在进行安装或调试的过程中，需要对其相应的参数进行具体的设置与调整，而在对参数调整时，会因为设置不当而引起机械故障，进而带来隐患。然后是在冲压生产车间，多台机器同时运行会出现冲击或振动等现象，这一时间，对机械的控制能力变小，也会影响设备的正常运转。最后是冲压生产一般都是较为大批量的生产，若在生产中途因故障而停止生产，降低了生产效率，从而对厂商的经济效益有一定的影响。
针对以上可能带来安全隐患的问题，建议做好的防护工作有：保护人和机器的安全，生产过程中，由于多个机械同时运行，工作人员处在那样的环境下很容易受到伤害，但是无论在什么情况下，人身安全是高于一切的；其次是生产线上的大型设备，由于设备之间存在运行交互，对设备进行保护，尽可能地减低经济损失。另外一方面对数据的保护，由于控制系统在操作上相对复杂，若在这方面出现故障会导致数据的丢失或出现一些其他相关的错误，这也会为企业带来很多不利而影响。
3.2 冲压生产线的保护措施
对冲压生产线的保护措施，通常由硬件和软件两方面相结合来实现安全的目的[1]。硬件方面的连线监控系统通常运用总线布控进行数据的传输，所使用的总线需要具备抗干扰的能力和传输数据方面的可靠性等基本特点；监控系统建议使用带有屏蔽层的数据网线；安全防护系统需要采用安全系数较高的专用设备，最好是由专业人士进行分析推荐。软件方面，则需要对系统进行全面的且实时的监控，时刻注意避免数据在传输过程中各种错误的出现。
4 结语
随着经济水平的不断提高，科学技术的发展，工业方面也在进步着，冲压生产线中的机器人应用越来越广泛，它的出现提到了人们的手工操作，一定程度上将工作人员从单调枯燥的工作中解脱出来；由于工业机器人的成本较低，而投入进生产线上可以提升生产效率，为企业带来更多的效益；在近几年的发展中逐渐成为了汽车制造行业必不可少的设备之一。并且在实际生产过程中由于越来越趋向于自动化，对设备运转过程中的注意提升安全隐患的防护意识，在保护工作人员人身安全的前提下，尽可能的保障机械和工业机器人的安全。总的来说，工业机器人在冲压自动化生产线中应用，降低了生产成本，提高了生产效率，为企业节省了大量的人力物力，并且为其带来更多的经济效益，所以工艺机器人在生产线中的应用带来了非常重要的积极的正面影响。
参考文献
[1] 卢泽旭.工业机器人在冲压自动化生产线中的应用研究[J].装备应用与研究，2012（12）：49.
[2] 范云霄.工业机器人在虫也冲压自动化生产线中的应用[D].山东科技大学，2012.
[3] 田雪民.论工业机器人在冲压自动化生产线的应用[J].现代商贸工业，2013（12）：146-147.