工業機器人下的沖壓自動生產線設計范文

本站小編為你精心準備了工業機器人下的沖壓自動生產線設計參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：傳統的電熱水器內膽沖壓生產一般采用專機操作和人工上下料相配合的方式，但是這種生產方式操作具有一定的危險性且生產條件惡劣，已不能滿足日益快速發展的工業要求，因此實現電熱水器內膽自動化生活迫在眉睫。基于此，文章調查了某企業沖壓生產線現狀，論述了工業機器人在沖壓線上的重要應用，針對電熱水器內膽的沖壓工序提出了沖壓機上下料機械手控制系統方案。

關鍵詞：沖壓；機械手；上下料；控制系統

本文根據電熱水器內膽沖壓加工的性質與特點，針對沖壓產品而研發的基于工業機器人的沖壓上下料的自動生產線，不僅能適應現今的沖壓自動化加工環境，使生產效率穩步提升，在其他機械制造業中也具有一定的通用性，對沖床，模具具有廣泛的兼容性。

1沖壓自動上下料生產線總體方案

1.1沖壓自動化生產線整體方案布線圖

該機器人沖壓上下料產線為電熱水器內膽端蓋沖壓自動化生產線，主要是由1套PLC總控系統、4臺沖床、2臺油壓機、1個3kg機械手（法蘭機）、1個10kg機械手（自動上料機）、7臺GSK-RB08機器人及其它相關設備組成。整體方案布線如圖1所示，通過機器人系統集成，實現了熱水器內膽沖壓上下料生產全過程自動化。

1.2上下料機器人系統的總體要求

電熱水器內膽上下料機器人沖壓生產線要求整個系統工作流程實現自動化。具體要求包括如下幾個方面：1.2.1沖床要求兩相鄰沖床工作臺高度加上模具下模高度之和，此數值不要超300mm為好。

1.2.2模具自動化要求（1）模具要求上下模脫料順暢，不能有卡料現象。（2）另模具的開模空位高度（除去定位的活動空間）盡量大于100mm以上，特別情況可以改用特殊結構。（3）模具應有導向定位裝置，且有足夠的導向空間。（4）產品盡量少翻轉。因為機器人只能正面拿料與放料，所以每增加一個翻轉就需配套增加一個翻轉臺與一臺機器人。（5）考慮兼容性，多款產品的翻轉工序盡量設計在同一個工序。

1.2.3現場要求兩機臺間中心距離小于2200mm時，機器人正面機床，擺臂角度可小于180°，速度較快。兩機臺間中心距離大于2200mm時，機器人需反向放置在機臺中間，擺臂角度為180°，速度較正面擺放方式會每次多用1秒以上。

1.2.4控制系統的要求控制系統結構設計合理，運行平穩，控制精度高，傳動方案可靠性高，噪音小。

1.2.5經濟性要求盡量結合用戶單位的需求，在不改變用戶單位原有沖床的機構和安裝場地基礎上進行改造，降低投資成本。

1.3內膽制造的工藝流程

在內膽沖壓階段，在準備好各工序模具的基礎上，由10kg機械手（自動上料機）自動在放料位置用吸盤抓取毛坯至傳送帶上，再經過檢測儀檢測毛坯料（電熱水器金屬圓板蓋，分為兩個位置疊放一起，板蓋疊放時涂有防銹油，吸盤吸取時可能導致多個板蓋黏貼在一起，但上料每次只摘要：傳統的電熱水器內膽沖壓生產一般采用專機操作和人工上下料相配合的方式，但是這種生產方式操作具有一定的危險性能抓取一個）是否多個黏貼一起，單個板蓋允許傳送到機器人5取料位置，多個時由10kg機械手取回至傳送帶上等待下一次上料；機器人5上料：上料機上毛坯料到取料位置后，機器人5抓取毛坯料（板蓋）分別給油壓機E和油壓機F進行沖壓（產線分為兩條支線）；機器人4上下料：油壓機E沖壓完成后，通過下料裝置定位沖壓完成的半成品，機器人4抓取半成品給沖床A沖壓；機器人3上下料：沖床A沖壓完成后，機器人3抓取半成品給沖床B沖壓；機器人2上下料：沖床B沖壓完成后，機器人2抓取半成品給沖床C，等待3kg機械手（法蘭機）抓取熱水器端蓋法蘭放置端蓋半成品上后進行沖壓；機器人1下料：沖床C沖壓完成后，機器人1抓取成品（熱水器左側端蓋）下料；機器人6上下料：油壓機F沖壓完成后，通過下料裝置定位沖壓完成的半成品，機器人6抓取半成品給沖床D沖壓；機器人7下料：沖床D沖壓完成后，機器人7抓取成品（熱水器右側端蓋）下料。

2沖壓生產線的控制系統設計

為了實現生產過程運行速度快，定位準，效率高目標，對各設備的自動化控制和它們間的配合協調控制就顯得尤為重要，下面主要對沖壓生產線的控制系統的方案設計進行分析。

2.1控制系統的硬件設計

沖壓自動生產線的電控系統主要由壓機、機器人及輔助設備組成，在進行控制系統的硬件設計時需要充分考慮以下兩點：（1）壓機、機器人及輔助設備三部分的工藝參數的選取設定、配合、動作協調調整由控制系統統一協調，確保整條沖壓自動生產線正常運行；（2）在進行控制系統的設計時，需要結合整條生產線的占地面積大、各設備之間間隔大、涉及到設備多、整體系統控制復雜等特點綜合考慮。根據以上分析，綜合本生產線的特點，在其控制系統硬件設計上，選擇分布式控制系統，在實現總體控制的基礎上，使各個設備實現自身靈活的控制要求，還能有效實現控制信息和數據在各設備間有效傳遞，有效解決設備間分布廣的問題，整個生產線間各設備高效運作。該控制方案的思路是將整個現場設備層的自動化系統分為機器人自動化控制和沖壓機自動化控制兩部分。線首PLC作為機器人的控制部分的控制系統，通過總線連接各個單元的變頻器、機器人以及通過耦合器來來實現與壓機的PLC進行數據交換。與上述機器人部分控制思路類似，壓機自動化部分以PLC作為控制系統，通過總線實現現場的各個壓機PLC的數據交換，將分布在各個組成單元的分布I/O，編碼器，變頻器，直流調速器等協調連接起來。選擇分布式控制系統，易于擴充、以靈活實現沖壓工序的增加和減少，另外由于該方案連線結構簡單，便于安裝與維護，可靠性高且經濟實用。

2.2控制系統的軟件設計

2.2.1控制系統的軟件流程系統上電完畢，總控系統完成初始化操作后，檢測判斷機器人沖壓機床及非標作業專機是否處于正常就緒狀態，如都就緒，等待命令，操作人員通過開關扳的實現自動模式與手動模式的切換；待程序進入自動模式，待按下啟動開關后，整個生產線進入自動運行狀態，直至按下停止或復位按鈕或有故障為止。

2.2.2系統PLC的程序功能設計PLC軟件構成主要包括：手動功能、自動功能、報警查詢、故障處理、參數修改。為了滿足沖壓生產線的工作狀況以及實現系統控制的人性化要求，系統PLC的程序功能設計需要具備以下幾個要求：（1）滿足單個動作的手動控制。（2）一個工作循環的自動控制。（3）故障處理功能和報警功能。（4）在線通信功能。（5）參數修改功能。

2.2.3人機交互界面一旦系統存在故障，整個生產線停止工作，系統自動進去故障處理模塊，通過故障查詢按故障等級完成系統故障響應，進行故障報警，自動生成報警日志并顯示在觸摸屏上。

2.2.4系統工作節拍與動作循環為便于分析，以多工序的上蓋為例，將沖壓生產線劃分為六個單元：（1）第一工站（拉伸），采用自動料架上料，兩個料倉運行。（2）第二工站（切邊），與第一工站為同向，無翻轉。（3）第三工站（沖孔）與第二工站同向，無翻轉。（4）第四工站（翻邊），與第三工站同向，無翻轉。（5）第五工站（鉚法蘭），與第四工站為同向，無翻轉。（6）鉚接下料單元。一般情況下，生產線的整體節拍由最慢作業單元的工作時間決定，所以分析該生產線的工作節拍，通過分析含有機器人單元的動作循環時間。經實際生產驗證，生產線系統在連續運行狀態下，上蓋5工程+下蓋2工程，生產時間10H，最大產量為4000件左右。

2.2.5生產線安全系統設計沖壓自動上下料生產線生產現場的安全性是進行系統設計時需要重點考慮的問題之一。在控制安全性的設計上，本系統將生產線中的每臺機床和機器人劃分若干個區域，每臺機床和機床作為單獨的單位，這樣可以實現各個單位自身的有效控制，避免受到干擾，同時在機床和機器人公共空間設置防碰撞空間，以提高設備動作的安全性。另外，為了避免電壓變化影響機器人的設備運行，每臺沖床配套提供一個從主線上接出的電源插座，不能從沖床上接出。另如有自動料架時需提供氣路以便于連接。

3結束語

本文設計的沖壓自動化生產線控制系統，實現電熱水器內膽壓工藝流程的全自動化生產，改變了傳統的內膽生產方式，顯著提高了內膽產品的質量和生產效率，該系統在電器部分的安裝及調試電氣連接和現場布線都應符合國家標準。

參考文獻：

[1]戴騰清.基于PROFIBUS現場總線在機器人沖壓自動化線的設計與實現[D].華南理工大學，2015.

[2]盧澤旭.工業機器人在沖壓自動化生產線中的應用研究[J].現代制造，2012（12）：49-49.

作者：何樹洋 單位：廣州數控設備有限公司