機器人直線(xiàn)七軸技術(shù)是沖壓機器人運輸系統軟件的新發(fā)展成果。根據對汽車(chē)企業(yè)沖壓生產(chǎn)車(chē)間選擇的機器人直線(xiàn)七軸技術(shù)的分析，探討了該技術(shù)應用的優(yōu)勢和優(yōu)勢。

隨著(zhù)我國汽車(chē)工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，金屬板材料沖壓自動(dòng)化控制取得了巨大進(jìn)展，特別是工業(yè)生產(chǎn)機器人運輸系統軟件在自動(dòng)化技術(shù)沖壓生產(chǎn)線(xiàn)中的廣泛應用，為高軟、高效的沖壓生產(chǎn)線(xiàn)帶來(lái)了良好的解決方案。

當代汽車(chē)工業(yè)生產(chǎn)具有生產(chǎn)制造產(chǎn)業(yè)化、汽車(chē)系統批量小、類(lèi)型變化快、多車(chē)系統共線(xiàn)生產(chǎn)的特點(diǎn)。這一發(fā)展趨勢規定了沖壓自動(dòng)化控制的持續發(fā)展趨勢，具有較高的軟性和效率。系列單機版連線(xiàn)自動(dòng)化技術(shù)沖壓線(xiàn)是我國汽車(chē)廠(chǎng)沖壓生產(chǎn)線(xiàn)選擇的流行方案。采用機器人運輸系統軟件的系列單機版本連接自動(dòng)化技術(shù)沖壓生產(chǎn)線(xiàn)具有投資低、效率高、韌性高等優(yōu)點(diǎn)。此外，由于工業(yè)生產(chǎn)機器人技術(shù)的快速發(fā)展，沖壓機器人運輸系統軟件的功能仍在不斷提高。

機器人運送系統軟件在沖壓自動(dòng)化流水線(xiàn)里的應用

在選擇機器人運輸系統軟件的自動(dòng)化技術(shù)沖壓生產(chǎn)線(xiàn)時(shí)，機器人關(guān)鍵進(jìn)行板材拆卸、壓力機中間沖壓產(chǎn)品工件傳輸、線(xiàn)尾產(chǎn)品工件導出等工作。根據PLC控制系統軟件的和諧、機器人與壓力機的中間、給料機器人的中間、機器人與輸送機械設備的協(xié)調關(guān)系準確穩定。每個(gè)機器人的功能布局如下圖1所示。

圖1 沖壓機器人運輸系統軟件功能布局

詳細介紹機器人直線(xiàn)七軸技術(shù)

從我國已建成投產(chǎn)的自動(dòng)化技術(shù)沖壓生產(chǎn)線(xiàn)來(lái)看，絕大多數用于沖壓生產(chǎn)線(xiàn)的工業(yè)生產(chǎn)機器人都是標準化的六軸工業(yè)生產(chǎn)機器人點(diǎn)取決于產(chǎn)品成本低、柔性生產(chǎn)水平高、后期維護簡(jiǎn)單。然而，由于健身姿勢的限制，六軸工業(yè)生產(chǎn)機器人在從上一臺壓力機傳輸到下一臺壓力機的過(guò)程中，沖壓產(chǎn)品工件必須進(jìn)行180度以上的水平旋轉，導致機器人軌跡復雜，沖壓產(chǎn)品工件旋轉時(shí)容易掉落，限制了機器人的運行速度，從而限制了生產(chǎn)節奏的提高。沖壓產(chǎn)品工件的旋轉姿勢必須有很大的空間，尤其是在運輸車(chē)身側等大中型沖壓件時(shí)。這導致前后左右工藝壓力機之間的間隔過(guò)大，增加了生產(chǎn)線(xiàn)的總面積，從而增加了工業(yè)廠(chǎng)房基礎設施的投資。

機器人直線(xiàn)七軸技術(shù)是為了擺脫上述規范六軸工業(yè)生產(chǎn)機器人的情況而開(kāi)發(fā)設計的。其基本概念是在機器人第六軸軸移動(dòng)設備，設備配備獨立的步進(jìn)電機和伺服電機，根據機器人控制柜的電纜連接，由機器人自動(dòng)控制系統和機器人其他六軸，如下圖2所示。

圖2 工業(yè)生產(chǎn)機器人配備直線(xiàn)七軸設備

根據機器人第六軸上直線(xiàn)七軸設備的改造，建立產(chǎn)品工件前后左右壓力機中間的平行運動(dòng)，大大簡(jiǎn)化了機器人的運輸軌跡，不僅提高了生產(chǎn)效率，而且節省了空間，如下圖3所示。

圖3 沖壓產(chǎn)品工件在前后左右壓力機中間運輸時(shí)平行移動(dòng)

選擇直線(xiàn)七軸技術(shù)機器人沖壓生產(chǎn)線(xiàn)總體規劃中的常見(jiàn)問(wèn)題

在幾個(gè)沖壓自動(dòng)化裝配線(xiàn)項目的建設中，采用了配備直線(xiàn)七軸技術(shù)的工業(yè)生產(chǎn)機器人運輸系統軟件，積累了一些工作經(jīng)驗?？傮w規劃期的關(guān)鍵經(jīng)驗總結如下：

① 如何選擇前后左右壓力機中間的核心間隔；

② 若選擇壓力機滾輪行程安排和模具開(kāi)口度；

③ 合理的防碰撞對策。

選擇前后左右壓力機的中心距離

工業(yè)生產(chǎn)機器人采用直線(xiàn)七軸技術(shù)，對操作室內空間要求不高。當第一臺壓力機噸數不小于2000噸時(shí)，壓力機操作臺的總寬度設置為2500噸mm前后左右壓力機中間的較小間隔可設置在5800左右mm，間隔越小，節奏的提高無(wú)疑就越強，但在具體的整體規劃中，也要綜合分析以下三個(gè)要素。

如果生產(chǎn)線(xiàn)還配備了機器人自動(dòng)拆卸和更換未端電動(dòng)執行機構的功能，當壓力機中心距離鐘時(shí)，必然會(huì )導致前后左右壓力機桿中間沒(méi)有很大的室內空間，不能完成機器人到機器人基礎拆卸和更換未端電動(dòng)執行機構，這只配備未端電動(dòng)執行機構移載汽車(chē)，將增加土建工程和設備投資，并減少機器設備的運轉可靠性。

配備未端電動(dòng)執行機構移載汽車(chē)時(shí)，機器人基座必須拆除并更換為門(mén)基座，這將導致前壓力機左后立桿和后壓力機左前立桿非常接近機器人基座，壓力機立桿中的維修門(mén)衛難以打開(kāi)。

壓力機中心距離太小，壓力機底座前后沒(méi)有足夠的區域配備維護平臺，難以維修安排在壓力機底座下的操作臺，降低壓力機后的維護方便性。

壓力機滾輪行程安排和模具開(kāi)口度的選擇

生產(chǎn)線(xiàn)采用直線(xiàn)七軸技術(shù)時(shí)，可按以下標準設置滾輪行程安排和模具開(kāi)口度。

圖4 設置模具開(kāi)口度提示

如下圖4所示：G = A B C D

A 零件薄厚 （企業(yè) mm）

B 上模間距：50mm

C 直線(xiàn)七軸設備 端拾器 薄厚 ：250mm

D 下模間距：50mm

合理的模具張口相對高度必須超過(guò)G，機器人可以成功地從模具中輸送或取下沖壓件。

當模具的合理開(kāi)口相對高度低于G時(shí)，必須對模具和沖壓件進(jìn)行深入分析，以確定沖壓件是否可以在沖壓網(wǎng)上生產(chǎn)。

合理的防碰撞對策

直線(xiàn)七軸工業(yè)生產(chǎn)機器人，在沖壓生產(chǎn)過(guò)程中，直線(xiàn)七軸設備進(jìn)入模具凹模進(jìn)行上下材料，因此需要采取以下有效措施降低硬件軟件系統軟件沖擊的風(fēng)險。

① 在壓力機自動(dòng)控制系統中，設置有效的保證視角，并空出足夠的滾輪制動(dòng)減速；

② 當壓力機滾輪運作的行程安排頻次產(chǎn)生變化時(shí)，全自動(dòng)撤銷(xiāo)“開(kāi)料機器人的提早進(jìn)到上料”和“壓力機滾輪提早下滑”的改進(jìn)姿勢 ；

③ 當進(jìn)料機器人的速度設置小于100%時(shí)，進(jìn)料機器人提前進(jìn)入進(jìn)料的改進(jìn)姿自動(dòng)撤銷(xiāo)；

④ 當送料機器人的速度設置小于100%時(shí)，壓力機滾輪提前下降的改進(jìn)姿勢將自動(dòng)取消；

⑤ 當壓力機滾輪突然停止上升時(shí)，切割機器人的操作將立即自動(dòng)終止；

⑥ 如果因常見(jiàn)故障突然停止進(jìn)料機器人在模腔進(jìn)料全過(guò)程中，應立即停止進(jìn)料機器人的運行。故障排除后，必須手動(dòng)清除開(kāi)口機器人，重新啟動(dòng)生產(chǎn)制造循環(huán)系統。

⑦ 全程自動(dòng)換模時(shí)，第一步必須是所有機器人先返回HOME然后允許壓力機操作臺啟動(dòng)。

⑧ 當整個(gè)過(guò)程自動(dòng)更換模具時(shí)，必須在壓力機的所有更換步驟完成后。人工確定后，按下生產(chǎn)線(xiàn)循環(huán)系統啟動(dòng)按鈕，允許機器人運行到等待切割部分。

⑨ 在壓力機上增加一個(gè)絕對值的編碼器來(lái)檢查滾輪部分，并立即與壓力機本身的滾輪角度編碼器數據信號進(jìn)行比較。如有誤差，滾輪和機器人的操作將立即終止；

⑩ 塑料防撞塊配備在直線(xiàn)七軸設備的兩側。當發(fā)生輕微沖擊時(shí)，確保七軸本身不易損壞 。

根據機器人直線(xiàn)七軸技術(shù)在許多新項目中的實(shí)際應用，技術(shù)優(yōu)勢總結如下：

（1）產(chǎn)品工件在生產(chǎn)過(guò)程中保持平行移動(dòng)，無(wú)需旋轉。這有利于提高左右工藝壓力機中產(chǎn)品工件的傳輸速度，提高生產(chǎn)線(xiàn)的效率，特別是在生產(chǎn)車(chē)身側等大中型覆蓋時(shí)。

（2）當產(chǎn)品工件在左右工藝流程壓力機中間傳輸時(shí)，保持平行移動(dòng)方式，可使大中型產(chǎn)品工件在較小的室內空間內傳輸，減少壓力機中間的間隔，減少工業(yè)廠(chǎng)房沖壓線(xiàn)的總面積，降低工業(yè)廠(chǎng)房的建設成本。

(3)直線(xiàn)七軸技術(shù)機器人運輸系統軟件適應性強，柔性生產(chǎn)高，從側面到車(chē)身整體側面，可自動(dòng)高效生產(chǎn)。

(4)配合大中型機器人，直線(xiàn)七軸設備承載能力合理。比如配備直線(xiàn)七軸技術(shù)性的機器人采用是指ABB IRB7600 325/3.直線(xiàn)七軸設備頂部的1型機器人負載能力可超過(guò)90Kg。減少未端電動(dòng)執行機構和未端電動(dòng)執行機構快速更換工具夾具的質(zhì)量，至少可以給予60個(gè)Kg沖壓產(chǎn)品工件的負載能力已經(jīng)遠遠超過(guò)了普通汽車(chē)和SUV側沖壓件的整體質(zhì)量。

機器人直線(xiàn)七軸技術(shù)存在的局限性

（1）根據承載力，直線(xiàn)七軸設備的長(cháng)度有限，限制了前、后、左、右壓力機的大中心距離。一般來(lái)說(shuō)，前、后、左、右壓力機中心線(xiàn)之間的間隔不得超過(guò)8.5m。如果舊的手動(dòng)沖壓生產(chǎn)線(xiàn)更新改造，前后左右壓力機的中心距離超過(guò)上述標值，則不能選擇機器人直線(xiàn)七軸技術(shù)。

（2）在沖壓生產(chǎn)過(guò)程中，直線(xiàn)七軸設備必須延伸到壓力機模腔內。如果機器人與機器人、機器人與模具發(fā)生沖擊，很可能導致七軸設備損壞，直線(xiàn)七軸設備難以維修。

隨著(zhù)我國汽車(chē)行業(yè)競爭的不斷加劇，汽車(chē)原材料成本和質(zhì)量已成為汽車(chē)制造商爭奪銷(xiāo)售市場(chǎng)的前提。因此，選擇機器人運輸系統軟件進(jìn)行沖壓生產(chǎn)是降低汽車(chē)原材料成本、提高車(chē)身生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)手段。機器人直線(xiàn)七軸技術(shù)也充分利用了沖壓機器人運輸系統軟件的優(yōu)勢，進(jìn)一步提升了高軟、高效、低投資的特點(diǎn)。

60%的汽車(chē)生產(chǎn)和制造~70%的金屬材料零件需要沖壓生產(chǎn)加工。據調查，普通汽車(chē)的平均值必須在1500個(gè)左右。沖壓是較基本、較傳統、較重要的金屬材料激光切割加工方法之一，各種覆蓋、汽車(chē)支撐、結構升降，也有許多汽車(chē)部件，如發(fā)動(dòng)機排氣管彎頭和消音器、空心發(fā)動(dòng)機凸輪軸、發(fā)動(dòng)機油底殼、發(fā)動(dòng)機支架、框架剪力墻部件、側梁屬于沖壓部件。

沖壓模具是沖壓過(guò)程中非常重要的工作服。簡(jiǎn)單地說(shuō)，沖壓模具是沖壓過(guò)程中使用的模板。模板只沖壓一個(gè)沖壓件。根據所需沖壓件的不同規格、原材料和外觀(guān)，需要選擇不同類(lèi)型的沖壓模具。

近年來(lái)，我國沖壓模具水平有了很大提高。大中型沖壓模具已經(jīng)能夠制造出一套價(jià)值超過(guò)50噸的模具。中國也可以生產(chǎn)國產(chǎn)微型車(chē)配套設施的覆蓋模具。精密度做到1~2μm，使用壽命2億個(gè)上下的多工位沖壓模具中國可以生產(chǎn)加工。做到外觀(guān)粗糙度Ra≦1.5μm精沖壓模具，大規格(Φ≧300mm)中國的精沖模和中板精沖模也達到了很強的水平。

在我國模具領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展趨勢，整體水平和綜合競爭力顯著(zhù)提高，汽車(chē)、摩托車(chē)、電子設備、家用電器服務(wù)能力大大提高，領(lǐng)域產(chǎn)生了一定數量和實(shí)力的龍頭企業(yè)，模具產(chǎn)品質(zhì)量和工藝水平大大提高。

目前，我國模具產(chǎn)業(yè)鏈的重點(diǎn)集中在珠三角、長(cháng)三角、環(huán)勃海三個(gè)大中型集聚區及其成都-重慶、武漢-威海兩個(gè)中等水平集聚區。上述五個(gè)地區的模具生產(chǎn)能力占全國各地的90%以上。在這樣一個(gè)大中型集群地區，也形成了許多具有較強集群水平的城市、區、縣、鎮特色模具生產(chǎn)場(chǎng)所我國模具領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)鏈集群效應正在逐步呈現。

在區域分布方面，東南沿海城市的模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃快于西部地區，南部地區的模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃快于北部地區。目前，廣東省和浙江省的發(fā)展趨勢較快，模具生產(chǎn)制造更集中。

在國外、法國和日本的汽車(chē)加工制造資本主義國家，汽車(chē)模具行業(yè)的產(chǎn)值占整個(gè)模具行業(yè)產(chǎn)值的40%以上。中國不到三分之一的模具產(chǎn)品是為汽車(chē)加工制造服務(wù)的。一般來(lái)說(shuō)，一輛普通汽車(chē)的生產(chǎn)和制造必須有1000到1500套昆蟲(chóng)模具，約占所有模具年產(chǎn)值的40%。汽車(chē)沖壓模具尺寸大，工作中型面復雜，標準規范高，屬于技術(shù)密集型商品。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和武器裝備水平的提高，可以控制成本、提高生產(chǎn)效率的多站模具和沖壓模具逐漸應用于汽車(chē)沖壓模具的設計和制造，成為汽車(chē)沖壓模具生產(chǎn)制造技術(shù)的發(fā)展方向。

近些年來(lái)汽車(chē)工業(yè)生產(chǎn)、電子信息技術(shù)、家用電器、建筑材料及機械制造業(yè)等的高速發(fā)展，在我國模具產(chǎn)業(yè)鏈也實(shí)現了持續增長(cháng)。中國商業(yè)集團產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2017-2022年中國模具行業(yè)前景調查及投資機會(huì )調查報告》預測分析顯示，2018年中國模具行業(yè)總營(yíng)業(yè)額將超過(guò)2000億美元。到2021年，中國汽車(chē)產(chǎn)量將達到近3575萬(wàn)輛，年平均增長(cháng)率為6.5%左右，對汽車(chē)模具的需求將達到386噸。

沖壓模具的發(fā)展趨勢將根據市場(chǎng)需求、發(fā)展趨勢和現階段情況來(lái)確定。

（1）沖壓模具產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵。汽車(chē)覆蓋模具的發(fā)展重點(diǎn)是技術(shù)標準強的大、中、小型汽車(chē)覆蓋模具，特別是外性板和不同厚鋼板的沖壓模具及大中型多工位沖壓模具、連續模將來(lái)將會(huì )出現迅速的發(fā)展趨勢。多用途、多工位沖壓模具中發(fā)展重點(diǎn)是高精密、效率高和大中型、高使用壽命的沖壓模具。精沖壓模具中發(fā)展重點(diǎn)是厚鋼板精沖壓模具大中型精沖壓模具，并不斷提升其精密度。

沖壓模具一共有7小項，并有一些按其服務(wù)對象來(lái)叫法的一些類(lèi)別?，F階段急缺發(fā)展趨勢是指汽車(chē)覆蓋件模具，多用途、多工位沖壓模具和精沖模。這種模具如今產(chǎn)需分歧大，發(fā)展前景好。

（2）沖壓模具技術(shù)發(fā)展關(guān)鍵。模具技術(shù)性行業(yè)發(fā)展趨勢目的是為了朝信息化管理、高效運轉生產(chǎn)制造與高精密發(fā)展。因而從設計技術(shù)而言，進(jìn)步關(guān)鍵取決于大力推廣CAD/CAE/CAM技術(shù)應用的運用，并不斷提高工作效率，尤其是板才成形歷程的計算機模擬分析技術(shù)。模具CAD、CAM技術(shù)性需向怡人化、一體化、智能化系統和智能化角度發(fā)展趨勢，并提升模具CAD、CAM系統軟件專(zhuān)用化水平。

模具CAD/CAM技術(shù)性能明顯減少模具設計方案與生產(chǎn)周期時(shí)間，降低成本成本費，提高產(chǎn)品質(zhì)量，已變成大家的的共識。在沖壓成形CAE手機軟件層面，除開(kāi)引入的手機軟件外，華科大、吉大、湖南師范大學(xué)等早已產(chǎn)品研發(fā)了較高質(zhì)量的具備自主知識產(chǎn)權的手機軟件，并已在生活實(shí)踐中取得取得成功運用，產(chǎn)生了優(yōu)良的經(jīng)濟效益。

圍繞著(zhù)汽車(chē)車(chē)體研發(fā)、大中型覆蓋件模具的快速制造，近幾年來(lái)也出現一些一個(gè)新的快速成型技術(shù)方式，例如目前已開(kāi)始在生產(chǎn)中應用的無(wú)模多點(diǎn)成型及激光沖擊和電磁成型等技術(shù)。它們都表現出了降低成本、提高效率等優(yōu)點(diǎn)。

（3）提高模具標準化程度，搞好模具標準件生產(chǎn)供應也是沖壓模具技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)之一。 對于模具數字化制造、系統集成、逆向工程、快速原型/模具制造及計算機輔助應用技術(shù)等方面形成全方位解決方案，提供模具開(kāi)發(fā)與工程服務(wù)，全面提高企業(yè)水平和模具質(zhì)量，這更是沖壓模具技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。