機器人直線七軸技術(shù)是沖壓機器人運輸系統(tǒng)軟件的新發(fā)展成果。根據(jù)對汽車企業(yè)沖壓生產(chǎn)車間選擇的機器人直線七軸技術(shù)的分析，探討了該技術(shù)應用的優(yōu)勢和優(yōu)勢。

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

當代汽車工業(yè)生產(chǎn)具有生產(chǎn)制造產(chǎn)業(yè)化、汽車系統(tǒng)批量小、類型變化快、多車系統(tǒng)共線生產(chǎn)的特點。這一發(fā)展趨勢規(guī)定了沖壓自動化控制的持續(xù)發(fā)展趨勢，具有較高的軟性和效率。系列單機版連線自動化技術(shù)沖壓線是我國汽車廠沖壓生產(chǎn)線選擇的流行方案。采用機器人運輸系統(tǒng)軟件的系列單機版本連接自動化技術(shù)沖壓生產(chǎn)線具有投資低、效率高、韌性高等優(yōu)點。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(tǒng)軟件的功能仍在不斷提高。

機器人運送系統(tǒng)軟件在沖壓自動化流水線里的應用

在選擇機器人運輸系統(tǒng)軟件的自動化技術(shù)沖壓生產(chǎn)線時，機器人關(guān)鍵進行板材拆卸、壓力機中間沖壓產(chǎn)品工件傳輸、線尾產(chǎn)品工件導出等工作。根據(jù)PLC控制系統(tǒng)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(shè)備的協(xié)調(diào)關(guān)系準確穩(wěn)定。每個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(tǒng)軟件功能布局

詳細介紹機器人直線七軸技術(shù)

從我國已建成投產(chǎn)的自動化技術(shù)沖壓生產(chǎn)線來看，絕大多數(shù)用于沖壓生產(chǎn)線的工業(yè)生產(chǎn)機器人都是標準化的六軸工業(yè)生產(chǎn)機器人點取決于產(chǎn)品成本低、柔性生產(chǎn)水平高、后期維護簡單。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?shù)较乱慌_壓力機的過程中，沖壓產(chǎn)品工件必須進行180度以上的水平旋轉(zhuǎn)，導致機器人軌跡復雜，沖壓產(chǎn)品工件旋轉(zhuǎn)時容易掉落，限制了機器人的運行速度，從而限制了生產(chǎn)節(jié)奏的提高。沖壓產(chǎn)品工件的旋轉(zhuǎn)姿勢必須有很大的空間，尤其是在運輸車身側(cè)等大中型沖壓件時。這導致前后左右工藝壓力機之間的間隔過大，增加了生產(chǎn)線的總面積，從而增加了工業(yè)廠房基礎(chǔ)設(shè)施的投資。

機器人直線七軸技術(shù)是為了擺脫上述規(guī)范六軸工業(yè)生產(chǎn)機器人的情況而開發(fā)設(shè)計的。其基本概念是在機器人第六軸軸移動設(shè)備，設(shè)備配備獨立的步進電機和伺服電機，根據(jù)機器人控制柜的電纜連接，由機器人自動控制系統(tǒng)和機器人其他六軸，如下圖2所示。

圖2 工業(yè)生產(chǎn)機器人配備直線七軸設(shè)備

根據(jù)機器人第六軸上直線七軸設(shè)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，大大簡化了機器人的運輸軌跡，不僅提高了生產(chǎn)效率，而且節(jié)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平行移動

選擇直線七軸技術(shù)機器人沖壓生產(chǎn)線總體規(guī)劃中的常見問題

在幾個沖壓自動化裝配線項目的建設(shè)中，采用了配備直線七軸技術(shù)的工業(yè)生產(chǎn)機器人運輸系統(tǒng)軟件，積累了一些工作經(jīng)驗。總體規(guī)劃期的關(guān)鍵經(jīng)驗總結(jié)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)機器人采用直線七軸技術(shù)，對操作室內(nèi)空間要求不高。當?shù)谝慌_壓力機噸數(shù)不小于2000噸時，壓力機操作臺的總寬度設(shè)置為2500噸mm前后左右壓力機中間的較小間隔可設(shè)置在5800左右mm，間隔越小，節(jié)奏的提高無疑就越強，但在具體的整體規(guī)劃中，也要綜合分析以下三個要素。

如果生產(chǎn)線還配備了機器人自動拆卸和更換未端電動執(zhí)行機構(gòu)的功能，當壓力機中心距離鐘時，必然會導致前后左右壓力機桿中間沒有很大的室內(nèi)空間，不能完成機器人到機器人基礎(chǔ)拆卸和更換未端電動執(zhí)行機構(gòu)，這只配備未端電動執(zhí)行機構(gòu)移載汽車，將增加土建工程和設(shè)備投資，并減少機器設(shè)備的運轉(zhuǎn)可靠性。

配備未端電動執(zhí)行機構(gòu)移載汽車時，機器人基座必須拆除并更換為門基座，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衛(wèi)難以打開。

壓力機中心距離太小，壓力機底座前后沒有足夠的區(qū)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口度的選擇

生產(chǎn)線采用直線七軸技術(shù)時，可按以下標準設(shè)置滾輪行程安排和模具開口度。

圖4 設(shè)置模具開口度提示

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 直線七軸設(shè)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。

當模具的合理開口相對高度低于G時，必須對模具和沖壓件進行深入分析，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

直線七軸工業(yè)生產(chǎn)機器人，在沖壓生產(chǎn)過程中，直線七軸設(shè)備進入模具凹模進行上下材料，因此需要采取以下有效措施降低硬件軟件系統(tǒng)軟件沖擊的風險。

① 在壓力機自動控制系統(tǒng)中，設(shè)置有效的保證視角，并空出足夠的滾輪制動減速；

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

③ 當進料機器人的速度設(shè)置小于100%時，進料機器人提前進入進料的改進姿自動撤銷；

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

⑤ 當壓力機滾輪突然停止上升時，切割機器人的操作將立即自動終止；

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

⑦ 全程自動換模時，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。

⑧ 當整個過程自動更換模具時，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)線循環(huán)系統(tǒng)啟動按鈕，允許機器人運行到等待切割部分。

⑨ 在壓力機上增加一個絕對值的編碼器來檢查滾輪部分，并立即與壓力機本身的滾輪角度編碼器數(shù)據(jù)信號進行比較。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七軸設(shè)備的兩側(cè)。當發(fā)生輕微沖擊時，確保七軸本身不易損壞 。

根據(jù)機器人直線七軸技術(shù)在許多新項目中的實際應用，技術(shù)優(yōu)勢總結(jié)如下：

（1）產(chǎn)品工件在生產(chǎn)過程中保持平行移動，無需旋轉(zhuǎn)。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)線的效率，特別是在生產(chǎn)車身側(cè)等大中型覆蓋時。

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

(3)直線七軸技術(shù)機器人運輸系統(tǒng)軟件適應性強，柔性生產(chǎn)高，從側(cè)面到車身整體側(cè)面，可自動高效生產(chǎn)。

(4)配合大中型機器人，直線七軸設(shè)備承載能力合理。比如配備直線七軸技術(shù)性的機器人采用是指ABB IRB7600 325/3.直線七軸設(shè)備頂部的1型機器人負載能力可超過90Kg。減少未端電動執(zhí)行機構(gòu)和未端電動執(zhí)行機構(gòu)快速更換工具夾具的質(zhì)量，至少可以給予60個Kg沖壓產(chǎn)品工件的負載能力已經(jīng)遠遠超過了普通汽車和SUV側(cè)沖壓件的整體質(zhì)量。

機器人直線七軸技術(shù)存在的局限性

（1）根據(jù)承載力，直線七軸設(shè)備的長度有限，限制了前、后、左、右壓力機的大中心距離。一般來說，前、后、左、右壓力機中心線之間的間隔不得超過8.5m。如果舊的手動沖壓生產(chǎn)線更新改造，前后左右壓力機的中心距離超過上述標值，則不能選擇機器人直線七軸技術(shù)。

（2）在沖壓生產(chǎn)過程中，直線七軸設(shè)備必須延伸到壓力機模腔內(nèi)。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(shè)備損壞，直線七軸設(shè)備難以維修。

隨著我國汽車行業(yè)競爭的不斷加劇，汽車原材料成本和質(zhì)量已成為汽車制造商爭奪銷售市場的前提。因此，選擇機器人運輸系統(tǒng)軟件進行沖壓生產(chǎn)是降低汽車原材料成本、提高車身生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)手段。機器人直線七軸技術(shù)也充分利用了沖壓機器人運輸系統(tǒng)軟件的優(yōu)勢，進一步提升了高軟、高效、低投資的特點。

60%的汽車生產(chǎn)和制造~70%的金屬材料零件需要沖壓生產(chǎn)加工。據(jù)調(diào)查，普通汽車的平均值必須在1500個左右。沖壓是較基本、較傳統(tǒng)、較重要的金屬材料激光切割加工方法之一，各種覆蓋、汽車支撐、結(jié)構(gòu)升降，也有許多汽車部件，如發(fā)動機排氣管彎頭和消音器、空心發(fā)動機凸輪軸、發(fā)動機油底殼、發(fā)動機支架、框架剪力墻部件、側(cè)梁屬于沖壓部件。

沖壓模具是沖壓過程中非常重要的工作服。簡單地說，沖壓模具是沖壓過程中使用的模板。模板只沖壓一個沖壓件。根據(jù)所需沖壓件的不同規(guī)格、原材料和外觀，需要選擇不同類型的沖壓模具。

近年來，我國沖壓模具水平有了很大提高。大中型沖壓模具已經(jīng)能夠制造出一套價值超過50噸的模具。中國也可以生產(chǎn)國產(chǎn)微型車配套設(shè)施的覆蓋模具。精密度做到1~2μm，使用壽命2億個上下的多工位沖壓模具中國可以生產(chǎn)加工。做到外觀粗糙度Ra≦1.5μm精沖壓模具，大規(guī)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)過多年的發(fā)展趨勢，整體水平和綜合競爭力顯著提高，汽車、摩托車、電子設(shè)備、家用電器服務能力大大提高，領(lǐng)域產(chǎn)生了一定數(shù)量和實力的龍頭企業(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)鏈的重點集中在珠三角、長三角、環(huán)勃海三個大中型集聚區(qū)及其成都-重慶、武漢-威海兩個中等水平集聚區(qū)。上述五個地區(qū)的模具生產(chǎn)能力占全國各地的90%以上。在這樣一個大中型集群地區(qū)，也形成了許多具有較強集群水平的城市、區(qū)、縣、鎮(zhèn)特色模具生產(chǎn)場所我國模具領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)鏈集群效應正在逐步呈現(xiàn)。

在區(qū)域分布方面，東南沿海城市的模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃快于西部地區(qū)，南部地區(qū)的模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃快于北部地區(qū)。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、法國和日本的汽車加工制造資本主義國家，汽車模具行業(yè)的產(chǎn)值占整個模具行業(yè)產(chǎn)值的40%以上。中國不到三分之一的模具產(chǎn)品是為汽車加工制造服務的。一般來說，一輛普通汽車的生產(chǎn)和制造必須有1000到1500套昆蟲模具，約占所有模具年產(chǎn)值的40%。汽車沖壓模具尺寸大，工作中型面復雜，標準規(guī)范高，屬于技術(shù)密集型商品。隨著科學技術(shù)的進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沖壓模具的設(shè)計和制造，成為汽車沖壓模具生產(chǎn)制造技術(shù)的發(fā)展方向。

近些年來汽車工業(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)鏈也實現(xiàn)了持續(xù)增長。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(diào)查及投資機會調(diào)查報告》預測分析顯示，2018年中國模具行業(yè)總營業(yè)額將超過2000億美元。到2021年，中國汽車產(chǎn)量將達到近3575萬輛，年平均增長率為6.5%左右，對汽車模具的需求將達到386噸。

沖壓模具的發(fā)展趨勢將根據(jù)市場需求、發(fā)展趨勢和現(xiàn)階段情況來確定。

（1）沖壓模具產(chǎn)品開發(fā)的關(guān)鍵。汽車覆蓋模具的發(fā)展重點是技術(shù)標準強的大、中、小型汽車覆蓋模具，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(xù)模將來將會出現(xiàn)迅速的發(fā)展趨勢。多用途、多工位沖壓模具中發(fā)展重點是高精密、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，并有一些按其服務對象來叫法的一些類別。現(xiàn)階段急缺發(fā)展趨勢是指汽車覆蓋件模具，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(zhuǎn)生產(chǎn)制造與高精密發(fā)展。因而從設(shè)計技術(shù)而言，進步關(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(tǒng)和智能化角度發(fā)展趨勢，并提升模具CAD、CAM系統(tǒng)軟件專用化水平。

模具CAD/CAM技術(shù)性能明顯減少模具設(shè)計方案與生產(chǎn)周期時間，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，除開引入的手機軟件外，華科大、吉大、湖南師范大學等早已產(chǎn)品研發(fā)了較高質(zhì)量的具備自主知識產(chǎn)權(quán)的手機軟件，并已在生活實踐中取得取得成功運用，產(chǎn)生了優(yōu)良的經(jīng)濟效益。

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

（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)展重點之一。 對于模具數(shù)字化制造、系統(tǒng)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，提供模具開發(fā)與工程服務，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。