機(jī)器人直線七軸技術(shù)是沖壓機(jī)器人運(yùn)輸系統(tǒng)軟件的新發(fā)展成果。根據(jù)對(duì)汽車企業(yè)沖壓生產(chǎn)車間選擇的機(jī)器人直線七軸技術(shù)的分析，探討了該技術(shù)應(yīng)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(dòng)化控制取得了巨大進(jìn)展，特別是工業(yè)生產(chǎn)機(jī)器人運(yùn)輸系統(tǒng)軟件在自動(dòng)化技術(shù)沖壓生產(chǎn)線中的廣泛應(yīng)用，為高軟、高效的沖壓生產(chǎn)線帶來了良好的解決方案。

當(dāng)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(diǎn)。這一發(fā)展趨勢規(guī)定了沖壓自動(dòng)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(jī)版連線自動(dòng)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(jī)器人運(yùn)輸系統(tǒng)軟件的系列單機(jī)版本連接自動(dòng)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(diǎn)。此外，由于工業(yè)生產(chǎn)機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展，沖壓機(jī)器人運(yùn)輸系統(tǒng)軟件的功能仍在不斷提高。

機(jī)器人運(yùn)送系統(tǒng)軟件在沖壓自動(dòng)化流水線里的應(yīng)用

在選擇機(jī)器人運(yùn)輸系統(tǒng)軟件的自動(dòng)化技術(shù)沖壓生產(chǎn)線時(shí)，機(jī)器人關(guān)鍵進(jìn)行板材拆卸、壓力機(jī)中間沖壓產(chǎn)品工件傳輸、線尾產(chǎn)品工件導(dǎo)出等工作。根據(jù)PLC控制系統(tǒng)軟件的和諧、機(jī)器人與壓力機(jī)的中間、給料機(jī)器人的中間、機(jī)器人與輸送機(jī)械設(shè)備的協(xié)調(diào)關(guān)系準(zhǔn)確穩(wěn)定。每個(gè)機(jī)器人的功能布局如下圖1所示。

圖1 沖壓機(jī)器人運(yùn)輸系統(tǒng)軟件功能布局

詳細(xì)介紹機(jī)器人直線七軸技術(shù)

從我國已建成投產(chǎn)的自動(dòng)化技術(shù)沖壓生產(chǎn)線來看，絕大多數(shù)用于沖壓生產(chǎn)線的工業(yè)生產(chǎn)機(jī)器人都是標(biāo)準(zhǔn)化的六軸工業(yè)生產(chǎn)機(jī)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(hù)簡單。然而，由于健身姿勢的限制，六軸工業(yè)生產(chǎn)機(jī)器人在從上一臺(tái)壓力機(jī)傳輸?shù)较乱慌_(tái)壓力機(jī)的過程中，沖壓產(chǎn)品工件必須進(jìn)行180度以上的水平旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致機(jī)器人軌跡復(fù)雜，沖壓產(chǎn)品工件旋轉(zhuǎn)時(shí)容易掉落，限制了機(jī)器人的運(yùn)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(yùn)輸車身側(cè)等大中型沖壓件時(shí)。這導(dǎo)致前后左右工藝壓力機(jī)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(jī)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(jī)器人的情況而開發(fā)設(shè)計(jì)的。其基本概念是在機(jī)器人第六軸軸移動(dòng)設(shè)備，設(shè)備配備獨(dú)立的步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)，根據(jù)機(jī)器人控制柜的電纜連接，由機(jī)器人自動(dòng)控制系統(tǒng)和機(jī)器人其他六軸，如下圖2所示。

圖2 工業(yè)生產(chǎn)機(jī)器人配備直線七軸設(shè)備

根據(jù)機(jī)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(jī)中間的平行運(yùn)動(dòng)，大大簡化了機(jī)器人的運(yùn)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(jī)中間運(yùn)輸時(shí)平行移動(dòng)

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

在幾個(gè)沖壓自動(dòng)化裝配線項(xiàng)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(jī)器人運(yùn)輸系統(tǒng)軟件，積累了一些工作經(jīng)驗(yàn)。總體規(guī)劃期的關(guān)鍵經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下：

① 如何選擇前后左右壓力機(jī)中間的核心間隔；

② 若選擇壓力機(jī)滾輪行程安排和模具開口度；

③ 合理的防碰撞對(duì)策。

選擇前后左右壓力機(jī)的中心距離

工業(yè)生產(chǎn)機(jī)器人采用直線七軸技術(shù)，對(duì)操作室內(nèi)空間要求不高。當(dāng)?shù)谝慌_(tái)壓力機(jī)噸數(shù)不小于2000噸時(shí)，壓力機(jī)操作臺(tái)的總寬度設(shè)置為2500噸mm前后左右壓力機(jī)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(qiáng)，但在具體的整體規(guī)劃中，也要綜合分析以下三個(gè)要素。

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

配備未端電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)移載汽車時(shí)，機(jī)器人基座必須拆除并更換為門基座，這將導(dǎo)致前壓力機(jī)左后立桿和后壓力機(jī)左前立桿非常接近機(jī)器人基座，壓力機(jī)立桿中的維修門衛(wèi)難以打開。

壓力機(jī)中心距離太小，壓力機(jī)底座前后沒有足夠的區(qū)域配備維護(hù)平臺(tái)，難以維修安排在壓力機(jī)底座下的操作臺(tái)，降低壓力機(jī)后的維護(hù)方便性。

壓力機(jī)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(shí)，可按以下標(biāo)準(zhǔn)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(duì)高度必須超過G，機(jī)器人可以成功地從模具中輸送或取下沖壓件。

當(dāng)模具的合理開口相對(duì)高度低于G時(shí)，必須對(duì)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(duì)策

直線七軸工業(yè)生產(chǎn)機(jī)器人，在沖壓生產(chǎn)過程中，直線七軸設(shè)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(tǒng)軟件沖擊的風(fēng)險(xiǎn)。

① 在壓力機(jī)自動(dòng)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(dòng)減速；

② 當(dāng)壓力機(jī)滾輪運(yùn)作的行程安排頻次產(chǎn)生變化時(shí)，全自動(dòng)撤銷“開料機(jī)器人的提早進(jìn)到上料”和“壓力機(jī)滾輪提早下滑”的改進(jìn)姿勢 ；

③ 當(dāng)進(jìn)料機(jī)器人的速度設(shè)置小于100%時(shí)，進(jìn)料機(jī)器人提前進(jìn)入進(jìn)料的改進(jìn)姿自動(dòng)撤銷；

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

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

⑥ 如果因常見故障突然停止進(jìn)料機(jī)器人在模腔進(jìn)料全過程中，應(yīng)立即停止進(jìn)料機(jī)器人的運(yùn)行。故障排除后，必須手動(dòng)清除開口機(jī)器人，重新啟動(dòng)生產(chǎn)制造循環(huán)系統(tǒng)。

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

⑧ 當(dāng)整個(gè)過程自動(dòng)更換模具時(shí)，必須在壓力機(jī)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(dòng)按鈕，允許機(jī)器人運(yùn)行到等待切割部分。

⑨ 在壓力機(jī)上增加一個(gè)絕對(duì)值的編碼器來檢查滾輪部分，并立即與壓力機(jī)本身的滾輪角度編碼器數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行比較。如有誤差，滾輪和機(jī)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(dāng)發(fā)生輕微沖擊時(shí)，確保七軸本身不易損壞 。

根據(jù)機(jī)器人直線七軸技術(shù)在許多新項(xiàng)目中的實(shí)際應(yīng)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(dòng)，無需旋轉(zhuǎn)。這有利于提高左右工藝壓力機(jī)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(shí)。

（2）當(dāng)產(chǎn)品工件在左右工藝流程壓力機(jī)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(nèi)空間內(nèi)傳輸，減少壓力機(jī)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(jī)器人運(yùn)輸系統(tǒng)軟件適應(yīng)性強(qiáng)，柔性生產(chǎn)高，從側(cè)面到車身整體側(cè)面，可自動(dòng)高效生產(chǎn)。

(4)配合大中型機(jī)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(jī)器人采用是指ABB IRB7600 325/3.直線七軸設(shè)備頂部的1型機(jī)器人負(fù)載能力可超過90Kg。減少未端電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和未端電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(fù)載能力已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了普通汽車和SUV側(cè)沖壓件的整體質(zhì)量。

機(jī)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(jī)的大中心距離。一般來說，前、后、左、右壓力機(jī)中心線之間的間隔不得超過8.5m。如果舊的手動(dòng)沖壓生產(chǎn)線更新改造，前后左右壓力機(jī)的中心距離超過上述標(biāo)值，則不能選擇機(jī)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(jī)模腔內(nèi)。如果機(jī)器人與機(jī)器人、機(jī)器人與模具發(fā)生沖擊，很可能導(dǎo)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(jī)器人運(yùn)輸系統(tǒng)軟件進(jìn)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(jī)器人直線七軸技術(shù)也充分利用了沖壓機(jī)器人運(yùn)輸系統(tǒng)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(gè)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(dòng)機(jī)排氣管彎頭和消音器、空心發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸、發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼、發(fā)動(dòng)機(jī)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(gè)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(jià)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(gè)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(dá)到了很強(qiáng)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(wù)能力大大提高，領(lǐng)域產(chǎn)生了一定數(shù)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、長三角、環(huán)勃海三個(gè)大中型集聚區(qū)及其成都-重慶、武漢-威海兩個(gè)中等水平集聚區(qū)。上述五個(gè)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(gè)大中型集群地區(qū)，也形成了許多具有較強(qiáng)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(yīng)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(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)品是為汽車加工制造服務(wù)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(fù)雜，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范高，屬于技術(shù)密集型商品。隨著科學(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(yīng)用于汽車沖壓模具的設(shè)計(jì)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(jī)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(xiàn)了持續(xù)增長。中國商業(yè)集團(tuán)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(jī)會(huì)調(diào)查報(bào)告》預(yù)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(dá)到近3575萬輛，年平均增長率為6.5%左右，對(duì)汽車模具的需求將達(dá)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(diǎn)是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)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(huì)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(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(xiàng)，并有一些按其服務(wù)對(duì)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(yùn)轉(zhuǎn)生產(chǎn)制造與高精密發(fā)展。因而從設(shè)計(jì)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(yīng)用的運(yùn)用，并不斷提高工作效率，尤其是板才成形歷程的計(jì)算機(jī)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(jì)方案與生產(chǎn)周期時(shí)間，降低成本成本費(fèi)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，已變成大家的的共識(shí)。在沖壓成形CAE手機(jī)軟件層面，除開引入的手機(jī)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(shí)產(chǎn)權(quán)的手機(jī)軟件，并已在生活實(shí)踐中取得取得成功運(yùn)用，產(chǎn)生了優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)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(gè)新的快速成型技術(shù)方式，例如目前已開始在生產(chǎn)中應(yīng)用的無模多點(diǎn)成型及激光沖擊和電磁成型等技術(shù)。它們都表現(xiàn)出了降低成本、提高效率等優(yōu)點(diǎn)。

（3）提高模具標(biāo)準(zhǔn)化程度，搞好模具標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)供應(yīng)也是沖壓模具技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)之一。 對(duì)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(jì)算機(jī)輔助應(yīng)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(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)。