摘要：目前工業機器人的應用正不斷深入到工業生產的各個領域，本文針對工業機器人在衝壓應用中效率的最大侷限 進行探討，並總結可操作或參考的技術細節，方便衝壓應用中能更廣泛使用工業機器人，以利於提高衝壓領域的自動化水平。
關鍵詞：工業機器人；衝壓；自動化；效率；節拍
在衝壓領域，目前中國仍然是高密集的人力勞動，自動 化程度低，工作環境惡劣。由於在衝壓生產中，高噪音的工 作環境、高度重複單調的工序以及高節拍要求三個因素，易 使工作人員疲勞進而經常導致工傷事故發生。推進工業機器 人在衝壓生產的應用，不僅把勞動人員從危險惡劣、單調重 復地工作環境中解放出來，同時大大提高衝壓產品的產量、 穩定性及一致性，進一步提高工業自動化水平的重要一環。目前，在衝壓應用中對於大負載、拉深等應用，對節拍要求 不高的場合已大範圍應用工業機器人實現機器換人。為了進 一步攻克衝壓作業中節拍效率要求高的問題，更全面地把人 從危險低附加值的工作中解放出來，從各環節提高工業機器 人的作業效率，顯得異常重要。
1 衝壓應用中工業機器人的種類選擇對作業效率的影響
在整條衝壓自動化線中，衝壓各環節所使用的工業機器 人，應該有針對性地做出選擇，因為這將直接影響衝壓作業 的效率，下面就幾種典型結構的工業機器人在衝壓上的應用 作簡單的介紹。並聯機器人比較適合高精度、高剛度以及大 的載荷同時要求的工作空間並不大的場合。在衝壓上應用， 可以使用在物料的分揀等來料上料環節。衝壓中一般有多工 序組成，不同工序間壓力機緊密配合。在移載環節，可選擇 的工業機器人包括 6 軸關節式搬運機器人，4 軸關節式搬運 機器人以及擺臂機械人。假如對自由度要求高，例如工序中 有對工件作翻轉再進行作業的要求，或者當工件因為翻轉， 相對地面需要傾斜，應選擇 6 軸關節式搬運機器人；而對剛 性要求低、衝壓工件部署單調重複、不經常更換工件的小件 衝壓應用，可以選擇低成本的擺臂機器人；目前在移載工序 中，由於兼具高剛性、高速度以及關節又不失靈活的特點， 應用最多的是 4 軸關節式搬運機器人。在衝壓自動線的末端， 下料堆垛等可選擇使用碼垛機器人，效率高，成本又比多自 由度的機器人較低。
下面就衝壓應用中使用最廣的 4 軸關節式機器人作較細 化的介紹。機構上，4 軸關節式機器人有與碼垛機器人相通 之處，有兩副平行四杆機構，用以保證機器人末端與地面水 平，節省傳統機器人的兩個軸聯動才實現末端水平。這種機 器人在設計之初，就為了大概率適應衝壓應用，故其 1 軸旋 轉速度與 4 軸旋轉速度很高；同時，由於關節採用了 RV 結 構減速機，保證了高剛性及易於裝配。在衝壓自動化生產線的各環節，選擇正確合適的工業機器人種類，將大大節省成本，提高衝壓作業效率。
2 衝壓應用中工業機器人的方案佈局對作業效率的影響
影響衝壓作業的效率的又一大因素，是工業機器人的方案佈局。圖 1 為典型的工業機器人衝壓應用方案佈局示意圖， 方案中機器人作業區域有安全圍欄，使用多臺工業機器人協 作完成衝壓自動化。在選擇正確的工業機器人種類後，接下來重要的就是如何佈置工業機器人之間的相對位置。應按以 下原則來安排。
圖 1 典型工業機器人衝壓應用佈局方案
首先，在安裝固定機器人到地面時，設定機器人與地面的高度，應結合工業機器人的工作範圍、臂展等考慮，在滿 足工況的前提下，讓機器人在“舒服”的位置工作，減少不 必要的考驗機器人串聯結構剛性的機會，這也將大大地節能 及增長機器人的使用壽命。其次，整個衝壓方案中，儘可能 在各環節中，讓單臺工業機器人應付多臺壓力機或多個工序 操作。這樣的好處是，可以提高工業機器人的線上使用率， 同時減少了不必要的機器人等待時間。然後，在多臺工業機 器人協作的方案中，應充分考慮合理佈置機器人與機器人之 間的間隙，或者機器人與壓力機之間的距離，以免增加機器 人多餘的避讓動作軌跡，以提高衝壓作業效率。最後，工業 機器人的方案佈局，針對壓力機要常更換模具的應用場合， 應留夠更換操作空間或設定相應的機器人移動機構，減少更 換模具時間以提高作業效率。
3 衝壓應用中工業機器人的工裝夾具對作業效率的影響
和人類的手操作不同的是，聯絡工業機器人與工件的橋 樑，就是工裝夾具。在上料、移載、下料等環節，合理設計 工裝夾具，將大大提高工業機器人的作業效率。沒有與工業機器人直連的有上料料盤、分揀輸運、工件翻轉、工件檢測 等工裝。安裝在機器人末端的是夾具，在常用的衝壓應用中，有吸盤類夾具以及抓手類夾具。由於兩者使用大量氣動元器 件如真空發生器、氣缸等，工廠應保證氣源供應的穩定。同時，應根據工件及工序的特點設計合適的工裝，以避免發生低效 率的機器人取放工件，導致節拍時間變長。再者，實現同樣功能的工裝夾具，應優化其機構的設計，用優化的機械結構 來達到減少執行器氣缸個數，或氣缸動作的次數，這將節省時間和能源，提高衝壓的作業效率。對於不同工序間，有工 件翻轉要求的場合，應模擬衡量設定單獨的翻轉工裝，還是直接選用多軸機器人直接實現翻轉。以較經濟的方式做設計， 並以提高效率為目標。
4 衝壓應用中工業機器人的電氣控制對作業效率的影響
工業機器人的控制系統在整個衝壓應用中尤為重要，它主 導著工業機器人的任務分配和程式執行，同時接收各環節各種 感測器反饋訊號。關於電氣控制中需注意的事項有以下幾點。第一，選擇相容的通訊方式，根據各類訊號，設計以安全為前 提的動作邏輯，儘量讓機器人不作多餘的等待，可以顯著提高 效率節拍。第二，根據工業機器人的工位以及取放點，應設計優化的工業機器人動作軌跡路線，避免多餘的避障點或路線增 加機器人的動作時間。第三，應儘量選用有內建 PLC 功能的工 業機器人供應商，內建 PLC功能將允許機器人多執行緒同步處理 各類訊號，無需增加與外接 PLC 通訊的時間，大大提高程式執行效率。第四，應選用有友好人機介面的工業機器人供應商， 由於衝壓工人需經過培訓才能順利使用工業機器人進行示教應 用，所以越簡潔易操作的人機介面，設計出來的程式越能反映 出衝壓工人優化的工藝思想。第五，整個方案應設定安全柵欄及應急預案，以便在發生工業機器人故障時，維修人員操作的時間不影響正常的衝壓生產。
5 結語
本文從工業機器人種類選擇、方案佈局、工裝夾具以及電氣控制多方面，闡述了衝壓應用中，影響工業機器人效率及節拍的多種原因，並提出了眾多可操作或參考的技術細節。隨著工業機器人在衝壓領域的應用不斷深入，將大大緩解衝壓生產中工傷的問題，加速工業自動化的程序。