摘要：科学技术的不断进步和快速发展，促使越来越多的新型技术被广泛应用在各个领域中。在针对钣金冲压自动上下料机械手进行开发的时候，也要实现与自动化、智能化技术的有效结合。本文对此进行分析，为钣金冲压自动上下料机械手的开发打下良好基础。
关键词：钣金冲压；自动上下料；机械手；开发措施
近年来，随着我国冲压加工技术的不断发展，它在机械加工中所占的比重越来越大。冲压产业的发展对冲压加工生产工艺的要求越来越高，传统的手工送料方式受到安全性、精度、速度等多种因素的制约，已经难以满足现代化生产的需求，逐渐被自动送料结构取代。现阶段，已经不再依靠大量的劳动力来进行生产活动，已从劳动密集型逐渐向技术密集型发生转变，冲压自动化生产是未来冲压行业的主要发展趋势。
1钣金冲压自动上下料机械手研发的意义
国外许多发达国家电器、电子、汽车等行业在进行生产时，为了将冲压自动化生产线更加高效、集成化的发展，选择一些具有很高档次的冲压设备来完成生产。比如，具有宽台面以及多个工位的冲床，这种冲床的价格在几千万人民币，太过昂贵。另外，有的企业进行生产时，在生产线上配备有自由度较高的搬运机器人来完成生产。这种生产方式多用于一些大型生产线，如汽车制造行业。但是，就一般企业而言，利用这两种方法来完成钣金的冲压不太现实。因此，有了第三种生产方法，即利用机械手来实现自动上下料功能，进而实现整个生产线的自动化，提高生产效率，节约人力资源[1]。随着国内钣金冲压行业的发展，技术方面有了突破性的进步，同时对自动化生产线的需求更为迫切。另外，很多企业更希望在对原有设备改进的基础上实现自动化生产，节约设备购买的成本。因此，利用先进的生产技术，在原有的冲压设备基础上进行改造，通过自动上下料机械手来完成生产线的自动化，是目前冲压行业的最佳选择。
2各种自动化冲压生产线的比较
2.1传统冲压生产线
传统的自动化生产线的主要组成为多个单动机械压力机。在各个压力机之间安装有机械手，同时设置一个加工工位，能够实现工件的翻转。这种上下料方式由人工与机械相结合，属于半机械化流水线。目前，我国 90% 的冲压企业都采取这类生产方式进行生产。
2.2 柔性自动化送料机构
柔性自动化送料机构介于常规机械手系统和多工位横杆输送系统之间，能够实现高效、简便、灵活的自动化送料。这种系统主要应用于批量较大其加工方式没有变化的生产线，无法有效应用到小批量、多品种的产品生产中。
2.3 具有多个自由度的送料机器人
常见的自动冲压生产线采用的是穿梭小车式或者机器人自动化送料系统。目前，国内的自动冲压生产线自动化输送系统都为这种形式。这种生产方式虽然有较高的稳定性，但是机器人的购买成本高，价格昂贵且速度慢，只能应用于大型冲压行业，如汽车产业。
2.4 快速送料机械手
近年来，快速送料机械手在中小型冲压企业中得到了广泛应用。这种送料方式不仅送料速度快，还适应于各类冲压生产线，有着非常广泛的应用面，符合我国实际发展需求。但是，这类机械手大都自国外购买，价格较为昂贵，且维修不方便。国内生产的机械手主要结构包括：（1）端拾器；（2）吸盘；（3）导轨；（4）滑块； （5）支板；（6）气缸；（7）支座；（8）机架。虽然可以实现快速上下料功能，但是其支座安装在滑块上，在上下卸料时，无法有效保证其稳定性。
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3送料机械手的设计
冲压加工是一种塑性成型技术，它主要通过压力机加工放入模内的工件，从而获得生产所需尺寸规格的产品。传统冲床的冲压材料由工人手动上下料，效率低下且存在很大的安全隐患，难以实现冲床自动化生产[2]。相对于人工上下料，机械手上下料动作迅速且稳定，可以有效地降低劳动成本、提高工作安全性，促进生产自动化发展; 并且机械手重复定位精度高，可以长时间连续作业。
3.1 结构原理
冲压的主要加工对象为钣金件，其原材料为扁平的板材。本文以加工钣金机箱为例，对机械手进行设计分析。机械手从上料区取料，放置到冲压平台上，待冲压完成后再吸取工件放置到下料区。了满足冲床加工的上下料要求，机械手采用4 自由度的圆柱坐标型传动方案，主要包括腰部的摆动和下降、手臂的伸缩和手腕的回转在针对滑块式自动上下料机械手进行设计，在保证其原有功能不变的前提下，增加其使用稳定性。主要的改进之处是利用齿轮齿条传动机构来代替其自动滑块机构，配备有传送带、电机来实现左右移动的功能[3]。将电机固定在机架传动侧，通过齿轮齿条传动借助导轨，实现机械手在水平和竖直方向上的运动。如图 2 所示，其主要组成结构包括：（1）基座；（2）导轨；（3）滑块；（4）连接板；（5）伺服电机；（6）同步齿形带；（7）滑枕；（8）机架。
3.2 工作方式
伺服电机分为平移电机和升降电机。在平移电机启动后，利用传送带使滑枕沿着水平方向左右移动；升降电机启动后，通过导轨来完成整个平移机构的上下移动；在进行板料的拾取时，真空发生器启动，使真空吸盘对板料产生足够吸力，带动板料移动。通过升降电机的启动，将吸盘上的板料提起，直至顶部，电机停止工作。再通过平移电机启动，将整个平移机构移动到板料所需要到达的位置。关闭真空发生器，真空吸盘停止工作，工件落入到工作台。这时升降电机启动，使平移机构整体上升，再通过平移电机移动到下一块板料的位置。等待上下位压机完成对板料的冲压，再重复移动板料。
3.3 控制方式
整个钣金冲压自动上下料机械手的控制，可以通过西门子的 PLC 自动化系统进行控制。操作人员只需在计算机控制界面完成相关工作参数的设置。该系统不仅能够实现整个生产过程的自动化运行，还配备有自动报警系统，在末端还能实现对板料的检测，稳定性高，控制精准，有着良好的动态性能。
4技术特征以及经济指标的评估
为应对人工上料效率低以及存在安全隐患等问题，本文设计了一种冲床自动上下料机械手，通过正逆运动学分析以及建模仿真，证明设计的机械手可以满足工作要求，并且运行过程平稳无冲击。后期还需要结合实际生产对机械手杆臂进行一系列的参数优化，保证机械手更加完善。本机械的应用可以缩短生产周期、成本，促进冲床生产自动化的发展。本文所设计的齿轮齿条式自动上下料机械手，水平工作范围在 1 ～ 3m，垂直方向上的形成大约在 0.03～0.1m，每分钟可以实现10次以上的有效工作量。目前，该系统已技术特征以及经济指标的评估本文所设计的齿轮齿条式自动上下料机械手，水平工作范围在1～3m，垂直方向上的形成大约在0.03～0.1m，每分钟可以实现 10 次以上的有效工作量。
5结束语
现如今，在现代社会经济不断快速发展的背景下，社会劳动力整体成本有明显的上升趋势。与此同时，冲压行业已经有了明显的转变，打破传统行业模式的局限性，在发展过程中，通过对自动上下料机械手的合理利用，不仅能够提高使用效率，而且还能够提高使用质量。本文所设计的自动上下料机械手在使用过程中还存在一些问题，如难以对较重的板料实现自动化送料，不仅要改进真空吸盘，还需完善整个机架结构。
参考文献：
[1]王素粉.冲压生产线上、下料摆臂式伺服机械手的设计[J].煤矿机械,2019,40(01):7-9.
[2]秦治伟,季明明,巢渊,李尚荣.基于PLC的取放料机械手控制系统设计[J].南方农机,2018,49(22):18-19.
[3]羊笑金.可编程搬运机械手的设计与研究[J].产业与科技论坛,2018,17(17):45-46.
论文作者:冯颖贤
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/24
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