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機器人連續生產模式是近幾年新興的沖壓生產模式，整線成本與傳統機器人斷續生產線基本持平，生產節拍提升10%，整體經濟性更優。連續生產模式中，壓力機沖壓速度大幅降低，極大降低了設備、模具所受的沖擊力，延長了其使用壽命，降低了生產噪聲；壓力機無需停上死點，加減速頻次、制動損耗有效降低，節能效果顯著。

汽車作為大宗消費產品，單一車型開發后產銷量少則數萬，多則上百萬，而快速批量化生產是降低生產成本，提升市場競爭力的必由之路。傳統沖壓自動生產線可以區分為機器人線（斷續線）、同步線兩大類，同步線較機器人線效率高出50%～80%，但整線成本高出2～3倍，導入何種生產線能實現成本、收益最佳平衡點是沖壓設備規劃的難點。

機器人連續生產線

機器人連續生產線是一種集成傳統機器人生產線硬件與同步線同步控制技術，實現機器人上下料過程，壓力機不停上死點的一種沖壓生產模式。機器人連續生產線具有效率更高，較傳統機器人生產線提速約10%；更加節能，較傳統機器人生產節能約5%；工作噪聲更低，可維持在75～85dB之間；設備模具所受沖擊更低，延長了設備、模具使用壽命。

機器人連續生產線開發的難點

機器人速度過低

機器人自動化市場發展多年，壓力機與自動化集成商長期分離，開發機器人連續線，需壓力機同步控制技術、機器人控制技術融合，需對項目比重再分配，溝通融合周期漫長。采用當前主流斷續線機器人進行連續模式開發，成本小幅增加，節拍降低1.2～2.3（圖1），有弊無利。

圖1機器人斷續線、連續線節拍對比

整線優化難度指數級增長

傳統機器人斷續生產線在完成端拾器制作、軌跡優化、安全角度測量后即可啟動聯動生產，由后往前逐個單元進行機器人優化，直至整線節拍達到理想值。而連續生產線需要考慮壓機間相位角度設置、不同單元間機器人優化深度匹配等，相對于斷續線主單元的優化把握，提升為整線優化把握，對現場保全技能水平提出極高要求，大大提升了現場保障的難度。

機器人連續線規劃

沖壓過程原理模型

如何突破機器人連續線開發難點，我們從沖壓過程原理進行分析。生產過程中壓力機運行一個沖次，過程中關鍵角度采用1個圓進行表示（圖2），同一套模具在機器人線、同步線的5個關鍵角度值變化極小，我們假定為5個值均一致。

圖2壓力機運行1沖次關鍵角度示意圖

連續模式開發方向

從工時分析可知，壓縮上下料時間、放大安全角度是兩個核心提速方向。直接參與沖壓過程的設備及部件有壓力機、機器人、機器人附加軸。我們從以上三個設備及部件入手進行分析。壓縮上下料時間方向包括開發新型機器人、附加軸，提升機器人速度。放大安全角度方向包括改善首工序壓力機抓料空間（壓邊圈頂起是四工序中安全角度瓶頸）；壓縮新開發七軸厚度等。

以廣汽新能源現場應用機器人連續線為例（圖3），采用KUKA R360沖壓專用機器人+濟二自研直線七軸組合，其中七軸較傳統外資品牌厚度壓縮90mm；首工序壓力機較后工序增加200mm行程，采用六連桿結構。

圖3廣汽新能源現場應用機器人連續線

軟件開發方向從兩個方面出發，一是解決連續狀態下壓力機與機器人協同工作控制；二是解決整線優化困難，提升整線推廣應用競爭力。廣汽新能源現場機器人連續線的開發要點包括：運用simotion運動控制器實現壓力機同步控制，取代傳統斷續線機器人控制壓力機啟停的模式，采用同步控制器實現壓力機連續控制；機器人啟停及安全仍沿用傳統斷續線角度控制，鑒于機器人的高柔性，其運行軌跡壓力機無法有效獲取，為提升控制安全性，同步控制模式采用虛擬軸控制技術（圖4）；開發優化自學習系統（圖5），將基礎優化參數測量完啟動聯動生產，設備自動計算極限值及對應的相位角度等信息，直接設置期望值即可實現對應節拍連續生產，大幅降低優化難度。

圖5自學習系統界面

機器人連續生產線優化

設備硬件優化設計對應連續生產模式開發；硬件之外的工裝、參數優化設計對應連續生產線節拍優化。直接參與或影響沖壓過程的工裝、參數有端拾器、機器人軌跡等。主體思路仍從壓縮上下料時間、放大安全角度兩個核心出發。壓縮上下料時間包括：優化機器人軌跡，上下料等待點前置等；放大安全角度包括：端拾器扁平化設計，壓縮安全角度余量等。

廣汽新能源現場機器人連續生產線重點優化了以下內容。端拾器扁平化設計：端拾器吸盤布局盡可能靠近中心，減少端拾器垂直最大厚度；壓縮端拾器凹面與零件凸面最小間距，一般10～15mm（圖6）。機器人速度軌跡優化：保證搬運平穩情況下，機器人單點速度MAX，速度100%；軌跡平順，減少輔助點、拐點。追逐參數設定：設置最大值。上下料等待點前置：將機器人上下料等待點逼近滑塊設置，必要時可直接深入滑塊下方，縮短上下料距離；設置后使用秒表測算最優等待位置。

圖6端拾器扁平化設計

縮小安全角度余量：使用ANALYZER PRo5軟件對機器人運行監控；測算信號延遲、制動距離等微觀信號，反推科學削減安全角度余量；經過深度優化，目前現場優化上下料時間在2.4～2.6s之間；安全角度在160°～180°之間，理論節拍區間10.3～12.5SPM；實際優化11.7SPM，仍在優化中，預期最優可達12SPM；測算曲線如圖7所示。

圖7優化后斷續線與連續線節拍對比

結束語

機器人連續生產線在國內主流主機廠應用仍處于初級階段，整線設計、優化升級工作仍持續進行中，但其目前表現出的技術優勢已相當明顯，已然成為斷續線強有力的競爭者。伴隨汽車制造逐步邁向深水區，未來車身覆蓋件定制化生產逐步走入現實，沖壓生產可能從大批量加工向中小批量加工過渡，機器人連續生產線綜合了高效、低成本的優勢，必將在未來競爭中占據一席之地。

——來源：《鍛造與沖壓》2019年第10期

文章來源： 《鍛造與沖壓》