气动机械手在自动化冲压生产线设计中的应用

摘 要：随着科学技术的不断更新和进步，生产自动化已经作为一种趋势，深入到工业生产的方方面面。在自动化冲压生产线的设计中，气动机械手已经被广泛采用。本文首先介绍气动机械手的概况，接着进行自动化冲压生产线设计的介绍，最后将二者结合，具体探讨气动机械手在自动化冲压生产线设计中的应用和前景。

关键词：气动机械手；自动化；冲压生产线设计；应用

近年来，我国的冲压生产线已经高度自动化，改变了过去单纯依靠劳动力投入的低效率模式。随着技术的进步，气动机械手又广泛应用于自动化冲压生产线，进一步解放了人类劳动，工业生产的质量和效率显著提高。基于气动机械手在自动化冲压生产线中的重要作用，企业开始将自身发展同气动机械手的应用密切联系。

一、气动机械手概述

气动机械手指的是利用现代气动技术、气动伺服控制技术和计算机技术为核心的控制技术，完成生产线上物品的抓持、搬运和卸料工作，以此代替人力劳动，提高生产效率的现代生产技术。

气动机械手是典型的机、电、器一体化的产物，同市面上存在的机械传动机械手、液压传动机械手、电气传动机械手相比，具有技术要求低、动作速度快、使用成本低、维护费用少的特点，因此是最受生产企业欢迎的高性价比的生产工具。

二、自动化冲压生产线的设计

自动化冲压生产线是一个循环往复的单线系统，它的工作周期一般为：拆垛――物料运输――取料、送料（压机冲压）（该步骤可能重复）――生产线末端输送――人工码垛。

（一）系统组成

自动化冲压生产线是一个单线系统，它的组成往往根据厂家生产产品的不同而略有差异。一般来讲，自动化冲压生产线有拆垛系统、过程操作（涂油、压板等工艺）系统、上下料系统和线末运输系统组成，最后经过人工码垛，完成整体生产线的生产过程。

（二）控制系统

1、控制层

自动化生产线的控制系统一般采用PLC控制方式，这种控制方式具有现场总线的控制，同时具有单独控制及连线自动控制的功能。它将整个系统分为不同的控制部分，每个控制部分上都设置有一个PLC，每个部分PLC之间与上级PLC之间采用以太网方式进行数据交换，联网时可以被系统监控和使用。

2、设备层

设备层管理的主要是生产线中的各种设备，处于整个控制系统的最低层，同时也是整个系统最关键的环节，因为它控制的是实际生产的环节，主要监控现场操作站、现场输入设备以及现场执行机构等部分的工作。设备层受总线PLC控制，向总线PLC发送信号和数据，并将接收到的总线PLC命令直接传达到生产线的指定环节和设备，使自动化冲压生产线稳定地生产和运行。

（三）安全系y

安全是自动化生产线的最大特点， 自动化冲压生产线一般配置高级的保护系统和完善的安全装置，不仅能够实时监控生产的进行，还能在危险发生时及时发出警报信号，有的甚至能够自动判断危险级别，进行停机保护。

整个安全系统同样受总线PLC控制，保证了线路运行在统一的指挥和监控下安全运行。

三、气动机械手在自动化冲压生产线设计中的应用

气动机械手的应用具有安全性高、抗高温环境、抗危险（易燃、易爆、辐射等等）环境、效率高的特点，并且在成本投入上，又有成本低、动作快、平稳可靠、节能环保、维护和运营成本低等优势，因此被广泛应用于各种自动化冲压生产线中，不管是汽车制造业、家电制造业还是食品加工业、军事制造业，都能看见它的身影。

（一）气动机械手要求对控制器进行有效选择

气动机械手的应用，需要在强有力的系统控制下进行。因此，在设计自动化冲压生产线的过程中，如果考虑加入气动机械手，就要做好控制器的选择工作。要选择具良好性能，同时遵循“简单、稳定”特征，能够对总线和各部分PLC进行准确把握的控制器。

（二）气动机械手要求实现自动与手动相结合的送料系统

在自动化冲压生产线的生产过程中，大部分工作都由自动化的气动机械手来完成，但是要求必须实现自动系统与手动系统的结合。因为气动机械手只能完成规定的将物料送入机械设备的动作，但是在一些需要主观能动性决定的工作操作（质量检验、装箱码垛等等）中，气动机械手却无能为力，只能靠手动操作系统来完成。

（三）气动机械手要求系统具有可靠的功能

气动机械手在自动化冲压生产线设计中的应用，要求系统能够提供相应的安全和生产保障，从而来指挥气动机械手进行正常的生产。

1、报警系统

作为一种机器，气动机械手的工作过程是简单机械的，只要系统不发出停止或者其他操作指令，它就会不停地运转。在危险发生的时候，气动机械手并没有主动判断危险的能力，这个时候，如果没有可靠的报警系统给总线控制系统传递信号，气动机械手就会不停地运转，导致重大生产事故的发生。

2、停止功能

在自动化冲压生产线设计的过程中，一定要格外重视对气动机械手停止功能的设计。在危险发生时，通过设备或者遥控开关面板上的“停止”键，使设备立即停止运行，能够及时阻止更危险情形的出现，降低事故的损失率。

3、状态显示功能

机器人不会说话，它的工作运行状态，只能通过状态显示功能来体现。因此，在自动化冲压生产线设计的过程中，一定要做好状态显示功能的设计，使其能够对系统各个部分的运行状态进行反应，及时解决生产中出现的各种问题。

四、气动机械手在自动糊冲压生产线中应用的前景

（一）重复高精度

与人工操作相比，气动机械手采用气动伺服技术和现代计算机技术，生产过程可以实现高精度重复。在气动机械手生产的过程中，如果一个气动机械手出现了定位不精确的误差，就会及时启动误差调整功能，保证工作的高精度。随着微电子技术和现代控制技术的发展，气动机械手的精确度会越来越高，它的发展前景和工作领域会越来越宽广。

（二）模块化

现代的气动机械手正在由组合驱动装置向模块化拼装装置转化。这种转化使气动机械手的安装使用更加灵活方便，扩大了气动机械手的应用范围，也是气动机械手发展的重要方向之一。

（三）无给油化

在食品、医药、纺织等生产要求高的行业，无污染是他们共同的追求。现在，随着技术的发展，已经实现了不加脂的不供油元件生产技术。这种无元件如果在气动机械手装置中得到广泛应用，不仅能够节省油、降低环境污染，而且能降低生产成本、延长机器使用寿命，给相关行业带来更大的利润空间。

（四）劳动力集约化

在传统的生产线中，单纯采用人工方式进行重复性、危险性、节拍高的生产工作，工人劳动强度大，很容易发生工伤。气动机械手在自动化冲压生产线中的使用，代替了大部分危险性的人工工作，节约了人力劳动成本，提高了人工及设备的安全性。这正体现了一种未来工业的发展趋势。

结语：

气动技术的发展经历了一个漫长的发展过程，我国对气动技术和气动机械手的研究与应用都比较晚，但是近年来，随着我国相关部门和企业重视程度的提高，对于气动机械手的投入力度和研发力度在不断加大，我国自主研制的许多气动机械手已经在各种行业内广泛应用，并且获得了国际的一致好评，为国家的技术进步做出了卓越贡献。可以预见，在不久的将来，气动机械手将越来越广泛地进入工业、军事、航空、医疗、生活等各个领域，更多地影响我国的工业生产过程和人民的现代化生活水平。

参考文献：

[1]张会桥.气动机械手在自动化冲压生产线设计中的应用[J].科技传播，2016，8（14）：176-176，211.

[2]彭国庆，陈柏金.基于气动机械手的自动化冲压生产线的设计[J].锻压技术，2012，37（3）：85-88.

[3]宁志刚.自动化冲压生产线技术研究[D].湖南大学，2014.