摘要：在“工业4.0”的发展背景下，我国对以机器人为核心的高端制造产业的发展予以了大量的扶持，“机器换人”也已经成为了我国工业制造的主要发展趋势。实现“机器换人”，不仅可提高工业制造效率，也能够消除手工制造过程中存在的风险隐患，在降低工人劳动强度的同时，保障工人的生命安全。在金属锻压成型加工业务量不断加大的形势下，对于工业机器人的需求量也越来越大。在这种情况下，工业机器人系统集成技术的应用就显得尤为重要。基于此，本文重点针对金属锻压机器人系统集成技术的优势与应用进行了详细的分析。

　　关键词：金属锻压；工业机器人；系统集成；技术；应用

　　在机械制造业的发展过程中，金属锻压成型加工是最基础的一个环节。在多年的探索与发展背景下，我国已经逐步发展为世界著名的金属锻压大国。但是，我国与其他锻压强国相比，金属锻压成型加工水平还有很大的提升空间，很多锻压企业依然以人工操作为主，不仅生产效率偏低，还无法保证最终的生产质量。再加上金属锻压成型加工环境比较恶劣，很多人员并不愿长期从事这一行业。现有的工人也存在着较为频繁的流动现象。人员招聘成本的日益增加，使得锻压企业的发展面临着极大的压力。将工业机器人应用到金属锻压成型加工过程中，则明显提高金属锻压成型的效率与质量，且降低工人的劳动强度，减轻锻造企业的发展压力。但是，如何将工业机器人系统集成技术应用到金属锻压成型加工过程中，还需要进行更为深入的探索。

　　1金属锻压机器人系统集成技术的特点与优势

　　1.1金属锻压机器人系统集成技术的特点

　　“高速、高精、重载、轻量化、智能化”是工业机器人的主要发展趋势。工业机器人系统集成技术在金属锻压成型加工中的应用特点非常突出。首先，工业机器人系统集成技术将精密化、智能化、柔性化以及软件应开发等多种制造技术集合在一起，能够对金属锻压成型加工过程进行科学合理的检测、控制、优化、调度、管理以及决策，进而提升金属锻压成型加工的效率与质量，降低金属锻压成型加工的成本与资源消耗。其次，工业机器人系统集成技术应用中，使用到的设备装备也具有较高的精细化制造与加工，柔性化生产特点。这是一种继动力机械与计算机之后，能够代替部分人力劳作的新型生产工艺，是现阶段具有较强数字化、自动化、网络化和智能化特点的制造加工手段。将这些设备装备连同工业机器人系统集成技术，一起应用到金属锻压成型加工中，明显提高金属锻压成型加工技术水平。

　　1.2金属锻压机器人系统集成技术的优势

　　结合其他国家机器人系统集成技术在金属锻压成型加工中的引用经验，发现工业机器人的应用，有效降低废品率，加强产品生产成本的控制，提高机床使用率，减少人工操作失误而出现的残次零件数量。因此，锻压企业对机器人系统集成技术进行合理的应用，不仅可减少人工成本的投入和机床的不必要损耗，还为技术创新提供支持，实现锻压企业市场竞争力的提高。工业机器人能够完成各种特殊、且具有一定危险性的加工制作任务，故障间隔期也超过60000h，与传统的自动化工艺相比更具先进性。总而言之，将机器人系统集成技术应用到金属锻压成型加工当中，主要表现出了以下八方面的优势。第一，对企业的劳动条件进行优化和改善，使金属工件的生产效率得到提高。第二，生产能力更强，更加可控，为金属工件产品的更新换代提供保证。第三，提高企业对零件的处理能力，使生产出来的金属工件品质更有保证。第四，工业机器人能够代替某些异常枯燥无味的人工操作，企业投入更少的劳动成本。第五，能够为工人劳作提供更加安全的工作环境，并将工人的劳动强度与劳动风险进行减轻。第六，能够对机床生产率进行明显的提升。第七，能够在具体的金属锻压成型加工过程中，对工作量进行合理的控制，减少停产时间，减少库存积压。第八，能够明显提高企业的市场竞争力，促进企业的进一步发展。

　　2金属锻压机器人系统的主要构成

　　根据金属锻压机器人系统的功能，将金属锻压机器人系统划分成以下五个部分。

　　2.1主加工单元设备

　　在金属锻压机器人系统中，竹加工单元设备主要包含中频加热炉、压机以及模具等设备，都属于工件锻压成型加工的功能型设备。需要注意的是，压机应当与系统控制器进行有效的连接，并具有完善的信号通讯功能和数据传输功能，能够与系统控制器进行正常的信号通讯和数据传输。否则，就要对压机进行功能性改造。

　　2.2机器人单元

　　在金属锻压机器人系统中，机器人单元属于技术核心，主要由以下几部分组成：第一，机器人本体；第二，机器人手部工具；第三，机器人底座等。首先，需要对多种型号的机器人拥有哪些功能、负载大小、运动半径长短、运动精度高低、通讯形式先进与否以及安装方式便捷与否进行分析和研究，并根据实际情况选择出最适合的机器人型号。其次，需要对机器人抓取工件的特征进行分析，对机器人抓取工件的工艺要求进行研究，然后以此为基础对机器人手部工具进行设计和制作。最后，机器人底座的设计与制作，需要对机器人的工作半径与工作姿态进行重点考虑，并根据实际情况，先对机器人的高度进行调整，再对机器人进行固定。

　　2.3辅助加工单元设备

　　在金属锻压机器人系统中，辅助加工单元设备也是非常重要的一部分，主要是保证系统集成自动化流程的顺利进行。一般情况下，锻压机器人需要对工件的生产工艺流程进行分析，对机器人自动化生产需求进行研究，然后根据实际情况予以辅助。锻压机器人系统主要由以下几种自动化辅助设备构成：第一，毛坯上料输送定位机构；第二，自动喷石墨机构；第三，自动输送设备；第四，中转工装；第五，抽检输送机构，第六，成品和废料下料输送机等。

　　2.4安全防护系统

　　在金属锻压机器人系统中，安全防护系统主要由两方面组成。一方面，是安全围栏，主要目的是为机器人系统集成自动化线构建一个安全区域，防止无关人员随意进出。另一方面，是安全门，主要目的是在工作人员进入机器人运行范围内的时候，自动断开安全开关。这样，机器人和相关自动化设备就会自动暂停运行，使工作人员能够安全的通过。

　　2.5自动控制系统

　　在金属锻压机器人系统中，自动控制系统主要由以下几部分组成：第一，系统控制器PLC；第二，机器人控制器；第三，人机界面；第四，检测元件；第五，执行元件等。其中，系统控制器PLC的主要作用是对机器人和系统内的其他自动化设备运行进行统一协调安排。机器人控制器的主要作用是对机器人本体的各关节运行与通信进行控制。机器人控制器从属于系统控制器。这样的结构设置，能够将系统控制器运行压力控制到最低。检测元件的主要作用是对主加工设备的运行状态以及自动化辅助设备的运行情况进行控制。执行元件的主要作用是对系统指令进行执行，保证金属锻压机器人系统的基本功能能够实现。

　　3金属锻压机器人系统集成技术的具体应用

　　3.1工艺流程优化重造

　　将机器人系统集成技术应用到金属锻压成型加工当中，为了构建出一套能够满足工业机器人自动化生产需求的工艺流程和系统集成单元，并提升相关配置与空间布局的科学合理性，需要对工艺流程进行优化和重造。另外，对工艺流程进行优化和重造，还表现出了以下几方面的优势。第一，可对工艺流程当中不利于自动化运行的所有因素都进行排除，例如工件定位问题、工件粘膜问题等。第二，对生产效率进行提高，确保企业的生产能力能够得到明显的提高。第三，对机器人本体和主加工单元设备的运行作用予以充分的发挥，并减少设备运行过程中产生的能量消耗。第四，提高金属工件的生产质量。第五，替代部分人工操作，保证金属锻压的自动化水平的提高。第六，对企业的车间现场空间进行优化，为工作人员提供一个整洁、美观、安全的工作环境。

　　在传统的人工操作模式下，金属锻压工艺流程的运行，需要对中频炉、压机、辅助加工设备等方面的布局，以最大限度的提高人工操作的便捷性。而对机器人系统集成技术进行应用，则需要对自动化加工工艺流程进行分析，对机器人工作半径以及系统生产节奏等要素进行重点研究，然后根据实际情况重造工艺布局，通过某些辅助自动化设备的引入，来提高集成系统中各单元设备与机器人的工作能力。

　　3.2建模与仿真

　　对金属锻压机器人系统集成单元构成进行分析，并结合优化重造后的工艺布局，进行系统三维造型建模。之后，将这一三维模型输入到工业机器人专用的仿真软件中，就能够对系统进行仿真测试，通过对现实条件的模拟、相关技术参数的设定来将系统内部所有的工艺流程进行仿真，加深工作人员对系统内各组成部分的了解，明确这些组成成分是否存在运动干涉现象，机器人是否能够到达预期的运动范围，生产节奏是否符合相关设计标准。通常情况下，仿真结果能够对系统集成方案是否科学合理进行如实的体验。对仿真结果中出现的问题进行分析，并以此为基础采取针对性的方案优化调整措施，可进一步提高工业机器人系统集成技术在金属锻压成型加工中的应用水平。

　　3.3自动控制技术

　　（1）控制系统功能。在整个金属锻压生产线上，控制系统是最核心的存在，负责各个系统单元设备的调度与指挥，确保其能够完成各自的工作，发挥相应的功能。控制系统主要具有以下五大功能。

　　第一，生产线运行控制功能。即控制系统能够通过协调、控制等方式，提高整个金属锻压生产线运行的安全性、可靠性与高效性。以工艺要求为参照，可将生产线分成多个不同的区域。然后通过区域启动、分区控制等方式，来提高整个金属锻压生产线的控制力度。总线则是对各个单机设备的运行情况进行检测。在检测过程中，如果发现生产线的某一区域存在问题，或者某一单机设备存在运行故障，那么就会结合其他设备的动作需求和状态，对单机设备发出针对性指令，例如等待指令、重启指令或者权限停车指令等。

　　第二，现场监控功能。控制系统能够提供生产场景在线仿真界面，利用图形方式对产品信息、设备状态、故障提示以及报警信号等进行实时显示。

　　第三，生产管理功能。控制系统能够对对各种生产信息进行有效的收集。然后，再对这些数据进行整理、分析、统计和传输，通过人机交互系统进行各种生产管理指令的执行。

　　第四，生产线安全防护功能。控制系统的运行以安全纵向的独立运行为基础，因此能够对金属锻压生产线中的安全防护单元进行密切的监测，确保工人和相关自动化设备不会遭到破坏和损坏。

　　第五，数据处理功能。控制系统中的监测板块，具有较强的数据采集功能、数据显示功能以及数据记录功能，可以将数字量的实际状态直接显示出来，将模拟量的发展趋势显示出来，并将关键性数据储存到数据库中，为后期生产数据的分析与处理提供便利。

　　（2）控制编程。将机器人系统集成技术应用到金属锻压成型加工中，涉及到的控制编程主要包含两种，一种是PLC编程，另一种是机器人编程。

　　首先，PLC指的是具有数字运算操作功能的电子系统，使用的是一类可编程存储器，执行的指令以定时、计数、逻辑运算、顺序控制以及算数操作等为主。执行完指令之后，还会模拟或数字量输入、输出，对系统集成各构成单元的自动生产过程进行有效的控制。一般情况下，PLC编程使用的是梯形图格式，具有一定的直观性和形象性。

　　其次，机器人编程主要使用到两种编程方式，一种是示教编程，即操作人员严格按照相关要求，对机器人进行示教，然后将相应的运动轨迹记录下来，并将其作为工业机器人的控制程序。另一种是离线编程，主要作用是对示教编程的缺陷进行弥补，并在明确工作参数的情况下，利用辅助手段完成自动化的离线编程。示教编程的应用优势为：第一，整个示教过程具有较强的直观性和形象性，能够帮助工作人员更加及时的发现系统运行的问题；第二，操作记忆简单，即便是新手，也能够轻松学会，并快速上手，技术推广方便；第三，无需担忧系统重新标定问题，所见所得高度一致。示教编程的应用缺点为：第一，无法满足柔性化生产的实际要求，如果工作任务作出调整，即便是微小的变化，也需要重新示教；第二，如果运动轨迹为复杂曲线或者曲面，将无法发挥出编程应有的作用。离线编程的应用具有较好的适应性和开放性，既可以通过差异化参数的设定满足不同工作任务的完成要求，也便捷化的进行拓展，保证诊断与维护的便捷性与容易性。另外，离线编程，满足复杂曲线或曲面上的编程工作需求。

　　目前，机器人主要是按照点对点的路径进行运动，因此对示教编程进行合理的应用，可以明显提高机器人运动规划的合理性。

　　4金属锻压机器人系统集成技术的发展

　　金属锻压机器人系统集成技术的有效应用，需要获得材料行业、机床行业以及电子行业等多个行业的积极配合。如果产业基础比较薄弱，那么金属锻压机器人系统集成技术的应用优势也将难以充分体现出来。“2023-2028年中国工业机器人行业市场深度研究及投资前景展望报告”中指出，我国工业机器人的产业基础依然非常薄弱，很多金属锻压企业因为实力有限，技术水平偏低，无法将机器人系统集成技术的应用优势充分发挥出来，致使最终的工件品质不甚理想，无法与世界知名企业的生产质量相媲美。例如，部分企业使用的电机运行性能，就与世界知名企业内配置的电机运行性能存在较大差异。而我国也始终没有研发出高性能、高精密性的电机。另外，工业机器人系统集成技术中使用到的核心零部件，也以进口为主，国内暂不具有较高的自主研发能力。

　　为了提高我国金属锻压机器人系统集成技术的应用水平，需要在未来的一段时间内，逐步加大核心零部件的自主研发力度，不断的夯实我国金属锻压机器人系统集成技术应用的产业基础，通过多个行业的协调配合与大力支持，通过以机器人为核心的数字化生产模式、高柔性锻压机器人系统集成技术以及以模块化设计为基础的机器人系统集成技术应用来提高我国金属锻压成型加工工艺水平。

　　5结语

　　综上所述，在我国工业机器人系统集成技术发展水平不断提高的形势下，其对于金属锻压成型加工的影响也越来越大。但是，要想将工业机器人系统集成技术科学合理的应用到金属锻压生产线上，降低锻压企业的生产成本，提高锻压企业的生产效益，还需要对这一技术的应用潜力进行更为深入的挖掘，对这一技术的应用模式进行持续的创新，并根据金属锻压领域的实际发展需求，对工业机器人系统集成技术进行持续性的优化和升级。