汽车车身钣金件冲压线是汽车生产过程中的重要设备, 其生产质量和效率直接影响到汽车的质量和生产效率。冲压生产自动化是提高劳动生产率和改善劳动条件的有效措施和主要方法。随着我国汽车、电器产品质量的不断提高和生产规模的不断扩大, 我国金属冲压行业实现生产自动化势在必行。

冲压工艺中的生产方式有传统的人工生产方式( 

1. 各种生产方式的比较

机械手自动化生产线和机器人自动化生产线的区别主要表现在以下几个方面。

安装方式: 

使用特点:

生产节拍:

投资成本:

机械手自动化线适于大间距的压力机生产线, 同时适用于已有生产线的自动化改造。通过更换端拾器, 机器人自动化生产线可适合多车型的生产, 柔性更高。

2. 机器人冲压自动化生产线设计

机器人自动化冲压生产线运行循环方式为: 垛料拆垛( 

2.1 系统组成

本系统包括拆垛系统、涂油机、对中台、压力机兼上下料系统、线尾输送系系统。

拆垛系统采用可循环式双垛料台, 导轨布置平行于压力机, 冲压板料用行车或叉车放置在非工作垛料台上, 然后通过有效信号确认上料完毕, 系统将在一台拆垛完成后自动转换垛料台, 保证连续生产; 在垛料车上配备磁力分张器, 通过磁力将垛料自动拆垛成单张。在拆垛机器人上有双料检测以及双料处理装置以保证每次为单张送料。拆垛机器人将板料放置在长度可调的磁性传送带上, 板料送至涂油机, 板料是否涂油及涂油位置可通过编程自行设定, 板料涂油后, 传送到对中台。对中台采用机械对中台, 可方便地进行移动和固定, 同时使用重力对中或视觉对中系统, 保证板料的重复定位快捷、准确与牢固; 上料机器人根据每个零件的对中位置, 改变运行轨迹, 将板料准确地搬运到压力机内; 对不同的冲压制件进行机器人的模拟示教,离线编程, 以适应多种制件的共线生产; 线尾输送采用皮带机, 在生产线的末端放置皮带机, 保证最后一台压力机的机器人直接将零件放置到皮带机上, 达到出件效果。

2. 2 控制系统

2. 2. 1 总体控制方案

本系统包括拆垛机、涂油机、对中台、上下料系统、线尾输送系统, 各分系统间的电气控制按照集中监控、分散控制的原则。在各控制部分控制系统中, 采用设备层和控制层的典型控制模式, 每个层次中使用不同的网络结构及软硬件配置,以实现各自不同的功能。

2. 2. 2 控制层

各部分控制系统采用具有现场总线形式的 PLC控制方式, 具有单独控制及连线自动控制的功能。为保证系统稳定可靠地运行, 可采用西门子 S7- 416-2DP 的PLC, 现场总线采用西门子Profibus 总线及工业以太网控制系统。每个控制部分的 PLC 之间及各PLC 与上位机之间的数据交换采用工业以太网方式,供 监 控系统联网 使用。压力机控 制系统需配 备Ethernet card 与机器人控制系统接口, 控制系统与机器人系统间通过 Profibus- DP 现场总线形式实现信息交换和连锁对接。

2. 2. 3 设备层

设备层在整个控制系统中处于最底层, 是整个控制系统的关键环节, 主要包括现场操作站、现场设备检测单元( 

2. 2. 4 人机界面 HMI

本系统 HMI 采用 SIEMENS 的触摸屏, 在每个控制单元均配置一个触摸屏, 采用 Profibus 总线通讯。单元触摸屏具有指示灯及操作按钮( 

2. 3 安全系统

安全是自动化生产线的最大特点, 本系统采用基于德国 PILZ 安全 PLC 的 SafetyBus 保护系统, 并配置了完善的安全装置, 实时控制显示安全区域状况, 及时发出声光报警信号或停机, 与主PLC 系统通讯采用Profibus- DP 总线。声光报警单元作为整线安全系统的辅助工具, 能够在设备启停、设备故障、上下料故障以及安全系统中各安全监控点报警等异常状况发生时及时通知操作人员处理。在拆垛系统前设有一升降门, 该门为卷帘门。升降门的开闭与两个垛料台的转换互锁, 当一个垛料台无料时, 另一个垛料台进入前, 升降门打开, 垛料台开进; 当前一个垛料台开出后, 升降门落下。升降门是电动升降, 并且由操作员从相应的操作台控制, 在关闭时它们检测 2 个行程开关, 打开时用一个传感器检测。在保证工作单元安全的情况下, 一个光幕单元( 

2. 4 仿真模拟

在虚拟环境中仿真冲压线的运行情况, 避免到生产现场才发现诸如干涉、节拍不合理等错误; 通过机器人离线编程, 对机器人的运动轨迹和路线进行模拟,以缩短现场的调试周期。机器人运行轨迹如图 4 所示。

3.结语

机器人冲压加工自动化的应用, 既改善了劳动条件, 减轻了工人劳动强度, 又可确保生产安全, 提高劳动生产率和产品质量, 还能降低能源及原材料消耗,节省辅助加工时间, 降低产品成本。随着生产线的制作、调试周期逐步缩短, 机器人自动化生产线越来越为汽车主机厂所接受, 成为冲压自动化生产线的主流。

视频1:德国kuka+西班牙FAGOR

波浪传导式（Wave line）冲压自动化生产线

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视频2：德国KUKA+德国SCHULER

8轴横摆式（8-axis crossbar robots）机器人冲压生产线

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