机器人冲压自动化生产线剖析，设计要点视频
汽车车身钣金件的冲压生产线是汽车制造过程中的核心环节，其生产质量和效率对整车的品质和生产速度有着直接的影响。为了提高劳动生产率和改善工作环境，冲压生产自动化已成为行业的关键措施和发展方向。
随着汽车和电器产品质量的持续提升以及生产规模的日益扩大，我国金属冲压行业实现生产自动化已经迫在眉睫。在冲压工艺中，我们常见到两种生产方式：传统的人工生产方式（如图1所示）和先进的自动化生产方式（如图2与图3所示）。
从多个维度进行比较，自动化生产方式在产品质量稳定性、人员劳动强度、安全生产以及生产效率等方面具有显著优势，无疑是冲压生产的发展方向。冲压自动化生产线又包括机械手自动化生产线、机器人自动化生产线和多工位压力机生产线等多种形式。
其中，机器人自动化生产线作为现代工业的重要组成部分，以其高度的灵活性和智能化，为冲压生产带来了革命性的变革。它不仅大大提高了生产效率，同时也保证了产品质量的稳定性和一致性，降低了人工操作的难度和误差。
文章阐述的主题是关于机械手自动化生产线与机器人自动化生产线的差异，这种差异主要展现在其安装方式和运用特点上。以下是详细分析：
一、安装方式：机器人自动化生产线是在地面进行安装的，与压力机之间并无机械上的直接联系。而机械手自动化生产线则不同，它需要安装在压力机的立柱之间，钢梁的存在使其与压力机紧密相连。这种安装方式的差异，直接导致了两种生产线的运行方式和特性的不同。
二、使用特点：机器人自动化生产线具有更高的柔性化特点。通过端拾器的切换和机器人的动作轨迹调整，机器人线可以更加灵活地适应不同的生产任务。而机械手自动化生产线由于其与压力机的直接关联，虽然具有稳定、高效的特性，但在任务切换时可能需要更多的时间和努力。这使得机器人线在生产灵活性上更胜一筹。
生产节拍：我们的机器人生产线具有高效的产出能力，每分钟的产出范围在7至10件。而机械手的产出则稳定在每分钟8至12件。生产节拍是一个综合指标，它不仅仅取决于单一设备，而是涉及自动化设备、压力机和模具之间的协调配合。若要达到每分钟10件以上的产出，压力机和模具的需求也会相应提升，这意味着投资成本的增加。从综合经济性和适用性来看，机器人自动化线是一个更经济的选择。
投资成本：机器人线的投资成本相对较低，而机械手线的投资则较高。这是因为机器人线在生产过程中的灵活性和效率更高，能够有效地适应不同的生产需求。而机械手自动化线则更适合大间距的压力机生产线，并且易于集成到现有的生产线中。通过简单地更换端拾器，机器人自动化生产线甚至可以适应多车型的生产，显示出更高的柔性。
机器人冲压自动化生产线设计：我们的机器人自动化冲压生产线的运行循环方式独特且高效。从垛料拆垛开始，到板料传输、涂油、对中，都由机器人精准完成。上料机器人负责送料，首台压机进行冲压，下料机器人则负责取料和送料。这个过程会根据工序数量进行循环，直到最后的末端压机冲压和线尾机器人的取料、放料。皮带机负责输送，人工进行码垛。我们以长城汽车的机器人冲压自动化生产线为例，详细设计其整体布局和电器控制，确保生产线的顺畅运行。
本系统涵盖了拆垛系统、涂油机、对中台、压力机兼上下料系统以及线尾输送系统。这些组件共同协作，实现了高效、精准的生产过程。
拆垛系统采用了可循环式双垛料台设计，导轨布局与压力机平行。冲压板料被行车或叉车放置到非工作垛料台上，当系统确认上料完成后，会自动转换垛料台，确保连续生产。拆垛过程中，磁力分张器在垛料车上发挥作用，通过磁力将垛料拆垛成单张。拆垛机器人配备了双料检测和处理装置，确保每次只处理一张板料。
拆垛后的板料被放置在长度可调的磁性传送带上，接着被输送到涂油机。涂油机的操作可以通过编程设定，实现板料的自动涂油以及涂油位置的精准控制。涂油完成后，板料被传送到对中台。
对中台采用了机械式的设计，既可以方便地进行移动和固定，又通过重力或视觉对中系统，保证了板料的快速、准确和稳固的定位。上料机器人则根据每个零件的对中位置，灵活调整运行轨迹，将板料精确搬运到压力机内。
为了满足多种制件的共线生产需求，本系统对不同的冲压制件进行了机器人的模拟示教和离线编程。线尾输送则采用了皮带机，确保最后一台压力机的机器人能够直接将零件放置到皮带机上，实现出件效果。
本系统通过软件实现了机器人跟踪压机的运动，使压机与机器人能够同步运作。这一功能最大化地提高了上下料与压机运动之间的重合度，通过调整生产节拍和机械负荷，实现了生产的平稳切换。
2.2 控制系统概述
2.2.1 总体控制方案
本系统集拆垛机、涂油机、对中台、上下料系统以及线尾输送系统于一体，遵循集中监控、分散控制的原则，实现各分系统间的电气控制。我们采用设备层和控制层的典型控制模式，每个层次运用不同的网络结构及软硬件配置，确保各控制部分实现独特功能。
2.2.2 控制层详解
各部分控制系统采用现场总线形式的PLC控制方式，具备独立控制与连线自动控制双重功能。为确保系统稳定可靠运行，我们选用西门子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。
在数据交换方面，各控制部分的PLC之间以及PLC与上位机之间的信息交互采用工业以太网方式，为监控系统联网提供了强有力的支持。对于压力机控制系统，我们特别配备了Ethernet card，以便与机器人控制系统接口无缝对接。通过Profibus-DP现场总线形式，控制系统与机器人系统实现了信息交换和连锁对接，使整个系统的运行更加协同、高效。
设备层——控制系统的基石
在整个控制系统中，设备层犹如稳固的基石，处于最底层，承载着整个系统的运行重任。这一层次包含了现场操作站、现场设备检测单元（如精准的接近开关、光电开关）、其他现场输入设备以及现场执行机构（如电动机、电磁阀）等关键元素。它们直接或通过现场总线与控制系统中的PLC紧密相连，将现场设备的输入信号传递给PLC，同时接收PLC发出的操作指令，实现现场设备的精准控制。各种传感器和阀的接线盒通过Profibus-DP现场总线与相应的控制单元顺畅通讯，确保信息的准确传输。
人机界面HMI——人机交互的窗口
本系统的HMI采用了SIEMENS的直观触摸屏，为每一个控制单元量身定制。通过Profibus总线通讯，触摸屏不仅展示了单元的状态信息，还提供了操作按钮或旋钮，方便操作人员实时进行干预。当设备出现错误或故障时，触摸屏上的指示灯会及时显示，并以不同颜色区分各类信息。一旦有故障节点，系统将持续发出警报，HMI会直接在当前画面显示故障点，助力工作人员迅速定位和解决问题。
安全系统——生产线的守护神
安全是自动化生产线的首要特点，本控制系统采用了基于德国PILZ安全PLC的SafetyBus保护系统，犹如生产线的守护神。配备了完善的安全装置，该系统能够实时控制并显示安全区域的状况，一旦察觉到危险，会立即发出声光报警信号，甚至在必要时停机，以确保生产线的安全。它与主PLC系统通过Profibus-DP总线进行通讯，确保安全信息的实时传递。
声光报警单元：安全生产的守护者
声光报警单元作为整线安全系统的得力助手，在设备启动、故障、上下料异常以及各安全监控点的警报时刻，迅速通知操作人员采取应对措施。拆垛系统前巧妙设置的升降门，如同守护者的一道防线，采用卷帘门设计。这个升降门的开关与垛料台的转换紧密相连，当一个垛料台物料耗尽时，另一个垛料台便会在适当的时间进入，确保生产线的连续运行。升降门的电动升降操作由操作员通过操作台控制，关闭时精确检测两个行程开关，打开时则使用一个传感器进行确认。在保证工作单元安全的前提下，光幕单元（发射器与接收器）允许垛料台车的进出，确保冲压线的自动化运行。一旦光幕被非预期的阻碍（如人员或异物）阻断，光幕单元的即时反应将切断冲压线机器人的动力（除编程模式外），并断开拆垛单元的控制回路电源。整个控制系统的紧急停止信号及压机和机器人之间的安全连锁信号均纳入安全PLC系统，通过精密的PLC程序实现互锁控制。
仿真模拟：虚拟环境中的先行者
在仿真模拟的虚拟环境中，我们提前预见冲压线的运行情况，以避免在实际生产现场可能出现的问题，如干涉、节拍不合理等。机器人离线编程技术的运用，让我们能够在模拟中精确测试机器人的运动轨迹和路线，从而大大缩短现场的调试周期。机器人的运行轨迹如图4所示，流畅且高效。
结语：机器人冲压加工自动化的多重优势
机器人冲压加工自动化的应用，不仅改善了劳动条件，减轻了工人的劳动强度，更确保了生产安全。它提高了劳动生产率和产品质量，降低了能源及原材料的消耗，节省了辅助加工时间，降低了产品成本。随着生产线制作、调试周期的逐步缩短，机器人自动化生产线逐渐被汽车主机厂广泛接受，成为冲压自动化生产线的主流趋势。
视频1：德国KUKA与西班牙FAGOR联手打造的波浪传导式冲压自动化生产线
在这段独家视频中，您将亲眼目睹德国KUKA与西班牙FAGOR的强强联手。他们共同打造的波浪传导式冲压自动化生产线，展现了最前沿的制造技术。这条生产线以其高效、精准的特点，引领着冲压自动化领域的新潮流。
视频2：德国KUKA与德国SCHULER携手呈现的8轴横摆式机器人冲压生产线
另一段精彩视频，展示了德国KUKA与德国SCHULER合作的8轴横摆式机器人冲压生产线。这款冲压生产线设计独特，功能强大，堪称机器人技术与冲压工艺的完美结合。通过精密的8轴横摆式设计，这款生产线能够满足各种复杂冲压需求，提升生产效率。
在这两段视频中，您将领略到德国制造的精湛技艺与世界领先的技术创新。无论是波浪传导式冲压自动化生产线还是8轴横摆式机器人冲压生产线，都体现了德国KUKA及其合作伙伴在自动化技术领域的卓越成就。这不仅是一场技术的盛宴，更是对未来制造业发展的一次大胆展望。