浅析连续冲压线自动化系统设计

新能源汽车行业近年来经历了长足发展，造车新势力不断涌现。理想汽车江苏心电项目是该公司第一个生产基地，是互联网造车落地的重要标杆项目，项目一期冲压车间规划自动化冲压线一条，为工厂提供车身覆盖件及大型结构件。冲压线由5 台金丰压力机(2400t+1200t+1000t×3)组成，自动化系统由上海ABB 工程有限公司提供。生产线为连续冲压线，要求能生产铝板和钢板冲压件，生产时在上死点不停止，机器人与压力机滑块位置对应、同步运行。

冲压线自动化系统由拆垛小车、自动分张装置、料高/末料/双料自动检测装置、板料输送/过渡/线尾输送皮带、清洗机、涂油机、对中装置、机器人及抓取机构（端拾器）、控制系统等组成。本文通过此项目简述了连续冲压线对压力机的要求，并对部分自动化设备规划设计时需要考虑的问题进行分析。

压力机需要具备的条件

作为国内第一条采用机器人上下料的连续冲压线，压力机除了要加大主电机功率，以满足低转速下的冲压能量要求外，还需要满足以下要求。

对于工作台面达到5000mm×2600mm 的压力机，为了给上下料机器人足够的空间取放件，要求线首多连杆压力机滑块行程≥1400mm，其余压力机滑块行程≥1200mm。

压力机需要增加Simotion 同步控制器。同步控制器需保持压力机运行速度以及各压力机间相位差恒定，同步精度控制在±5 度以内，整线运行速度，以及各压力机间相位差数值可调，由自动化上下料设备给定。

压力机同步控制器Simotion 通过Profinet 与自动化整线控制器进行实时通讯，实现以下数据传输及格式要求。Simotion 向自动化控制器发送虚拟轴角度和速度，以及压力机实时角度和速度，Simotion 发给自动化控制器的速度信号需精确到小数点后三位，Simotion 发给ABB 系统的压力机位置信号需精确到小数点后一位，Simotion 同时接收自动化控制器发送的数据。

急停时，压力机滑块会有一定的制动距离，为了避免机器人与压力机滑块碰撞，在机器人与压力机滑块间须留有一定的安全距离。为了提高整线速度，需要尽量减小上下料机器人与压力机滑块间的安全余量，一般对压力机制动角度要求如表1 所示。

表1 压力机制动角度要求

压力机PLC 通过Profinet 与自动化整线控制器进行通讯(与断续线通讯方式一样，交换信息有所增加)。

自动化设备需要单独获取压力机滑块位置信息，因此压力机需预留一个滑块位置编码器输出轴，给自动化安装编码器使用。

压力机需具备断续、连续两种生产模式，并易于切换。

自动分张系统

自动分张系统(图1)由两个升降式拆垛小车和自动分张器组成，二者配合拆垛机器人将垛料一张张生产切换时自动调用。

图1 自动分张系统

拆垛小车台面上配置末料检测装置，当托盘空置后，机器人自动转向另一个拆垛小车拆垛。此时系统发出声光报警提示操作员更换材料。操作员按下按钮通知PLC，拆垛小车就自动移出工作区到达指定上料位置，操作员卸载空托盘并上载有板料的托盘。拆垛小车穿过光栅时，光栅失效。

每个拆垛工位各配有1套垛料分张装置（图2），分开放在进料皮带机上，送至压力机进行冲压。

图2 垛料分张装置

本项目拆垛小车需满足最大板料的生产，台面尺寸4500mm×2400mm，载重12t。两台拆垛小车分别布置在两平行轨道上，由电机驱动，变频器控制速度，在上料工位和拆垛工位间移动。两台小车交替工作，一台小车拆垛完成后自动返回上料工位，人工上料后开回拆垛工位。拆垛小车需配备到位停止限位开关，防止到位时工作台窜动。

拆垛小车上配备垛料提升机构，提升机构采用剪刀支撑结构。小车上的料垛高度由对射式光电传感器检测，在拆垛过程中，当传感器感应到垛料的高度降低时，提升机构自动将料垛提升至拆垛工作高度。

拆垛小车台面上需配置定位装置。定位装置可以快速拆下并安装到其他位置，定位装置和定位孔将根据生产线所有的料架规格来设计，以适应所有托盘的定位。另外针对无托盘的料垛，拆垛小车配置了激光辅助定位装置，针对各个不同的零件，系统将保存激光定位的参数，并在布局为前8 后8，分张装置安装在导轨上，并整体固定在地面的框架上，分别由各自的气缸驱动。上料时，分张头退回到拆垛小车移动范围外，不会与移动的拆垛小车发生干涉。当拆垛小车完成上料到达拆垛位置后，气缸驱动磁力分张头向垛料移动直至贴紧垛料。

分张头能够根据板料形状，自动调整角度贴合垛料，角度调整范围为0°～30°。针对铁磁性的板料，根据磁性同性相斥原理，采用强力磁铁分张，强力磁铁安装在分张装置内部，具备气动脱离功能；对于非铁磁性板料（如铝板、304 不锈钢等），采用气刀吹气分张方式，气刀安装在分张头两侧，采用气刀分张时对气压及流量有较大需求，需提供增压设备和储气装置，一般要求气压≥0.8MPa，储气装置容量需根据气刀数量、工作节拍、吹气时间计算，例如本项目，计算结果需要储气罐容量为1.5m3，具体参数见表2。

表2 气罐容量计算

拆垛端拾器

拆垛机器人抓取板料的工具即为拆垛端拾器，传统的冲压线拆垛机器人都只配备一套通用的拆垛端拾器，本项目产品毛坯复杂多样，1 套端拾器难以满足全部产品的生产。

在方案设计时，采用3 套拆垛端拾器的方案，通过快换装置(图3)与机器人连接，端拾器不用时挂放在机器人周边的钢结构上。在选用快换装置时，要核算其负载，本项目最重板料为40kg，拆垛端拾器为50kg，选用型号为SWS-110 的快换装置，最大负载150kg。