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德国全自动压机线的金属零件传输主要依靠自主开发的高速传输机械手Speedbar 来完成，而最近几年，瑞士的Gudel 自动化装备开始陆续出现在国内的压机线上，Gudel 自动化装备的更轻量化和更高程度的自动化，满足了用户的不同需求，并以更高的传输效率，在国内的压机线上推广，获得更多汽车厂商的青睐。

随着汽车合资品牌不断进入中国市场，汽车的制造成本是各大汽车厂商比较关注的课题，如何能大幅度的降低汽车成本？冲压设备是整个制造环节中，耗资较大的一环，伴随着产量的不断提升，各大汽车厂商多数选择德国的压机线，以保证生产的稳定性，因此需要付出更高的成本代价。瑞士的Gudel自动化装备结合着国产的JIER品牌压机，以更高的性价比打造出全新的自动化生产线，同样满足了各大厂商高效率的生产诉求，同时降低了冲压设备方面的投资成本。

冲压自动化生产线GUDEL 装备框架

图1 全自动压机线Gudel 自动化装备分布图

自动化冲压线主要分为三部分，线首的拆垛系统，压机间的板材传输系统，线尾的成品件输送系统(图1)。三个部分Gudel 采用最简洁的布局方式，并跟JIER 压机紧密配合，可实现整线15 ～18 次/分的高速行程。同时实现自动化部分的端拾器全自动更换，整线换模时间最快3 分30 秒。所有的自动化控制装置采用目前最先进的Beckhoff 软PLC 控制系统，同时采用PSS3000 安全控制系统，保障安全控制的稳定性。

GUDEL 自动化装备的功能介绍

全自动磁力分张器

金属板材在进行拆垛前，要进行磁性分张，目的是防止单次拆垛出现抓取两张以上的板材，Gudel 采用全自动的磁力分张器(图2)，一侧的拆垛单元有20 个磁力分张器，分张器内置有高强度磁铁，在气动活塞的作用下，自动的通磁与断磁，这种结构在每次板材的节拍提升时，可以实现有效的逻辑控制，不与板材发生干涉。同时这20 个分张器对置分布，可以实现多种板材尺寸的有效分张。

图2 全自动磁力分张器

分张器的控制系统采用Rexroth 的驱动单元，并配备了Rexroth 的同步伺服电机，在位置环的精确控制下，高精度的贴合在板材表面，实现有效的分层，分张器的磁头部分，分布安装有碰撞传感器，一旦出现分张器和板材发生干涉碰撞，会及时的向系统发出报警，防止出现碰撞损坏。并且，为了实现铝板材的生产，在分张器的两侧装配了分层气嘴，以实现铝板材的有效分张。

线首拆垛机械手

图3 线首拆垛机械手

与德国压机线的拆垛机器人不同，Gudel 在板材的拆垛上采用自己研发的Gantry 拆垛机械手(图3)，机械手有以下特点。

(1)拆垛效率高。

只有X/Z 两个维度的运行轨迹，相比较机器人，可以有效的避免多轴的联合运行，快速运行到板材上方，进行拆垛。

(2)控制系统精确。

采用Beckhoff 的控制系统，利用TwinCAT NC的高速精确控制，同时采用Rexroth 的高版本驱动控制器，搭配Rexroth 的高精度同步伺服电机，实现每2ms 的扫描周期，确保目标位置的精确度。

(3)机械手端拾器更换便捷。

为了提升换模效率，Gudel 设计了自动更换机械手端拾器系统，即每次在更换生产产品的端拾器时，只需要提前将端拾器安装在备用横杆上，在换模时，机械手就可以自动运行到备用横杆上方，并通过气动耦合盘实现自动的更换端拾器。

(4)机械结构轻量化，材料的耐磨性高。

进给动作由2 台同步电机实现，左右两侧各分布1 台，同样电机采用循环水冷系统，通过齿轮齿条机构，带动横杆在模具之间运行，运行最大长度为5800mm。进给系统实时检查电机编码器的数值与穿梭装置上外置编码器的数值，防止因传动系统的失效，导致执行端动力缺失，而引起的横杆偏差过大。进给齿条上采用间歇性润滑系统，机械手每运行800 个行程，会启动润滑泵，保证传动系统的有效润滑。

同时，在机械手上安装了静态的双料检测系统，每次抓取到板材后，都会实时的检查板材的厚度状态，如果出现双张板材，机械手不会直接将板材放下，它会按照程序的设定，将板材放回原料垛，并进行再次的分张和抓取，进行三次的抓取如果仍不能成功的抓取单张板材，拆垛单元会触发停机，进行人工干预。

图像识别，光学对中系统

采用Gudel 自己研发的齿条和减速器，整体结构设计紧凑且轻量化，并且材料经过特殊处理，耐磨性高，且系统噪声小。

图4 德国Tichawa 线性摄像头

成像后的对中功能，Gudel 采用动作更迅速的对中台，融合着皮带传输功能，直接实现X(垂直物流运动)、Y(物流方向运动)、C(旋转运动)三个维度的矫正功能，在收到矫正坐标后，迅速的做出矫正动作，如图5 所示。

图5 摄像头与对中台控制系统逻辑框架

板材经过传输皮带B 到传输皮带C 上的过程中，摄像头A 根据成像启动信号，对经过的板材进行图像拍摄，经过总线E 将图像信息传输回摄像头的工控服务器，工控服务器通过实时以太网G，将需要矫正的空间坐标传输给拆垛站的工控服务器，拆垛站的工控服务器经过Sercos 光缆环将目标位置传输给对中台的驱动控制器，驱动控制器控制各轴的电机D，将板材矫正到标准的待抓取位置，同时将矫正信息通过总线F 传输给摄像头的集成操作界面，实时显示矫正的坐标数据。

双臂高速传输机械手

双臂高速传输机械手(图6)，横杆采用轻量化的碳纤维材料，在保证了硬度的前提下，大幅度的降低了整体机械手的重量。机械手共由10 个电机驱动，驱动系统采用Rexroth 高端产品HMS 系列，搭配Beckhoff CP 系列的高端上位机，实现机械手的高速精确控制，确保了整体传输的精度。机械手可以实现举升，进给、横移、旋转、倾斜5 个动作，更灵活的适应模具的多种形态，并基于实时的监控压机运行角度，通过flying saw(飞锯)功能，和压机实现完美的耦合，避免和压机的碰撞，完成零件的传输工作。

图6 双臂高速传输机械手结构示意图

(1)举升动作。

举升动作由4 台同步伺服电机实现，左右两侧各分布2 台，电机采用循环水冷系统，消除了传统风冷带来的后期维护成本，动力传输机构采用螺旋丝杠直接带动横杆的大臂实现上升和下降，两侧的电机通过Beckhoff 做了精准的耦合运行，保证两侧电机运行的一致性。举升可实现0 ～430mm 的升降行程，保证横杆在模具中的通过性。

(2)进给动作。

Gudel 自动化系统中采用德国Tichawa 线性光学摄像头(图4)，垂直物流方向倒置安装2 个摄像头，同时具备了单料和双料的生产能力。摄像头倒置安装可以有效的避免在传输过程中对摄像头的污染，并且可以不受外部光照的影响，稳定成像。集成的操作界面可以便捷的对摄像头成像参数进行调整，并且可以在进行双料单侧生产时，快速启动生产。

(3)横移动作。

为保证机械手轻量化，机械手的整体设计非常紧凑，在狭小的空间里，独具匠心的设计出了横移电机的安装位置，通过横移电机带动丝杠，可以实现端拾器在模具中有±160mm 的运动区间，这就在一些有孔的零件传输中，可以通过横移动作的修正，实现完美的贴合。因为机械手要实现自动更换横杆，而在更换之后，横移电机的绝对位置会丢失，因此，Gudel设计了自动示教零点的功能，在每次更换完横杆之后，利用横移机构的碰撞力矩，自动的找到横移机构的零点，保障位置的精确性，也避免了人工进行操作，大大提升了换模效率。

(4)旋转动作。

在穿梭装置上，左右各安装了一个旋转电机，通过齿轮传动，以实现±45°的旋转动作，在一些模具表面较复杂的工况下，通过横杆的旋转，有效的避开干涉点，实现零件的传输。

(5)倾斜动作。

有一些模具，内部表面左右不对称，在放零件时，需要实现横杆的倾斜才能顺利完成动作。倾斜动作没有装备单独的控制电机，而是通过左右两侧举升电机的非同步控制，实现横杆±15°的倾斜。

线尾出料装置

对比德国冲压线，最后一序的双臂高速机械手，直接将成形的零件放置在出料传输皮带上，这样零件在皮带上的位置，就受限于到机械手的旋转和横移的动作量，因此会出现零件距离生产摆件人员过大，造成不符合人机工程。而Gudel 采用的方案是，在线尾单独增加一组全自动化零件传输装置(图7)，最后一序机械手会将零件放在穿梭装置Shuttle上，Shuttle运载着零件，运行到线尾机械手的下方，机械手抓取零件后，可以实现横向移动和旋转动作，以将零件放置在最适合生产人员拾取的位置。同样，这套自动化装置可以根据生产零件的不同，全自动更换端拾器，提升换模效率。

图7 线尾出料装置

人机界面HMI

图8 人机界面HMI

人机界面(图8)采用全系触摸屏，并通过CPLink3(图9)进行分屏数据的传输，方便设备操作人员使用。人机界面包括板材成形状态、数据管理、故障诊断、用户和服务等集成化功能，设备维护人员通过人机界面可以便捷地进行操作的处理和生产信息的查看，并根据生产要求进行必要的操作。

结束语

本文通过详细的功能介绍，讲述了瑞士Gudel 自动化装备在全自动冲压线的解决方案，随着技术的不断进步，Gudel 也在不断的进行功能的优化与迭代，面对新的市场环境，降成本将成为永恒的话题，价格合理，性能优越，维护方便的自动化设备，将是各大汽车厂商永恒的追求，伴随着各大车企的数字化转型，自动化设备的维护方式也将出现天翻地覆的变化，目前Gudel自动化设备已经广泛应用在全国主流的汽车厂商，也给自动化行业带来新的思考与挑战。

图9 CP-Link3 分屏显示