柔性全自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線發(fā)展現(xiàn)狀
原創(chuàng)付敏，等金屬加工
編者按
闡述汽車(chē)覆蓋件柔性全自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線的發(fā)展現(xiàn)狀、生產(chǎn)線類型及今后的發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)單臂、雙臂和伺服生產(chǎn)線的特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)于國(guó)內(nèi)各大汽車(chē)主機(jī)廠沖壓生產(chǎn)線布局及規(guī)劃可起到一定的參考作用。
副教授付敏
01
序言
近年來(lái)，我國(guó)裝備制造業(yè)蓬勃發(fā)展，各行業(yè)對(duì)智能制造的要求日益提升。其中，作為交通工具的汽車(chē)已成為日常生活中不可或缺的一部分，人們對(duì)汽車(chē)品質(zhì)的追求，已不僅僅從駕駛?cè)藛T層面出發(fā)，對(duì)于汽車(chē)乘坐人員的舒適度、汽車(chē)智能化程度等，人們亦提出了更苛刻的要求。汽車(chē)制造廠商如何從生產(chǎn)設(shè)備方面來(lái)保障汽車(chē)產(chǎn)量和質(zhì)量？下面從國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的發(fā)展現(xiàn)狀方面進(jìn)行分析和探討。
02
柔性全自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線發(fā)展現(xiàn)狀
汽車(chē)產(chǎn)業(yè)作為我國(guó)GDP的重要組成部分，在拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)消費(fèi)、改善國(guó)民生活水平中起著舉足輕重的作用。隨著我國(guó)國(guó)民收入的逐步提高，大眾的消費(fèi)水平尤其是對(duì)汽車(chē)消費(fèi)的熱度逐漸提高。人們對(duì)于汽車(chē)的追求已不再是傳統(tǒng)意義上的出行工具，而是對(duì)于汽車(chē)的駕駛安全性、乘坐舒適性、操縱體驗(yàn)感、節(jié)能及環(huán)保外觀等方面提出了更高的要求。生產(chǎn)廠商為了滿足大眾日益高漲的消費(fèi)需求，正在加快更新傳統(tǒng)的汽車(chē)生產(chǎn)設(shè)備類型及模式，尤其是對(duì)于汽車(chē)外覆蓋件生產(chǎn)設(shè)備更新的需求更加迫切。
大型快速高效全自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線是集機(jī)、電和液于一體的大型沖壓設(shè)備，代表了當(dāng)今國(guó)際沖壓技術(shù)的最新發(fā)展趨勢(shì)。隨著更新?lián)Q代速度的日益加快，汽車(chē)工業(yè)呈現(xiàn)出生產(chǎn)規(guī)?；?、車(chē)型個(gè)性化及車(chē)身覆蓋件大型化和一體化的特點(diǎn)。為了滿足這種發(fā)展需求，高精度、高效率和柔性化的全自動(dòng)快速?zèng)_壓生產(chǎn)線逐漸成為越來(lái)越多的汽車(chē)制造商的必然選擇[1]。
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科技的進(jìn)步，智能制造已成為國(guó)家裝備制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。自動(dòng)化生產(chǎn)已遍及各大行業(yè)，從航空航天、礦山機(jī)械、汽車(chē)生產(chǎn)，到家電制造等，都滲透著自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)。其中沖壓自動(dòng)化設(shè)備作為裝備制造業(yè)的重要組成部分，也從單純的沖壓轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)合周邊設(shè)備的自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線，如開(kāi)卷校平落料線、開(kāi)卷校平剪切線、開(kāi)卷校平縱剪線和機(jī)器人沖壓線等設(shè)備均已實(shí)現(xiàn)代替人工生產(chǎn)，解決了目前勞動(dòng)力不足的困境，并減少了危險(xiǎn)環(huán)境下人工作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。
圖1所示為汽車(chē)車(chē)身鈑金件主要組成[2]，沖壓生產(chǎn)線是該類型鈑金件的主要生產(chǎn)設(shè)備。當(dāng)今汽車(chē)工業(yè)正向大規(guī)模、多品種和換代快方向發(fā)展，對(duì)其制造裝備提出了更高要求，迫切需求高質(zhì)、高效和高柔性的高端沖壓成形裝備，以確保汽車(chē)大型覆蓋件的質(zhì)量和產(chǎn)能。本文對(duì)當(dāng)下汽車(chē)生產(chǎn)行業(yè)較高端的自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線類型進(jìn)行闡述，通過(guò)對(duì)不同類型沖壓生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)組成、產(chǎn)能產(chǎn)量的對(duì)比分析，助力汽車(chē)生產(chǎn)商在沖壓車(chē)間規(guī)劃時(shí)更加合理、高效地選擇設(shè)備。
圖1汽車(chē)車(chē)身鈑金件主要組成
03
汽車(chē)車(chē)身鈑金件全自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線種類
3.1單、雙臂沖壓生產(chǎn)線
單、雙臂全自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線作為高效、柔性沖壓生產(chǎn)線的新生力量，受到各大汽車(chē)主機(jī)廠的青睞。此種類生成線主要由4臺(tái)或5臺(tái)機(jī)械式壓力機(jī)組成，每臺(tái)壓力機(jī)均配備可以沿垂直于整線方向自動(dòng)開(kāi)進(jìn)開(kāi)出的工作臺(tái)。工作臺(tái)開(kāi)進(jìn)開(kāi)出的主要目的是更換安裝在其上的模具，模具一般由上模和下模組成，上模安裝在滑塊上，下模安裝在工作臺(tái)上，上、下模具合模后，實(shí)現(xiàn)對(duì)覆蓋件的拉延工序。和自動(dòng)工作臺(tái)對(duì)應(yīng)的是端拾器的自動(dòng)更換，兩者結(jié)合可有效縮短換模及模具調(diào)整時(shí)間。
單、雙臂沖壓生產(chǎn)線線首單元主要包括機(jī)器人自動(dòng)拆垛系統(tǒng)、高速桁架拆垛裝置、板料自動(dòng)清洗涂油系統(tǒng)及板料自動(dòng)對(duì)中系統(tǒng)。線尾單元主要包括下料機(jī)器人、線尾皮帶機(jī)、板料檢驗(yàn)系統(tǒng)和燈光照明系統(tǒng)，用于汽車(chē)覆蓋件成品件的人工輔助檢驗(yàn)。
單、雙臂沖壓線的主要區(qū)別是兩者的安裝方式不同，單臂沖壓線的拆垛及壓力機(jī)間的傳輸機(jī)械手通常吊掛在機(jī)械壓力機(jī)機(jī)身上，通過(guò)電氣系統(tǒng)的控制可實(shí)現(xiàn)整線的斷續(xù)或連續(xù)運(yùn)行模式。雙臂沖壓線的拆垛及壓力機(jī)間傳輸機(jī)械手通常安裝在設(shè)備地基的基礎(chǔ)上，相對(duì)于單臂沖壓線來(lái)說(shuō)，雙臂沖壓生產(chǎn)線系統(tǒng)速度更快，穩(wěn)定性更高，可實(shí)現(xiàn)最高節(jié)拍18次/min的連續(xù)運(yùn)行模式，產(chǎn)出效率更高。圖2所示為單、雙臂全自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線整線布置，圖3、圖4所示分別為單臂、雙臂送料裝置。常用的單、雙臂沖壓線參數(shù)見(jiàn)表1。
圖2單、雙臂全自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線
圖3單臂送料裝置
圖4雙臂送料裝置
表1常用的單、雙臂沖壓線參數(shù)
3.2伺服沖壓生產(chǎn)線
普通沖壓生產(chǎn)線上所配備的壓力機(jī)主要是機(jī)械式多連桿壓力機(jī)，對(duì)于此種類型的生產(chǎn)線，能夠滿足沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)的要求。但是對(duì)于想要達(dá)到高品質(zhì)、高節(jié)拍和低成本生產(chǎn)需求的用戶來(lái)說(shuō)，配備普通沖壓生產(chǎn)線顯然是不夠的。隨著伺服壓力機(jī)的研發(fā)成功，再配備高速、高效的自動(dòng)化周邊設(shè)備，可組成先進(jìn)的伺服沖壓生產(chǎn)線，為用戶提供高端的自動(dòng)化沖壓生成線，此種生產(chǎn)線為未來(lái)汽車(chē)廠規(guī)劃沖壓線的主流方向[3]。
圖5所示伺服沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的主要組成部分為上料單元、伺服壓力機(jī)、傳送單元、線尾單元及整線電氣控制系統(tǒng)。其中上料單元主要包括垛料臺(tái)車(chē)（2個(gè)）、磁力分張裝置、高速桁架拆垛裝置、清洗機(jī)、涂油機(jī)、過(guò)渡裝置、對(duì)中系統(tǒng)和上料裝置等，一般每條伺服沖壓生產(chǎn)線配備4臺(tái)或5臺(tái)伺服壓力機(jī)，具體數(shù)量根據(jù)生成線沖壓的零件類型確定；傳送單元主要包括高速傳送機(jī)構(gòu)上料、傳送和下料裝置等；線尾單元主要包括出料傳送帶、質(zhì)檢臺(tái)、照明系統(tǒng)和自動(dòng)上架系統(tǒng)。上述幾個(gè)單元在工業(yè)以太網(wǎng)電氣控制系統(tǒng)的互聯(lián)互通下，實(shí)現(xiàn)鈑金件的拉延、切邊、沖孔和翻邊整形等工序。伺服沖壓生產(chǎn)線相比普通沖壓生成線，具有如下優(yōu)勢(shì)。
圖5伺服沖壓生產(chǎn)線
1）伺服電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)橫梁傳動(dòng)系統(tǒng)中的多連桿機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)下方的滑塊部分做上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。由于伺服電動(dòng)機(jī)本身固有的特點(diǎn)，滑塊部分可以在行程范圍內(nèi)的任意位置停留，沖壓件拉延保壓時(shí)間可人為控制，同時(shí)在伺服壓力機(jī)中配備數(shù)控拉伸墊，沖壓時(shí)所產(chǎn)生的壓邊力可調(diào)節(jié)，使得沖壓件的外觀質(zhì)量有大幅度提高。
2）同機(jī)械式壓力機(jī)相比，伺服電動(dòng)機(jī)代替了傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)的變頻電動(dòng)機(jī)+飛輪+離合制動(dòng)器的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維護(hù)，降低了電氣系統(tǒng)的復(fù)雜性，且配置能量回饋功能，可將制動(dòng)能量直接回饋至電網(wǎng)中，降低了后期運(yùn)行費(fèi)用。在沒(méi)有制動(dòng)器/離合器、飛輪、飛輪制動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)帶和滑塊平衡器等裝置的前提下，仍然能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)曲線軌跡可調(diào)，大大提高了生產(chǎn)效率。
3）伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)模式，生產(chǎn)節(jié)拍大大提高，整線生產(chǎn)節(jié)拍最高可達(dá)18次/min。
04
結(jié)束語(yǔ)
本文通過(guò)對(duì)單臂、雙臂和伺服3種柔性全自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線的對(duì)比介紹，詳細(xì)闡述了高速、快速柔性沖壓生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)布局、性能優(yōu)勢(shì)，總結(jié)了3種沖壓生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)組成、生產(chǎn)特點(diǎn)及適用場(chǎng)合，對(duì)于汽車(chē)生產(chǎn)廠商車(chē)間規(guī)劃布局可起到一定的指導(dǎo)作用。
隨著我國(guó)新能源汽車(chē)的逐步發(fā)展，在汽車(chē)零部件沖壓制造行業(yè)會(huì)有更好的新產(chǎn)品、新技術(shù)、新方法和新工藝研發(fā)成功，進(jìn)而促進(jìn)我國(guó)汽車(chē)制造業(yè)的快速發(fā)展，引領(lǐng)國(guó)內(nèi)汽車(chē)制造技術(shù)躋身國(guó)際高端市場(chǎng)。
參考文獻(xiàn)：
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本文發(fā)表于《金屬加工（冷加工）》2024年第8期第13~16頁(yè)，作者：濟(jì)南職業(yè)學(xué)院付敏，濟(jì)南盛世創(chuàng)明智能科技有限公司高棟濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司趙兵，原標(biāo)題：《柔性全自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線發(fā)展現(xiàn)狀》。
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?來(lái)源：金屬加工?編輯：王瑞艷?校對(duì)：邵玉潔?審核人：吳曉蘭
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