《"黑科技"助力沖壓自動化：伺服沖壓自動化生產(chǎn)工藝與裝備的前世今生》
隨著科技的日新月異，我們的生活被越來越多的"黑科技"所包圍，而在制造業(yè)中，伺服沖壓自動化生產(chǎn)工藝與裝備正是其中的翹楚。那么，什么是伺服沖壓自動化生產(chǎn)工藝與裝備？它又是如何助力制造業(yè)實現(xiàn)生產(chǎn)力的飛躍的呢？
伺服沖壓自動化生產(chǎn)工藝與裝備，簡單來說，就是利用伺服電機驅(qū)動的沖壓設備，實現(xiàn)高精度、高效率的沖壓加工。這種工藝與裝備的出現(xiàn)，不僅大大提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，還極大地提升了產(chǎn)品的質(zhì)量。
回顧伺服沖壓自動化生產(chǎn)工藝與裝備的發(fā)展歷程，我們不難發(fā)現(xiàn)，其誕生并非偶然。隨著工業(yè)4.0的到來，制造業(yè)正面臨著前所未有的挑戰(zhàn)與機遇。傳統(tǒng)的沖壓設備已經(jīng)無法滿足市場對于高質(zhì)量、高效率、低成本的需求，伺服沖壓自動化生產(chǎn)工藝與裝備便在這樣的背景下應運而生。
伺服沖壓自動化生產(chǎn)工藝與裝備的出現(xiàn)，徹底改變了傳統(tǒng)沖壓生產(chǎn)的模式。它通過高精度的伺服電機和優(yōu)化的控制算法，實現(xiàn)了對沖壓過程的精確控制，無論是速度、位置還是壓力，都可以進行精細調(diào)節(jié)。這不僅大大提高了沖壓的精度，還使得復雜形狀的沖壓成為可能。
此外，伺服沖壓自動化生產(chǎn)工藝與裝備還具有高度的靈活性。通過更換模具，它能夠快速適應不同的沖壓需求，無論是小型零件還是大型結(jié)構件，都能夠輕松應對。這使得企業(yè)在面對多品種、小批量的市場需求時，能夠迅速作出反應，極大地提高了企業(yè)的競爭力。
然而，伺服沖壓自動化生產(chǎn)工藝與裝備并非完美無缺。高昂的設備成本、對操作人員的技能要求以及對電力供應的依賴等問題，都是伺服沖壓自動化生產(chǎn)工藝與裝備亟待解決的問題。因此，未來的伺服沖壓自動化生產(chǎn)工藝與裝備，需要在保證高效率、高質(zhì)量的同時，進一步提高設備的可靠性、降低設備成本，以及探索更加環(huán)保、節(jié)能的生產(chǎn)模式。
伺服沖壓自動化生產(chǎn)工藝與裝備
當前一些國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益低下，與一些發(fā)達國家相比，普遍存在著消耗大、成本高、效率低等問題。通過分析伺服沖壓自動化線的生產(chǎn)工藝及裝置，與傳統(tǒng)手工沖壓線進行比較，在產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)節(jié)拍、節(jié)能等方面體現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。該沖壓方式亦為未來沖壓自動化線發(fā)展的方向。
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和進步，各汽車廠家對提高生產(chǎn)效率、材料利用率和產(chǎn)品質(zhì)量等方面的需求越來越迫切，沖壓自動化線在汽車行業(yè)中的應用快速提高，為提高生產(chǎn)效率、降低成本和質(zhì)量提升帶來直接的經(jīng)濟效益。
目前沖壓車間多為手工生產(chǎn)線，生產(chǎn)效率低，工人勞動強度高，沖壓件表面質(zhì)量低，已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需求。
伺服沖壓自動化生產(chǎn)線是由伺服壓力機和自動化輸送系統(tǒng)組成。現(xiàn)有的沖壓生產(chǎn)線，匹配的壓力機主要是多連桿機械壓力機，雖然實現(xiàn)了沖壓自動化生產(chǎn)，但是還沒有解決對高品質(zhì)、高節(jié)拍、低成本生產(chǎn)的需求，而伺服沖壓自動化生產(chǎn)線的誕生即可解決上述難題，為未來汽車廠規(guī)劃沖壓線的主流方向。
生產(chǎn)工藝及裝置
拆垛
為沖壓自動化生產(chǎn)線首道工序，由拆垛小車和拆垛機器人組成，采用行車或叉車將需要生產(chǎn)的板料轉(zhuǎn)運至拆垛小車上，進行定位，由拆垛小車上的磁力分張器將板料分開，然后再通過拆垛機器人將板料放到上料皮帶機上，實現(xiàn)板料拆垛工序。如1所示為拆垛機器人示意。
1拆垛系統(tǒng)
清洗
輸送設備皮帶機將拆垛機器人抓來的板料輸送到清洗涂油設備處，經(jīng)過清洗機除去板料表面的灰塵油污，達到生產(chǎn)所需清潔度要求，目前主機廠主流清洗機為德國SMT清洗機，如2所示。
2德國SMT清洗機
涂油
經(jīng)過清洗后的板料由涂油設備噴涂一層薄的油膜，可選擇單面、雙面或不噴等方式，噴涂油膜面積可調(diào)，板料表面附著油膜有利于沖壓件成型，防止拉裂，提高產(chǎn)品質(zhì)量，目前主機廠主流清洗機為德國SMT涂油機，如3所示。
3德國SMT涂油機
對中
對中系統(tǒng)一般分為機械對中和視覺對中兩大類，目前大部分主機廠采用視覺對中較多，此處特指視覺對中系統(tǒng)。通過清洗涂油后的板料，被輸送至對中系統(tǒng)正下方的過渡皮帶機上，通過拍照將板料的位置信息傳輸給上料機器人，機器人通過調(diào)整抓取位置，順利抓取板料，從而實現(xiàn)板料對中。對中系統(tǒng)如4所示。
4對中系統(tǒng)
成形
上料機器人抓取板料放置在首臺伺服壓力機上進行拉延，并通過調(diào)整伺服控制系統(tǒng)使伺服壓力機在任意位置停止，增加保壓時間，得到所需形狀的首序成形件，然后通過傳輸機器人抓取板料進行壓力機間的板料輸送；經(jīng)過后序伺服壓力機完成拉延、切邊、沖孔、翻邊整形等工序后得到所需要的沖壓件。
伺服壓力機數(shù)量根據(jù)生產(chǎn)模具工序數(shù)設定，一般按照4臺或5臺考慮，首臺伺服壓力機噸位可選為2500t，完成拉延工序，后序壓機噸位一般為1000t，完成切邊、沖孔、翻邊整形等工序。伺服壓力機采用伺服電機控制，直接驅(qū)動連桿機構，帶動滑塊上下往復直線運動，由于伺服電機的特點，滑塊可以在任意位置停止，工件成形保壓時間可控，同時匹配數(shù)控拉伸墊，壓邊力可調(diào)，能生產(chǎn)高品質(zhì)沖壓件。伺服壓力機如5所示。
5伺服壓機
上下料及傳輸
與傳統(tǒng)機械壓力機自動化輸送線相比較，自動化部分基本類似，上下料機構基本上都采用六軸機器人較多，滿足設定的最大生產(chǎn)節(jié)拍上下料需求即可。壓力機間的板料傳輸，涉及到取件角度、壓力機行程以及壓力機自動化匹配信息等諸多因素，通常采用機械手或直線七軸[3]機器人設備，本文涉及內(nèi)容主要是指七軸機器人，基本上可以滿足絕大多數(shù)國
內(nèi)主機廠生產(chǎn)及后期節(jié)拍提升需求；對于高速沖壓線需要采用單臂或者雙臂機械手才能實現(xiàn)其所需生產(chǎn)節(jié)拍。六軸機器人如6所示，七軸機器人如7所示。
6六軸機器人
7七軸機器人
下料輸送、檢驗
下料輸送一般采用兩條并行的皮帶機進行，下料機器人將成品件抓取放置在皮帶機上，皮帶機輸送至人工裝箱處，輸送過程中及裝箱前對成品件進行人工檢驗，合格品直接裝入工位器具，不合格品轉(zhuǎn)入返修區(qū)進行修理。皮帶機如8所示。
8皮帶機
小結(jié)
由叉車或行車將板料運送到上料小車上，上料小車啟動運送到指定位置，拆垛機器人開始工作，將板料放到輸送設備上，經(jīng)過清洗機除去板料表面的灰塵油污，然后使用涂油設備噴涂上一層很薄的油膜，板料經(jīng)過視覺對中設備，拍照將板料位置尺寸信息輸送給上料機器人，通過整線控制系統(tǒng)調(diào)整上料機器人抓件角度抓取板料。上料機器人抓取板料放置在首臺2500t伺服壓力機上進行拉延工序，可以通過調(diào)整伺服控制系統(tǒng)使伺服壓力機在任意位置停止，增加保壓時間，得到所需形狀的首序成形件，然后再通過傳輸機器人抓取板料進行壓力機間的板料輸送，經(jīng)過后序3臺或4臺1000t壓力機完成拉延、切邊、沖孔、翻邊整形等工序后得到所需要的沖壓件，最后通過下料機器人將成品沖壓件放置到光檢帶上，由工人檢驗，合格產(chǎn)品放置到工位器具上，由叉車轉(zhuǎn)運到?jīng)_壓件庫存儲，不合格產(chǎn)品進入返修區(qū)，維修合格后再入庫。
伺服壓力機特點
數(shù)字伺服系統(tǒng)因其響應速度極快、精度極高且控制靈活方便而得到廣泛關注。生產(chǎn)中只要通過PLC修改伺服控制系統(tǒng)中伺服驅(qū)動器的位置和速度命令值就可方便地調(diào)整伺服壓力機的運動曲線軌跡。
與機械壓力機相比主要特點如下：
?、贌o需離合器/制動器；
?、跓o需飛輪、無需飛輪制動器；
?、蹮o需驅(qū)動皮帶；
?、軣o需滑塊平衡器；
?、萁Y(jié)構簡單，維護便利；
?、捱\動曲線軌跡可調(diào)，生產(chǎn)效率高；
?、吣芎牡?；
?、鄾_壓件表面質(zhì)量高。
伺服沖壓線優(yōu)勢
伺服沖壓自動化線相比傳統(tǒng)手工機械線有巨大優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾方面：
?、偎欧毫C可在任意位置停止，保壓時間長，沖壓件成形性好，產(chǎn)品品質(zhì)好；
②伺服壓力機具備能量回收功能，沖壓線能耗低；
③線首無人工涂油、手工上料等工序；
?、馨辶蟼鬏敓o需通過皮帶機輸送，通過倒掛機器人實現(xiàn)線性傳輸；
?、莅辶蟼鬏斶^程中相互間不會接觸，避免板料表面磕碰的發(fā)生；
?、薮蟠鬁p輕勞動強度，上下料不用人工搬運；
?、咚欧_壓線人員投入少，人工成本低。
結(jié)語
結(jié)合目前汽車行業(yè)發(fā)展趨勢，新材料、高強鋼、新工藝不斷得到應用，這就要求沖壓線設備不斷改進發(fā)展，以適應汽車行業(yè)發(fā)展的新的需求。而伺服沖壓線的運用就可解決上述新產(chǎn)品成形需求，滿足對產(chǎn)品質(zhì)量及冷庫產(chǎn)能、安全環(huán)保等的要求。
總的來說，伺服沖壓自動化生產(chǎn)工藝與裝備作為制造業(yè)的"黑科技"，正以前所未有的速度改變著我們的生活。它的出現(xiàn)，不僅極大地推動了制造業(yè)的發(fā)展，也為我們揭示了未來制造業(yè)的可能面貌。我們有理由相信，隨著科技的進步，伺服沖壓自動化生產(chǎn)工藝與裝備將會帶給我們更多的驚喜。
