汽車U形縱梁雙主機數控沖孔生產線技術淺析

文/李耶夫，薛麗菲·濟南鑄造鍛壓機械研究所有限公司

汽車U形縱梁雙主機數控沖孔生產線技術淺析

文/李耶夫，薛麗菲·濟南鑄造鍛壓機械研究所有限公司

李耶夫，工程師，主要研發產品為汽車縱梁成套生產線。曾參與研發的多通道高效五主機數控三面沖孔生產線獲得2013年度中國機械工業科學技術二等獎。

在傳統重型卡車底盤的U形縱梁沖孔設備的應用上，制造商所使用的搖臂鉆，其人工定位鉆孔使沖孔精度和效率完全取決于操作者。不同車型上U形縱梁的孔位也完全不同，企業就需制作不同的靠模來滿足孔位定位的要求。這一切都會影響底盤車間的規劃與設備成本，影響企業對底盤車間的設備投資。

當前，汽車底盤制造商也面臨了更多的競爭，包括市場競爭更加激烈，汽車性能要求更高，車型頻繁更換，下游客戶對汽車質量要求更高，品質要求也更高，總產量增加，單批數量減少等。企業依靠傳統的搖臂鉆技術已不能滿足市場需求，就要求制造商開發更符合市場的沖孔設備，因此 汽車U形縱梁雙主機數控沖孔生產線應運而生。

特點

汽車U形縱梁雙主機數控沖孔生產線是一種高精度、高效率的U形縱梁板材光孔加工設備（圖1）。它采用國際一流的FUNAC18I數控系統，并根據設備性能增加了各功能模塊，同時自行開發了人性化的編程軟件，具有軟件編寫快速，程序運行穩定的特點。液壓系統總成采用德國進口品牌，具有高低壓轉換功能，在節能環保方面有很大的市場優勢，同時沖孔主機采用雙主機結構，使設備具有了沖孔時間大幅降低的性能，從而提高了整機的工作效率并為用戶降低了生產成本。

圖1 汽車U形型縱梁雙主機數控沖孔生產線

設備構成及工藝流程

該種生產線主要由腹面沖孔主機單元、X軸夾鉗送料機構、自動上/下料機構、氣動系統、液壓系統、電氣系統等組成。設備沖壓壓力為1600kN/800kN，可安裝39套模具，送進速度最大可達40m/min，沖孔精度可達±0.2mm；沖壓板材的材料性能σb為810N/mm2，加工板材范圍為1200mm×360mm×110 mm，最大沖孔直徑可達φ50mm。

其工藝流程主要是，首先將加工程序輸入設備數控系統，同時U形縱梁開口向下整齊碼垛在運料臺車上，并開至固定的上料位置；隨后將梁寬和每層排列數量輸入PLC系統，程序運行后，吸盤運行裝置上的吸盤自動依次吸提U形縱梁，并將其吊運到支撐輥上；X軸夾鉗夾緊U形縱梁腹板，利用光電開關進行端頭定位，數控系統確認坐標位置后；X軸夾鉗靠伺服電機滾珠絲杠帶動U形縱梁前進定位，大、小腹面沖孔主機根據數控系統程序設定進行移動定位，動作完成后對U形縱梁腹面進行沖孔。大、小腹面沖孔主機可根據程序進行單獨沖孔，也可同時進行沖孔。當X軸夾鉗到達行程極限時，U形縱梁前端已經穿過兩沖孔主機，另一套X軸夾鉗可以繼續夾緊U形縱梁；左、右兩套X軸夾鉗交替送進U形縱梁；U形縱梁被全部加工完并已經位于生產線右側支撐輥上，下料側吸盤運行裝置上的吸盤下行吸提U形縱梁，并將U形縱梁吊運到下料側運料臺車上碼垛。

各主要部件介紹

自動上/下料機構（各1套）

該裝置由吸盤運行裝置、運料臺車、支撐輥組成（圖2）。吸盤運行裝置中的移動橫梁由減速變頻電機經齒輪齒條傳動驅動前后移動，由減速電機經齒輪齒條傳動帶動吸盤橫梁升降；運料臺車由減速電機驅動，在和地面平齊的軌道上行走，軌道垂直于生產線物流方向；在上料側和下料側的輥道區域各安裝有5組支撐輥，其上的定位輥輪用于U形縱梁X向的定位。

X軸夾鉗送料機構（2套）

在主機兩側，各布置一套X軸夾鉗送料機構（圖3）。該機構由驅動裝置（伺服電機、帶輪傳動、滾珠絲杠、直線導軌）、浮動液壓夾鉗、底座等組成，伺服電機通過滾珠絲杠驅動夾鉗裝置在X向進行移動，經直線導軌導向對U形縱梁進行X向的送進。

腹面沖孔主機單元

圖2 自動上/下料機構

圖3 X軸夾鉗送料機構

腹面沖孔主機單元由1600kN大主機床身、880kN小主機床身、共用底座、小主機X方向移動底座、廢料輸送機構、模具部件、壓料部件及前后檢測裝置等組成（圖4）。大小主機床身（模具、壓料）安裝于共用底座上，由伺服電機帶動滾珠絲杠驅動床身沿Y向移動，同時小主機（模具、壓料）可沿X向移動；大小主機床身上固定有沖壓油缸，油缸下方安裝有滑塊、模具部件、壓卸料裝置等；床身上的排料口使沖孔過程中產生的廢料從中落到廢料輸送器中運走。大主機配備21套模具，模具最大沖孔直徑50mm；小主機配備18套模具，模具最大沖孔直徑23mm；壓卸料裝置由氮氣壓料缸、壓料板、復位氣缸、擺動連接機構組成；壓料板由氮氣缸壓住，通過支架擺動隨著滑塊向下運行，進而實現壓料作用；大小主機床身前后兩側各布置有一定數量的精密直線傳感器，檢測縱梁誤差；移動床身下面安裝有皮帶輸送機，沖下的廢料由皮帶輸送至主機前側的鏈式排屑器中，被提升后落入廢料箱。

表1 汽車U形縱梁雙主機數控沖孔生產線成本效益分析

圖4 腹面沖孔主機單元

應用情況

該產品已在中國重型卡車企業、中國客車行業、輕型卡車行業的底盤車間廣泛使用。在長春一汽卡車廠的底盤車間，2012年安裝了四臺該種設備，極大提高了該廠的底盤加工能力；在鄭州宇通客車公司的底盤制造車間，也安裝了4臺該種設備，成為了客車底盤生產的一大主力；另外，北汽福田諸城汽車廠也安裝了3臺該種設備，成為該公司宣傳的一大品牌。

效益分析

濟南鑄造鍛壓機械研究所從2000年開發單主機沖孔生產線以來，沖孔生產線發展迅速，2009年底公稱壓力在1600kN/800kN的汽車U形縱梁雙主機數控沖孔生產線就制造出來了，并且在各大汽車廠的應用越來越廣泛。汽車U形縱梁雙主機數控沖孔生產線雖然初成本有點偏高，但其產生效益快，在正常開工率的情況下，一般不到一年時間即可收回成本，而一年后汽車U形縱梁雙主機數控沖孔生產線將在高效率、低成本的狀態下進行沖壓生產。

對汽車U形縱梁雙主機數控沖孔生產線成本效益的分析，見表1。

結束語

汽車U形縱梁雙主機數控沖孔生產線近十年來于歐、美、日地區已經廣泛應用。國內自2006年即投入汽車U形縱梁雙主機數控沖孔生產線的研發，最大制造能力是1600kN。目前只出口到緬甸幾臺設備，但國內地區對于汽車U形縱梁雙主機數控沖孔生產線的實際應用仍欠缺，需要大力推廣與宣傳。汽車U形縱梁雙主機數控沖孔生產線本身具有智能成形、高精度、高效率與節能環保等特性，在產業發展強調智能控制與綠色環保的大趨勢下，汽車U形縱梁雙主機數控沖孔生產線正符合十二五計劃中對高端先進沖孔設備的要求，應用將越來越廣泛。