多工位壓力機(jī)的過(guò)去、現(xiàn)在和將來(lái)

法格鍛壓機(jī)床（昆山）有限公司首席代表 徐海華

機(jī)械式傳輸系統(tǒng)是工業(yè)革命的產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)對(duì)作坊式制造的替代

在十九世紀(jì)中后期，隨著工業(yè)革命帶來(lái)的生產(chǎn)力的提升，生產(chǎn)已不再滿足于單序制造，而是需要零件在操作臺(tái)之間分別完成不同的生產(chǎn)，然后由工人在工作臺(tái)之間對(duì)零件進(jìn)行搬運(yùn)。進(jìn)入二十世紀(jì)，機(jī)械裝置被應(yīng)用于此，替代了工人工作，這種被稱作“機(jī)械式傳輸系統(tǒng)”的裝置一直應(yīng)用很多年，直至二十世紀(jì)末被電子式傳輸系統(tǒng)替換。

機(jī)械式傳輸系統(tǒng)相比人工傳輸，效率大為提升，但缺陷也十分明顯：①機(jī)構(gòu)笨重且慣性量大，并適合高效率和復(fù)雜零件的生產(chǎn)。②不同的產(chǎn)品生產(chǎn)需要都有一套獨(dú)立的凸輪和變速機(jī)構(gòu)器，不適合多批次生產(chǎn)。③改造較難且費(fèi)用高昂等。

機(jī)械壓力機(jī)與電子式多工位傳輸系統(tǒng)的結(jié)合是工業(yè)文明的象征

進(jìn)入二十世紀(jì)末，自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展為沖壓技術(shù)帶來(lái)了新的發(fā)展。通過(guò)伺服控制技術(shù)的運(yùn)用，電子式多工位傳輸技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。電子式傳輸系統(tǒng)與機(jī)械壓力機(jī)的結(jié)合，比原先機(jī)械式多工位傳輸系統(tǒng)效率提高超過(guò)30%，是手動(dòng)沖壓方式效率的3倍以上。

機(jī)械壓力機(jī)與電子式多工位傳輸系統(tǒng)的組合（見(jiàn)圖1）優(yōu)勢(shì)明顯：提高生產(chǎn)效率、減少停機(jī)時(shí)間、降低維修成本、提高制造精度、滿足現(xiàn)有設(shè)備改造、拓展可制造產(chǎn)品范圍、加工不同材質(zhì)不同厚度零件等。

整套系統(tǒng)由三大部分組成，即拆垛系統(tǒng)、機(jī)械壓力機(jī)和電子式多工位傳輸系統(tǒng)，經(jīng)整線PLC系統(tǒng)完成同步控制。下文將對(duì)以上三部分進(jìn)行展開(kāi)介紹。

拆垛機(jī)構(gòu)

多工位壓力機(jī)的線首部分為上料系統(tǒng)。上料系統(tǒng)中的送料形式主要有兩種，以預(yù)先剪切好的半成品板料形式（見(jiàn)圖2）或者是以卷材的形式（見(jiàn)圖3），也可以整合這兩種形式并進(jìn)行切換。上料小車可以放置各種尺寸和材質(zhì)的料片，可以生產(chǎn)鋼板以及鋁板。

采用拆垛方式的特點(diǎn)：可接受任何形狀的板料，線外快速對(duì)中并通過(guò)行車或者叉車將料垛放入，料堆的標(biāo)準(zhǔn)精度在3mm內(nèi)；可實(shí)現(xiàn)向壓力機(jī)連續(xù)送料不停機(jī)；配備送料緩沖區(qū)，即當(dāng)料垛快用完時(shí)，新的料垛可在不停機(jī)存放于上料手下方；拆垛臺(tái)放空時(shí)，拆垛上料機(jī)械手將轉(zhuǎn)向另一工位料垛，從而實(shí)現(xiàn)不停機(jī)的連續(xù)上料；機(jī)械手可同時(shí)平行的送兩張料片。這對(duì)于同時(shí)加工對(duì)稱形狀的零部件，尤其是類似鏡像形狀的沖壓件尤為幫助。根據(jù)不同板料形狀和尺寸，F(xiàn)AGOR拆垛機(jī)構(gòu)的最大節(jié)拍可達(dá)20～35次/min。

機(jī)械壓力機(jī)

多工位壓力機(jī)可以制造出復(fù)雜形狀的零部件，并且材質(zhì)的屈服應(yīng)力較高，一般可達(dá)1200N/mm2，生產(chǎn)這些沖壓件需要壓力機(jī)要比一般壓機(jī)更高的性能。如常見(jiàn)的屈服應(yīng)力為500N/mm2的鋼材需要800噸的壓力機(jī)來(lái)加工，而屈服應(yīng)力為1200N/mm2的鋼材則需要1500噸的壓力機(jī)。目前，較典型的壓力機(jī)在1000～2500噸（見(jiàn)圖4），F(xiàn)AGOR現(xiàn)有單滑塊多工位壓力機(jī)噸位已達(dá)3600噸。

采用偏心驅(qū)動(dòng)的機(jī)械壓力機(jī)，在生產(chǎn)時(shí)會(huì)遇到以下問(wèn)題：在模具拉深板料時(shí)，拉延速度是固定的，變化取決于壓力機(jī)的連桿曲柄機(jī)構(gòu)，必須減緩速度以避免出現(xiàn)裂痕。當(dāng)拉延速度減緩，整個(gè)生產(chǎn)運(yùn)動(dòng)的速度也會(huì)減小，而曲柄連桿系統(tǒng)也會(huì)出現(xiàn)固定的正弦曲線。而多連桿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（見(jiàn)圖5）驅(qū)動(dòng)滑塊可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題，滑塊可以很快的走完行程，當(dāng)?shù)竭_(dá)下死點(diǎn)前的某個(gè)預(yù)定點(diǎn)時(shí)慢下來(lái)，完成拉延過(guò)程后又很快的回到上死點(diǎn)位置。通過(guò)這種方式，實(shí)現(xiàn)材料緩慢拉延，而不影響生產(chǎn)效率。

圖1 多工位壓力機(jī)示意

圖2 板料拆垛上料

圖3 卷材形式上料

圖4 2500噸多工位壓力機(jī)

在第一工位拉延過(guò)程中需要更高的操控性和材料延展能力，配合伺服拉延墊可以做到單獨(dú)控制模具的速率；在拉延行程中可以控制其壓邊力；預(yù)加速可以避免滑塊對(duì)模具的影響；在設(shè)定點(diǎn)可以減壓；在氣墊位置鎖死。伺服液壓墊速度可調(diào)。FAGOR的伺服拉延墊（見(jiàn)圖6）完全由液壓裝置驅(qū)動(dòng)，所以該系統(tǒng)和電路控制比起復(fù)雜的液壓氣動(dòng)混合拉延墊更易維修。

伺服機(jī)械壓力機(jī)

進(jìn)入二十一世紀(jì)，伺服電機(jī)的發(fā)展進(jìn)入低轉(zhuǎn)速大扭矩時(shí)代。隨之而來(lái)的是伺服電機(jī)代替交流電機(jī)大批量的應(yīng)用于壓力機(jī)驅(qū)動(dòng)。伺服直驅(qū)技術(shù)的應(yīng)用，提升了機(jī)械壓力機(jī)的性能，同時(shí)兼?zhèn)淞艘簤簷C(jī)的柔性。能量反饋技術(shù)的應(yīng)用，使伺服電機(jī)所需耗能大幅降低。伺服機(jī)械壓力機(jī)（見(jiàn)圖7）技術(shù)具有以下特點(diǎn)：行程可變，在確保拉延質(zhì)量的同時(shí)，通過(guò)加快滑塊空行程速度，提高生產(chǎn)效率；行程可變，最大角度確保自動(dòng)化的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)；提高效率，根據(jù)不同的自動(dòng)化配合和應(yīng)用，伺服壓力機(jī)可實(shí)現(xiàn)比普通機(jī)械壓力機(jī)10%～50%的效率提升。單位能耗降低，生產(chǎn)更節(jié)能。

圖5 多連桿驅(qū)動(dòng)裝置

多工位傳輸系統(tǒng)

電子式多工位傳輸系統(tǒng)還可以通過(guò)伺服電機(jī)將每個(gè)工作運(yùn)動(dòng)分解。通過(guò)設(shè)計(jì)不同的運(yùn)動(dòng)軌跡，獲得不同的工作運(yùn)動(dòng)模式，以最優(yōu)化的方式處理各種類型沖壓件生產(chǎn)。多工位傳輸系統(tǒng)需要面對(duì)的主要問(wèn)題就是電氣故障，通常解決的辦法就是給傳輸系統(tǒng)配備一個(gè)UPS，給電機(jī)、制動(dòng)器、調(diào)節(jié)閥等提供電力，這些設(shè)備能維持壓力機(jī)各機(jī)構(gòu)工作直到壓力機(jī)完成一個(gè)循環(huán)并停機(jī)。

圖6 伺服拉延墊

圖7 伺服壓力機(jī)

完全模塊化系統(tǒng)，可以多種方式配合壓力機(jī)的工作；每個(gè)伺服控制系統(tǒng)都有雙編碼器，傳輸系統(tǒng)的傳動(dòng)軸與壓力機(jī)的滑塊保證在曲線圖的任意位置上同步協(xié)調(diào)；2坐標(biāo)、3坐標(biāo)、橫桿、優(yōu)化橫桿及帶吸墊的3坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)都可通過(guò)編程得以實(shí)現(xiàn)；可獲得很高的速度，如在5100mm工作臺(tái)上可實(shí)現(xiàn)5種組合的3維運(yùn)動(dòng)；對(duì)于不同的沖壓件，系統(tǒng)可被輸入了將近一百個(gè)不同的優(yōu)化曲線圖，當(dāng)系統(tǒng)接到制造新產(chǎn)品的命令時(shí)，可以短時(shí)間內(nèi)建立新程序。并且，對(duì)于每個(gè)沖壓件都可以進(jìn)行最優(yōu)化的加工，而且不用一直采用固定循環(huán)工作；最多有200種不同模具的數(shù)據(jù)和調(diào)節(jié)量將被控制系統(tǒng)全程記憶；軌跡曲線改變完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。對(duì)于一套完整的自動(dòng)系統(tǒng)來(lái)講，整個(gè)改變過(guò)程從第一個(gè)動(dòng)作到最后一個(gè)動(dòng)作只需不到5min時(shí)間。

結(jié)語(yǔ)

大型機(jī)械壓力機(jī)與最新電子式多工位壓力機(jī)，特別是當(dāng)下最熱門(mén)的伺服驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)和電子式多工位系統(tǒng)的結(jié)合，意味著在沖壓過(guò)程中極大提升了生產(chǎn)效率和企業(yè)利潤(rùn)。隨著中國(guó)汽車制造業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)沖壓生產(chǎn)方式與現(xiàn)代沖壓生產(chǎn)力的矛盾逐漸顯現(xiàn)，沖壓行業(yè)對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)方式的需求愈發(fā)強(qiáng)烈，多工位沖壓技術(shù)正逐漸向中國(guó)汽車沖壓行業(yè)走來(lái)。