為何要選擇伺服多工位壓力機(jī)

文/徐海華·西班牙法格塞達(dá)公司上海代表處

為何要選擇伺服多工位壓力機(jī)

文/徐海華·西班牙法格塞達(dá)公司上海代表處

中國(guó)汽車制造業(yè)這幾年的蓬勃發(fā)展帶動(dòng)了一大批沖壓企業(yè)的成長(zhǎng)，也造就了一批業(yè)績(jī)優(yōu)良且具有一定規(guī)模的沖焊總成供應(yīng)商。無論是國(guó)有還是民營(yíng)，跟隨著整車制造企業(yè)協(xié)同發(fā)展，逐漸在車身分總成及底盤分總成制作領(lǐng)域取代跨國(guó)公司并確立自己的市場(chǎng)口碑。汽車車身分總成及底盤分總成如圖1所示。

規(guī)模化的生產(chǎn)需要穩(wěn)定的質(zhì)量來保障效益。近年來，隨著勞動(dòng)力成本的提高，自動(dòng)化正逐漸取代傳統(tǒng)的手動(dòng)方式進(jìn)入到傳統(tǒng)沖壓行業(yè)，特別是中小件沖壓領(lǐng)域。而多工位壓力機(jī)的大量應(yīng)用是這一趨勢(shì)的顯著標(biāo)志。除了國(guó)外自動(dòng)化公司紛至沓來，尋覓商機(jī)之外，眾多國(guó)內(nèi)自動(dòng)化公司也紛紛推出自己的設(shè)計(jì)，有些還與壓力機(jī)制造商合作定制解決方案。而國(guó)外知名公司也紛紛推出自己獨(dú)特的沖壓整體方案，其中以伺服直驅(qū)技術(shù)壓力機(jī)配合第二代高速自動(dòng)化機(jī)械手為主要亮點(diǎn)。

沖壓整體方案

伺服直驅(qū)壓力機(jī)技術(shù)最早在日本誕生及推廣，并實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)以及標(biāo)準(zhǔn)化。而歐洲則最先將其引入到大型多工位沖壓領(lǐng)域，其最大的區(qū)別依然在能量管理系統(tǒng)，也就是我們常說的蓄能機(jī)構(gòu)。歐洲的壓力機(jī)制造商基本已經(jīng)將西門子的機(jī)械蓄能技術(shù)普及化。

圖1 汽車車身分總成及底盤分總成

市場(chǎng)上常見的FAGOR多工位壓力機(jī)采用機(jī)械手拆垛方式上料，這種上料方式配合多連桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)帶來極高的性價(jià)比，但必須承認(rèn)的是，其結(jié)構(gòu)的局限導(dǎo)致了多工位生產(chǎn)的效率無法在25SPM的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)突破。為了配合伺服直驅(qū)技術(shù)的應(yīng)用，F(xiàn)AGOR對(duì)拆垛系統(tǒng)進(jìn)行了革新，在不改變機(jī)械手拆垛方式的前提下，增加一套拆垛機(jī)械手機(jī)構(gòu)，兩套機(jī)械手交替工作，效率顯著增加，設(shè)計(jì)節(jié)拍可達(dá)到35SPM，如圖2所示。

圖2 雙機(jī)械手機(jī)構(gòu)的FAGOR拆垛系統(tǒng)

同時(shí)，F(xiàn)AGOR將傳輸臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，由原來的鋁合金材質(zhì)改為鋼結(jié)構(gòu)，特殊的設(shè)計(jì)在保證了足夠剛性的前提下，控制了傳輸臂的重量，雖然整體結(jié)構(gòu)運(yùn)行的節(jié)拍可達(dá)40SPM，但伺服電機(jī)的數(shù)量也大為增加。與鋁制傳輸臂對(duì)應(yīng)，根據(jù)不同的工作臺(tái)長(zhǎng)度，采用FAGOR鋼制傳輸臂的型號(hào)分別為CNC4S、CNC5S、CNC6S和 CNC7S。

伺服多工位壓力機(jī)具有自動(dòng)化、智能化、操作安全、沖壓件綜合成本低、勞動(dòng)生產(chǎn)率高、制件質(zhì)量高等特點(diǎn)，能夠滿足汽車工業(yè)大批量生產(chǎn)的需要，而且節(jié)省了大量生產(chǎn)面積和設(shè)備投資，減少了人工數(shù)量。但是，多工位沖壓方式的選用要從行業(yè)應(yīng)用、能耗、運(yùn)營(yíng)成本、效率提升、停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)、人員配置、端拾器、備件、模具挑戰(zhàn)、投資預(yù)算等幾個(gè)方面綜合比較（圖3）。

圖3 多工位沖壓方式選用的評(píng)價(jià)方面

多工位沖壓方式由于其高效率和節(jié)能的優(yōu)勢(shì)，目前越來越多呈現(xiàn)大型化。例如FAGOR最大噸位的單滑塊機(jī)械多工位壓力機(jī)的公稱壓力達(dá)36000kN，工作臺(tái)長(zhǎng)度為7200mm。而改用伺服驅(qū)動(dòng)之后，其成本的增加往往讓投資者望而卻步。然而，選擇伺服驅(qū)動(dòng)還是多連桿驅(qū)動(dòng)，本身有其獨(dú)特的方面。對(duì)決策者而言，效益和投入是首先要考量的，再好的技術(shù)得不到大批量的生產(chǎn)驗(yàn)證是不能談投資經(jīng)濟(jì)性的。新技術(shù)的應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)、性能是否已經(jīng)可靠驗(yàn)證也是需要考慮的。在分析過程中，能耗和運(yùn)營(yíng)成本因素往往被弱化，因?yàn)榱炕容^困難，存在可變因素的制約。對(duì)于已有模具技術(shù)的挑戰(zhàn)是否巨大，不僅涉及設(shè)備的運(yùn)行效率，同時(shí)也影響模具的使用壽命。材料的屈服強(qiáng)度也是非常重要的考量參數(shù)，高強(qiáng)板沖壓需要更多的模具工位，更復(fù)雜的拉延工藝。

然而，伺服直驅(qū)技術(shù)也并非萬能的。對(duì)于可快速成形的簡(jiǎn)單沖壓工藝來講，采用伺服驅(qū)動(dòng)非但不能帶來效率的快速提升，反而由于蓄能電機(jī)的運(yùn)行損耗更多的電能（圖4）。同時(shí)節(jié)拍的增加必然對(duì)模具材料提出更高的要求，如果在新設(shè)備上運(yùn)行舊模具，顯然不是伺服直驅(qū)的優(yōu)勢(shì)。

圖4 伺服壓力機(jī)蓄能管理系統(tǒng)示意圖

此外，由于伺服直驅(qū)技術(shù)的普及化程度不高，伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)、伺服控制的元器件遠(yuǎn)未普及，發(fā)生元器件損壞需要更長(zhǎng)的到貨周期。如果要確保設(shè)備的高開動(dòng)率，則需要投入足夠多的備件作為保障。其次、雖然能量管理系統(tǒng)已經(jīng)承擔(dān)了部分再生能量的接收，但是伺服直驅(qū)技術(shù)依然需要車間電網(wǎng)的支持，增加電網(wǎng)容量的成本必須在投資時(shí)一并考慮。

結(jié)束語

綜上所述，中國(guó)巨大的汽車市場(chǎng)以及配套產(chǎn)業(yè)鏈為新技術(shù)的快速推廣和應(yīng)用提供了有利條件。自動(dòng)化生產(chǎn)方式正在全行業(yè)普及，沖焊制造作為高勞動(dòng)強(qiáng)度的傳統(tǒng)行業(yè)，也正在以自身獨(dú)特的方式接受改造。與此同時(shí)，在歐洲為沖焊行業(yè)帶來了第二次生產(chǎn)變革的伺服直驅(qū)大型多工位沖壓生產(chǎn)技術(shù)正逐漸被大家所熟知，但是伺服直驅(qū)技術(shù)的價(jià)值獲取以及其背后所需要的巨大投入必須根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求才能更清晰認(rèn)識(shí)。通常而言，如果你的產(chǎn)品系列里面高強(qiáng)板沖壓件或者底盤沖壓件占了大多數(shù)，而你又始終面對(duì)著下游客戶對(duì)產(chǎn)能擴(kuò)張的要求，那么是時(shí)候考慮投資伺服直驅(qū)多工位壓力機(jī)了。