伺服沖壓自動化生產(chǎn)工藝及裝置淺析

戴紹祥，孫立巖

（吉利控股集團有限公司，浙江 杭州 310000）

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[1]、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(yīng)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。

1 生產(chǎn)工藝及裝置

1.1 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。如圖1所示為拆垛機器人示意圖。

圖1 拆垛系統(tǒng)

1.2 清洗

輸送設(shè)備皮帶機將拆垛機器人抓來的板料輸送到清洗涂油設(shè)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，如圖2所示。

圖2 德國SMT清洗機

1.3 涂油

經(jīng)過清洗后的板料由涂油設(shè)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，如圖3所示。

圖3 德國SMT涂油機

1.4 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)如圖4所示。

圖4 對中系統(tǒng)

1.5 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(shè)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(gòu)，帶動滑塊上下往復(fù)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。伺服壓力機如圖5所示。

圖5 伺服壓力機

1.6 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(gòu)基本上都采用六軸機器人較多，滿足設(shè)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(shè)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。六軸機器人如圖6所示，七軸機器人如圖7所示。

圖6 六軸機器人

圖7 七軸機器人

1.7 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。皮帶機如圖8所示。

圖8 皮帶機

1.8 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(shè)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(shè)備噴涂上一層很薄的油膜，板料經(jīng)過視覺對中設(shè)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。

2 伺服壓力機特點

數(shù)字伺服系統(tǒng)因其響應(yīng)速度極快、精度極高且控制靈活方便而得到廣泛關(guān)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：①無需離合器/制動器；②無需飛輪、無需飛輪制動器；③無需驅(qū)動皮帶；④無需滑塊平衡器；⑤結(jié)構(gòu)簡單，維護便利；⑥運動曲線軌跡可調(diào)，生產(chǎn)效率高；⑦能耗低；⑧沖壓件表面質(zhì)量高。

3 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：①伺服壓力機可在任意位置停止，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；④板料傳輸無需通過皮帶機輸送，通過倒掛機器人實現(xiàn)線性傳輸；⑤板料傳輸過程中相互間不會接觸，避免板料表面磕碰的發(fā)生；⑥大大減輕勞動強度，上下料不用人工搬運；⑦伺服沖壓線人員投入少，人工成本低。

4 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(yīng)用，這就要求沖壓線設(shè)備不斷改進發(fā)展，以適應(yīng)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)量及產(chǎn)能、安全環(huán)保等的要求。

[1] 王 兵，羅佑軍.中國區(qū)域工業(yè)生產(chǎn)效率、環(huán)境治理效率與綜合效率實證研究--基于RAM網(wǎng)絡(luò)DEA模型的分析[J].世界經(jīng)濟文匯，2015，（2）.

[2] 謝滿垣.伺服壓力機與傳統(tǒng)壓力機的對比及其優(yōu)勢[J].機電工程技術(shù)，2012，（8）.

[3] 楊琴琴，朱亦晨，徐 強，等.基于靜態(tài)試驗的直線七軸接合部剛度優(yōu)化研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2014，（10）.