連續(xù)自動化沖壓線的市場應用

文/馬海源·一重集團天津重工有限公司

汽車沖壓線市場現(xiàn)狀及對比

伴隨著中國汽車市場的成熟與擴大，汽車行業(yè)發(fā)展迅速，車型研發(fā)周期縮短、車型迭代加快直接促使了汽車制造企業(yè)必須改進傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)、提高生產(chǎn)效率。利用信息化技術(shù)促進產(chǎn)業(yè)變革是現(xiàn)代汽車制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢。在汽車生產(chǎn)制造的沖(沖壓)、焊(焊接)、涂(涂裝)、總(總裝)四大生產(chǎn)工藝當中，沖壓工序直接影響著整個四大工藝的生產(chǎn)效率。

沖壓生產(chǎn)線作為沖壓車間的主要設(shè)備直接影響著沖壓車間的生產(chǎn)效率。據(jù)統(tǒng)計，在沖壓生產(chǎn)中，僅有不足20%的時間真正用于板料的沖壓，其余時間則主要用于板料的搬運與準備。經(jīng)過近十年的黃金發(fā)展期，目前國內(nèi)主流汽車廠家基本已完成了自手工沖壓線到自動化沖壓線的過渡，單純依靠人力搬運的手工沖壓生產(chǎn)線或被淘汰或被改造成依靠機器人/機械手搬運的自動化沖壓線。

從手工線到自動化線的變革，不僅有效提高了生產(chǎn)效率，而且從根本上降低了工人勞動強度，大幅降低了人身安全事故率。但目前，在我國機器人自動化沖壓生產(chǎn)線中，機器人與壓力機的運動協(xié)調(diào)關(guān)系多為斷續(xù)模式（即靜態(tài)配合方式）。在此生產(chǎn)模式下，壓力機滑塊須在上死點位置停止，等待機器人完成上/下料動作后方能繼續(xù)運動進而完成一個完整沖次。

圖2 展示的是某自動化沖壓線項目1#壓機的連續(xù)運行模式下機械手運行軌跡(垂直0 點上部藍色及綠色曲線)及壓機滑塊相對機械手的運行軌跡(垂直0 點下部紅色及紫色曲線)，圖3 展示的是相同設(shè)備條件下斷續(xù)運行模式狀態(tài)的移動軌跡。

單純對比兩圖水平0 點左側(cè)的上料軌跡（即藍色和紅色曲線），可見在上料機械手運行軌跡完全相同的情況下，滑塊相對運行軌跡在連續(xù)/斷續(xù)兩種不同模式下呈現(xiàn)了完全不同的運行軌跡。即連續(xù)模式下滑塊保持了同機械手的跟隨運行，期間并未停止等待機械手。此時生產(chǎn)節(jié)拍與壓機運行節(jié)拍一致，均為12 次/分。

表1 某自動化沖壓線連續(xù)/斷續(xù)生產(chǎn)節(jié)拍實測

反觀斷續(xù)模式，為了避免滑塊與機械手發(fā)生碰撞事故，壓力機必須等待機械手安全進入壓機內(nèi)部（紅色曲線平直部分）后才開始運動，此時壓機生產(chǎn)節(jié)拍為12 次/分，但由于壓力機運行的等待現(xiàn)象，實際生產(chǎn)節(jié)拍僅為10 次/分。

以往采用斷續(xù)生產(chǎn)模式，主要是受限于同步控制的不完善而向安全生產(chǎn)所做出的妥協(xié)。而這樣的結(jié)果不僅大大降低了沖壓的生產(chǎn)效率，也成倍增加了壓力機離合器的工作負擔，甚至縮短了設(shè)備使用壽命。

連續(xù)自動化沖壓線的原理

近年來，迫于進一步提高生產(chǎn)效率的現(xiàn)實需要以及PLC 邏輯可編程控制技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的沖壓線制造商及集成商開始著手研發(fā)與推廣具有連續(xù)生產(chǎn)模式的自動化沖壓線。

對比傳統(tǒng)的斷續(xù)模式生產(chǎn)線，連續(xù)模式生產(chǎn)線通過加裝同步控制器用以改善各壓機運轉(zhuǎn)時的同步協(xié)調(diào)性，通過機器人運動控制器提取的各機器人位置信號與壓機行程編碼器、位置傳感器等檢測出的壓機位置信號，進行分析對比實現(xiàn)硬件上的同步控制可行性。在此基礎(chǔ)上，通過寫入壓機間相位差控制程序及機器人與壓機間同步控制程序及安全距離互鎖程序，則徹底解決了在控制層面確保壓機及機器人連續(xù)安全運動不停止的難題。某自動化沖壓線連續(xù)/斷續(xù)生產(chǎn)節(jié)拍實測見表1。

連續(xù)自動化沖壓線的優(yōu)勢

連續(xù)模式自動化沖壓生產(chǎn)線不僅具有上述高生產(chǎn)效率的特殊優(yōu)勢，同時還因其本身的控制方式具備以下特點。

⑴成形工藝性更好，有效提升成品率。沖壓線采用連續(xù)模式時，壓力機運動節(jié)拍就是生產(chǎn)節(jié)拍。例如：以保證生產(chǎn)節(jié)拍12 次/分為例，斷續(xù)模式時由于滑塊要在上死點位置停止，該情況下壓機運動節(jié)拍往往要達到18 次/分。而采用連續(xù)模式時壓力機運動節(jié)拍只要達到12 次/分，即可確保12 次/分的生產(chǎn)節(jié)拍，如圖2 所示。相同生產(chǎn)節(jié)拍下，沖壓速度連續(xù)模式僅是斷續(xù)模式的0.67，單次拉伸時間的延長可有效提升沖壓件產(chǎn)品的一次合格率。

尤其對于拉延敏感度更高的鋁板而言，受許用拉伸速度限制，如采用傳統(tǒng)鋼板斷續(xù)生產(chǎn)線生產(chǎn)，則有可能出現(xiàn)板件被拉裂的情況。連續(xù)模式由于延長了拉延時間、降低了拉伸速度，則有效破解了這一難題。

⑵壓機運動速度降低，提高模具使用壽命。由于壓力機運動速度降低，上下模具接觸時的速度和沖擊也相應降低，發(fā)熱及磨損隨之減小，可有效提高模具使用壽命，減少修模、試模時間等生產(chǎn)輔助時間，有效提高設(shè)備使用效率。圖4 所示的修模及試模時間占據(jù)了生產(chǎn)中的大部分時間。

⑶運行沖擊小，改善作業(yè)環(huán)境。由于連續(xù)模式下滑塊不在上死點產(chǎn)生停頓，壓機加/減速變得更加連貫與線性，速度畸變顯著降低，可有效減少齒輪、連桿間的速度沖擊。不僅使得關(guān)鍵傳動部件使用壽命提高，更充分降低了沖擊噪聲，生產(chǎn)作業(yè)條件進一步改善。上梁內(nèi)的主傳動部件如圖5 所示。

⑷離合器動作減少、運行節(jié)能高效。連續(xù)模式下滑塊動作連貫不停止，離合器制動器在滑塊處于上死點位置時不動作，避免了斷續(xù)模式下離合器的反復接合與斷開，既降低了離合制動器的工作負擔，提高其使用壽命，也充分降低了摩擦熱量的釋放，整機運行更為節(jié)能高效。

⑸重復定位精度高，上下料動作更精準。采用連續(xù)生產(chǎn)模式后，由于壓機與機器人/機械手均處于連續(xù)運動狀態(tài)，不再有相互的停頓等待動作，所以，該運行模式下負責搬運的機器人/機械手運動加/減速幅度同步降低，在提高設(shè)備壽的命同時，使得設(shè)備重復定位精度更高，上下料動作更精準。

結(jié)束語

在當前提質(zhì)增效的市場背景以及節(jié)能減排的政策背景下，連續(xù)模式的自動化沖壓生產(chǎn)線具有工藝成形性好、對板料可拉伸性要求較低、生產(chǎn)效率高、設(shè)備壽命長、運動沖擊小、能耗低、噪聲小等一系列先天優(yōu)勢。雖然由于同步控制器等軟硬件的引入部分提高了設(shè)備采購成本，但相較于連續(xù)模式應用后生產(chǎn)效率的提高以及人工、維護成本降低所帶來的巨大經(jīng)濟效益，該部分增加的成本也就顯得微不足道了。因此目前越來越多的汽車主機廠紛紛將連續(xù)自動化沖壓線作為采購首選。

得益于自動化控制技術(shù)的進步以及越來越廣泛的市場需求，一重作為主流自動化沖壓生產(chǎn)線供應商也在近年來不斷加大該類產(chǎn)品的研發(fā)力度、更新產(chǎn)品序列，逐步獲得了來自國內(nèi)外汽車企業(yè)的接受與認可。我們有理由相信，連續(xù)自動化沖壓生產(chǎn)線的普及與推廣必將帶動汽車制造業(yè)的新一輪革命，為國民經(jīng)濟的高質(zhì)量發(fā)展注入新的力量。