汽車薄板沖壓生產線數控技術應用研究

摘要：隨著我國城市化發展，汽車迅速普及成為現代家庭的標配，隨著汽車銷量的增加，消費者越來越注重汽車外觀的選擇，汽車外觀更新速度越來越快，汽車新結構離不開相應的沖壓技術的提升，針對傳統汽車薄板沖壓生產線生產存在的問題，提出數控技術的應用策略，對于降低制造成本，提高生產效率，控制產品質量具有一定的指導作用。

關鍵詞：沖壓生產線：數控技術;薄板;仿真分析

引言

隨著我國工業發展和人民生活水平提高，汽車逐漸成為普通家庭的標配，十年內汽車市場規模急劇增加，面對如此巨大的消費群體，各大汽車制造商都在通過各種途徑提升產能，制造商進行工廠擴建、增加設備和員工等一些列手段后，缺點也非常明顯，為提高產量只能增加勞動者工作時間和勞動強度，但效果均不夠理想，強行對傳統沖壓生產線進行改造提速，也由于生產線自身基礎結構問題導致產品成品率低、變形大等諸多問題[1]。針對這些問題研究數控沖壓生產線是非常有必要的。

1. 汽車薄板沖壓生產線概述

大部分家庭轎車車體由高強度薄鋼板沖壓成形，有關數據統計超過六成汽車沖壓件直接采用薄板冷沖壓成形，少量部件采用熱壓成型和鑄造成型，極少數高級車身采用3D打印等技術[2]。隨著消費者對車輛審美觀點的變化，車身沖壓件設計外形輪廓越來越復雜，尤其是很多高端汽車制造廠商公開宣傳一體沖壓成形車身的概念，將安全和美感概念向消費者推銷，同時車型更新也越來越快，尤其是競爭激烈的中端車市場，幾乎每季度都要推出新車型，新型對沖壓質量和成型精度要求相應增加，尤其是我國是一個汽車工業發展較晚的國家，汽車薄板沖壓是自主汽車生產企業的難點和痛點，如何改進薄板沖壓生產線引起了社會廣泛關注。

2.汽車薄板沖壓生產線現狀與分析

我國自主汽車品牌獲得極大發展，但是諸多國外知名企業參與到汽車市場競爭，競爭激烈化導致新產品趨于批量小、品種多，且一種車型在市場存在的壽命也大大縮短。作為主要車體成型技術-薄板沖壓成形的地位日益提高，沖壓件多樣化已經成為常見的要求[3]。盡管不同廠商提出了多種制造方法，但是仍有問題存在，主要表現在一下幾個方面：

2.1.生產效率低。很多管理者將沖壓生產線視為傳統老舊工藝制品，為了降低成本，不重視其后續投資和改進，生產線設備老化，新設備和老設備之間工藝銜接性較差，造成部分機床利用率低，而有的長期超負荷運轉的狀態，此類瓶頸造成沖壓線產生效率偏低。有的管理者會貪圖眼前利益，采用增加操作者勞動時間來提高產能，忽視了合理布置設備的作用。

2.2.產品質量差。較為復雜零件沖壓的傳統工序為將工序多次分割，但是每次更換沖頭和夾具都會增加一次誤差累計，且對操作者的技術和經驗依賴性大，每切換一次產品都需要較長的適應時間，在沖壓生產線調整試驗新產品，不僅影響正常生產，也不容易很好把握產品質量，很難適應現有變化多樣的市場需求。

2.3.產線柔性不足。傳統薄板沖壓生產線工業布局采用單工位單工步設計模式，一臺設備僅僅完成一個工序，對于形狀簡單且批量化沖壓作業這種生產線完全可以勝任，但是很難適應小批量、多品種的市場化需求，尤其是沖壓形狀復雜且精度較高的作業，需要進行多次更換沖頭和夾具，不僅效率低、難度大，也不能如期完工，進而影響汽車制造商的市場競爭力。

3汽車薄板沖壓生產線數控技術應用策略

隨著數控機床的普及，數字化薄板沖壓成形技術成為柔性加工技術相對成功的一種，信息技術的進一步發展，網絡技術將機械、制造工藝和控制技術通過網路串聯，并將制造技術獲得極大提升和改善。薄板沖壓技術需要依靠新方法，新思路利用數控技術進行提升，主要從三方面進行：

3.1.依照數控技術特點設計新的工藝方法。數控控制沖壓和人工控制相比，可以在設定的程序下精確完成任意位置的到達和停止，重復運動精度和可靠性得到極大提高，因此編制工藝方案時將多個工序編制在一個工位，并設置同一沖頭不同的工藝參數，即可實現連續自動沖壓，也可實現對不同形狀產品的沖壓，避免了頻繁更新模具或機床，既增加了制造柔性，也降低了輔助時間，提高了生產效率。通常制造企業數控沖床采用的控制系統可分成單片機控制系統、PLC控制系統和帶有運動控制卡控制系統，其中運動控制卡的控制系統拓展功能豐富，且價格適中，甚至可以實現即插即用，單片機和PLC控制系統結構簡單、兼容性好，編程簡單快捷可以滿足大多數基本沖壓機床的控制要求。依照數控沖床編制加工工藝，必須考慮不使用或者最小范圍人工干預因素，以提高數控沖壓自動化的要求，設置最小工位節拍，依靠可靠的數控系統取代人工操作，提升生產線運行速度，評估伺服系統、運動元件定位精度，設計新型定位方式，提高定位精度。

3.2.采用仿真技術進行工藝驗證。沖壓數控編程既要保證產品符合技術要求，還應促進數控設備的高效工作。傳統的手工完編程方法可以適應老式生產線的運營模式，新的沖壓數控生產線編程變得相對復雜，必須借助計算機輔助技術完成，以減少錯誤發生，新的數控計算機輔助技術主要由自動編程、有限元數值計算和虛擬制造過程仿真組成。在產品定型后，將沖壓件的模型進行結構分析，確定基本的工藝方案，根據現有設備進行工藝分解，并設計相應的沖頭、模具和夾具;制造方法確定后對新的工藝進行有限元數值計算，對存在的死角、應力危險區域進行改進;最終采用現有沖壓生產線配套軟件進行工藝過程仿真和節拍驗證，最大限度較少投產前的試運行和工藝方法改進，也防止沖壓產品存在制造缺陷。

3.3.設計新的數控系統。綜合考慮系統的各個部件的相對運動及生產節拍，根據運動方式設計相應的計算機控制系統、伺服系統和機械傳動系統，每一級進給均采用快速進給方式，設置沖頭運動和進給運動不能同步運動，防止出現意外事故;設置沖頭和工件夾具同步控制器，保證夾持和沖壓工作的同步性，防止工件跑偏。使用廉價的開環控制，在每個工位點設置點位控制，以消除開環控制系統帶來的累計誤差。采用通用的控制系統，通過網絡系統完成程序傳輸和各個工位運行狀態監控。進給系統和傳動系統采用低阻尼、高剛度的機械結構，并使用可消除機械間隙機構，設置彈性聯軸器消除絲杠和電機主軸不共軸的影響，計算運動部件、工作部件和基座的固有頻率，防止與沖壓用薄板出現共振問題。

4.結論

隨著國內汽車行業的迅速發展和消費者審美觀念的改變，新款式汽車推出頻率也越來越高，相應的薄板沖壓生產線技術要求也越來越高，因此沖壓生產線普及數控技術已經迫在眉睫，結合數控技術編制新的工藝方法，提高沖壓生產線的柔度和效率，并引入計算機輔助技術進行數控沖壓過程的計算仿真分析，壓縮生產線調試和試運行周期，并引入適當的數控系統，合理配置相應控制系統和機械系統，保證沖壓過程動作的準確性，對提升制造企業競爭力，降低生產成本有一定的指導意義。。

參考文獻

[1]陶鵬.基于PLC的汽車沖壓生產線自動化控制技術及其應用研究[D].東南大學工程碩士學位論文，2014.

[2] 張啟森. 淺談汽車車身材料的發展趨勢[J]. 汽車維護與保養，2012（7）： 58-59。

[3]王莉. 金屬薄板直壁件數字化漸進成形機理及工藝的研究[D].華中科技大學碩士論文.2004.

作者簡介：王士敏（1986-7—），女 ，本科，2009年7月畢業于山東理工大學，助理工程師，研究方向：機械設計制造及其自動化。