伺服沖壓生產(chǎn)線在汽車制造中的應(yīng)用
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鋁板采購計(jì)劃
沖壓件具有尺寸穩(wěn)定、精度高、重量輕、剛度大、互換性好、高效低耗、操作簡單、且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等特點(diǎn)，因此，沖壓技術(shù)在汽車行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著伺服技術(shù)的發(fā)展和成熟，以伺服技術(shù)為核心的伺服沖壓生產(chǎn)線在汽車制造廠的運(yùn)用越來越廣泛。
沖壓工藝作為汽車制造的四大工藝之一，直接影響整車的品質(zhì)、成本以及生產(chǎn)節(jié)拍。沖壓時(shí)靠壓力機(jī)和模具對板材施加外力，使之產(chǎn)生塑性變形和分離，從而獲得所需形狀和尺寸的零件加工方法。目前，各主機(jī)廠采用的沖壓設(shè)備基本都是全自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線，沖壓生產(chǎn)線主要由板料拆剁裝置、板料清洗/對中裝置、壓力機(jī)、搬送機(jī)器人等設(shè)備模塊串聯(lián)而成，沖壓生產(chǎn)線如圖1所示。
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隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，以伺服技術(shù)為核心的伺服壓力機(jī)逐漸運(yùn)用到?jīng)_壓生產(chǎn)線中。與普通機(jī)械壓力機(jī)相比，伺服壓力機(jī)具有零件成形性好、能耗低、噪聲小、生產(chǎn)節(jié)拍快、提升材料的利用率、提升零件的拉深精度、減少設(shè)備檢修工作量等優(yōu)勢。
車身覆蓋件的沖壓工藝，按照基本的變形方式分為拉延、沖裁、翻邊、沖孔等；其中，拉延對沖壓產(chǎn)品的品質(zhì)起決定性作用，拉延工序經(jīng)常出現(xiàn)的缺陷有開裂、暗裂、起皺、回彈等。鑒于伺服壓力機(jī)設(shè)備成本較高，目前很多汽車制造廠采用拉延工序?yàn)樗欧毫C(jī)、其他工序?yàn)槠胀▔毫C(jī)的沖壓生產(chǎn)線。
▼伺服技術(shù)在壓力機(jī)上的運(yùn)用
伺服壓力機(jī)以伺服馬達(dá)作為直接的動(dòng)力來源，通過螺桿、曲柄連桿及肘桿等方式，講馬達(dá)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)化為滑塊的直線運(yùn)用，運(yùn)用伺服馬達(dá)可編程化控制的特性，完美的控制滑塊的運(yùn)動(dòng)形式，以滿足沖壓加工多樣化、智能化的需求，具有滑塊速度可控、難成形材料易制性、節(jié)能環(huán)保、一機(jī)多用及智能化等優(yōu)勢，是汽車沖壓行業(yè)發(fā)展的主流趨勢。
伺服壓力機(jī)適用于汽車沖壓線的拉延、切邊、翻邊、沖孔等工序，圖2是伺服技術(shù)在沖壓拉延工序的結(jié)構(gòu)圖。采用PLC控制，利用數(shù)位技術(shù)及反饋控制 方法達(dá)到高級精度控制，能對沖壓滑塊位置進(jìn)行控制，滑塊的位置重復(fù)控制精度為±0.01mm；因運(yùn)動(dòng)模式可以編程，能對滑塊速度及軌跡進(jìn)行控制，大幅降低沖壓瞬間速度，降低沖壓噪聲及振動(dòng)，延長了模具使用壽命。同時(shí)，能對滑塊的輸出力進(jìn)行控制，控制精度可達(dá)滑塊最大輸出力的±1.6%，從而使汽車制造中難成形材料（如高強(qiáng)度鋼板、鎂合金、鋁合金及鈦合金板材等），配合模具設(shè)計(jì)及周邊系統(tǒng)控制，生產(chǎn)大型覆蓋件。
▼提高沖壓件的品質(zhì)
伺服壓力機(jī)有一個(gè)很大的特點(diǎn)，就是可以分段設(shè)定行程的速度，達(dá)到消除拉延件破裂、回彈的質(zhì)量問題，提升沖壓件的品質(zhì)。通常，生產(chǎn)中我們主要采用兩種類型的伺服曲線，伺服曲線I和伺服曲線II。伺服曲線I的特點(diǎn)是降低合模過程中的沖壓速度，在拉延過程中保證產(chǎn)品能順利脫模，防止被拉傷，保證產(chǎn)品品質(zhì)，此曲線一般應(yīng)用于板材厚度較薄的汽車覆蓋件的沖壓工序上。伺服曲線II的特點(diǎn)是壓力機(jī)在下死點(diǎn)有一定的停頓。此曲線一般應(yīng)用于汽車內(nèi)板件中高強(qiáng)度板件拉延工序上，特點(diǎn)是有足夠的保壓時(shí)間保證產(chǎn)品成形，減小產(chǎn)品回彈。
▼節(jié)能環(huán)保
一方面伺服壓力機(jī)取消了傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)的飛輪、離合器等耗能元件，減少了驅(qū)動(dòng)件，簡化了機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，大大降低了電機(jī)的能耗；另外，由于伺服壓力機(jī)需要加注的潤滑油量少、更換周期長，降低了化學(xué)油品的使用。
另一方面，伺服壓力機(jī)有一套峰值削減裝置，該裝置的作用是將電能先儲(chǔ)存在AC/DC的電容模塊里，然后伺服壓力機(jī)根據(jù)各段沖壓行程的能源需要，從電容獲取對應(yīng)的電能，大大降低電能的消耗（大約可以節(jié)省能耗30%），伺服壓力機(jī)能耗如圖3所示。
▼提高沖壓節(jié)拍
由于伺服壓力機(jī)的伺服曲線可以分段進(jìn)行編輯，那么在實(shí)際運(yùn)用中，除了模具與零件接觸的過程，其他行程可以適當(dāng)加快壓力機(jī)滑塊的速度，這樣可以大大提升沖壓線的生產(chǎn)節(jié)拍。
▼降低噪聲，延長模具壽命
通過控制模具合模過程中壓力機(jī)的速度，降低上模與壓邊圈、下模與緩沖桿的沖壓速度，沖壓噪聲在75dB以下，振動(dòng)也很小，提升了現(xiàn)場的作業(yè)環(huán)境；另外，由于伺服壓力機(jī)對模具沖擊小，縮減了由于模具高強(qiáng)度沖擊帶來的模具變形、破損等模具故障，提高了模具的使用壽命。
伺服壓力機(jī)設(shè)備維護(hù)
對于傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)的維修人員而言，隨著伺服壓力機(jī)越來越多的應(yīng)用，設(shè)備維護(hù)變成了一個(gè)全新的課題，需要加強(qiáng)新技能、新知識的涉獵與深入研究。與其他設(shè)備一樣，伺服壓力機(jī)的維護(hù)主要還是分為事后保全和預(yù)防保全。伺服壓力機(jī)的故障通常可以通過查找故障報(bào)警代碼找到故障內(nèi)容，然后根據(jù)故障內(nèi)容進(jìn)行維修對應(yīng)。下面結(jié)合本人對伺服壓力機(jī)維護(hù)保養(yǎng)方面的經(jīng)驗(yàn)，舉例說明一些典型伺服故障的處理方法（以安川伺服系統(tǒng)舉例）。
▼伺服電機(jī)編碼器復(fù)位
編碼器復(fù)位操作實(shí)施條件：①更換電機(jī)或編碼器時(shí)；②斷電狀態(tài)下，編碼器無電池或電池沒電的情況下；③拔出編碼器電纜的通信接頭時(shí)；④由于某種原因，編碼器的現(xiàn)位置消失時(shí)（注意：只有當(dāng)動(dòng)力盤內(nèi)的伺服電機(jī)控制器的顯示器上出現(xiàn)A810或A820時(shí)才能實(shí)施復(fù)位操作，否則，在不需要的時(shí)候進(jìn)行編碼器的復(fù)位操作，有可能出現(xiàn)機(jī)器位置消失或機(jī)器損壞的情況）。動(dòng)力盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。編碼器復(fù)位操作方法（復(fù)位操作前伺服控制斷路器先要斷電）如圖5所示。
▼峰值削尖裝置EDLC電容損壞故障處理
為了降低伺服壓力機(jī)故障率，除了對常見伺服故障進(jìn)行分類、總結(jié)及標(biāo)準(zhǔn)化管理外，還需要加強(qiáng)對伺服系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)防保全。例如，對控制基板進(jìn)行壽命管理，到達(dá)壽命時(shí)進(jìn)行更換；對伺服電機(jī)的溫度進(jìn)行監(jiān)控管理，伺服電機(jī)溫度情況可以反映電機(jī)的工作狀態(tài)。此外，伺服控制系統(tǒng)采用大量的精密電子元件，對控制柜環(huán)境要求較高，高溫、粉塵含量高極易導(dǎo)致伺服故障發(fā)生，日常應(yīng)加強(qiáng)對伺服控制柜進(jìn)行防塵管理，定期對AC/DC/、DC/DC等裝置進(jìn)行清灰處理，避免電子元件異常發(fā)熱、短路引發(fā)伺服故障。
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結(jié)束語
伺服壓力機(jī)在性能上具有許多優(yōu)點(diǎn)，且可以廣泛運(yùn)用于各種沖壓行業(yè)。但是，伺服壓力機(jī)推廣還有一定的困難。主要原因：一是普通交流電動(dòng)機(jī)+飛輪的傳動(dòng)方式具有低廉、簡單、可靠等一系列特點(diǎn)，利用其具有的良好的剛性、可靠性服務(wù)于各生產(chǎn)企業(yè)的批量生產(chǎn)，而且后期使用維護(hù)成本低，具有較高的經(jīng)濟(jì)性；二是伺服壓力機(jī)購買成本較高，伺服壓力機(jī)技術(shù)基本掌握在國外企業(yè)手中，伺服技術(shù)管理人才極度匱乏，伺服壓力機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)主要依賴設(shè)備供應(yīng)商，導(dǎo)致維修成本高。
