《"黑科技"助力沖壓自動(dòng)化：伺服沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)工藝與裝備的前世今生》
隨著科技的日新月異，我們的生活被越來(lái)越多的"黑科技"所包圍，而在制造業(yè)中，伺服沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)工藝與裝備正是其中的翹楚。那么，什么是伺服沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)工藝與裝備？它又是如何助力制造業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)力的飛躍的呢？
伺服沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)工藝與裝備，簡(jiǎn)單來(lái)說，就是利用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的沖壓設(shè)備，實(shí)現(xiàn)高精度、高效率的沖壓加工。這種工藝與裝備的出現(xiàn)，不僅大大提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，還極大地提升了產(chǎn)品的質(zhì)量。
回顧伺服沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)工藝與裝備的發(fā)展歷程，我們不難發(fā)現(xiàn)，其誕生并非偶然。隨著工業(yè)4.0的到來(lái)，制造業(yè)正面臨著前所未有的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。傳統(tǒng)的沖壓設(shè)備已經(jīng)無(wú)法滿足市場(chǎng)對(duì)于高質(zhì)量、高效率、低成本的需求，伺服沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)工藝與裝備便在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生。
伺服沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)工藝與裝備的出現(xiàn)，徹底改變了傳統(tǒng)沖壓生產(chǎn)的模式。它通過高精度的伺服電機(jī)和優(yōu)化的控制算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)沖壓過程的精確控制，無(wú)論是速度、位置還是壓力，都可以進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)。這不僅大大提高了沖壓的精度，還使得復(fù)雜形狀的沖壓成為可能。
此外，伺服沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)工藝與裝備還具有高度的靈活性。通過更換模具，它能夠快速適應(yīng)不同的沖壓需求，無(wú)論是小型零件還是大型結(jié)構(gòu)件，都能夠輕松應(yīng)對(duì)。這使得企業(yè)在面對(duì)多品種、小批量的市場(chǎng)需求時(shí)，能夠迅速作出反應(yīng)，極大地提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。
然而，伺服沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)工藝與裝備并非完美無(wú)缺。高昂的設(shè)備成本、對(duì)操作人員的技能要求以及對(duì)電力供應(yīng)的依賴等問題，都是伺服沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)工藝與裝備亟待解決的問題。因此，未來(lái)的伺服沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)工藝與裝備，需要在保證高效率、高質(zhì)量的同時(shí)，進(jìn)一步提高設(shè)備的可靠性、降低設(shè)備成本，以及探索更加環(huán)保、節(jié)能的生產(chǎn)模式。
伺服沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)工藝與裝備
當(dāng)前一些國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益低下，與一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比，普遍存在著消耗大、成本高、效率低等問題。通過分析伺服沖壓自動(dòng)化線的生產(chǎn)工藝及裝置，與傳統(tǒng)手工沖壓線進(jìn)行比較，在產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)節(jié)拍、節(jié)能等方面體現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)。該沖壓方式亦為未來(lái)沖壓自動(dòng)化線發(fā)展的方向。
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，各汽車廠家對(duì)提高生產(chǎn)效率、材料利用率和產(chǎn)品質(zhì)量等方面的需求越來(lái)越迫切，沖壓自動(dòng)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(lái)直接的經(jīng)濟(jì)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(dòng)強(qiáng)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(dòng)化生產(chǎn)線是由伺服壓力機(jī)和自動(dòng)化輸送系統(tǒng)組成。現(xiàn)有的沖壓生產(chǎn)線，匹配的壓力機(jī)主要是多連桿機(jī)械壓力機(jī)，雖然實(shí)現(xiàn)了沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)，但是還沒有解決對(duì)高品質(zhì)、高節(jié)拍、低成本生產(chǎn)的需求，而伺服沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的誕生即可解決上述難題，為未來(lái)汽車廠規(guī)劃沖壓線的主流方向。
生產(chǎn)工藝及裝置
拆垛
為沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線首道工序，由拆垛小車和拆垛機(jī)器人組成，采用行車或叉車將需要生產(chǎn)的板料轉(zhuǎn)運(yùn)至拆垛小車上，進(jìn)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(jī)器人將板料放到上料皮帶機(jī)上，實(shí)現(xiàn)板料拆垛工序。如1所示為拆垛機(jī)器人示意。
1拆垛系統(tǒng)
清洗
輸送設(shè)備皮帶機(jī)將拆垛機(jī)器人抓來(lái)的板料輸送到清洗涂油設(shè)備處，經(jīng)過清洗機(jī)除去板料表面的灰塵油污，達(dá)到生產(chǎn)所需清潔度要求，目前主機(jī)廠主流清洗機(jī)為德國(guó)SMT清洗機(jī)，如2所示。
2德國(guó)SMT清洗機(jī)
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(jī)廠主流清洗機(jī)為德國(guó)SMT涂油機(jī)，如3所示。
3德國(guó)SMT涂油機(jī)
對(duì)中
對(duì)中系統(tǒng)一般分為機(jī)械對(duì)中和視覺對(duì)中兩大類，目前大部分主機(jī)廠采用視覺對(duì)中較多，此處特指視覺對(duì)中系統(tǒng)。通過清洗涂油后的板料，被輸送至對(duì)中系統(tǒng)正下方的過渡皮帶機(jī)上，通過拍照將板料的位置信息傳輸給上料機(jī)器人，機(jī)器人通過調(diào)整抓取位置，順利抓取板料，從而實(shí)現(xiàn)板料對(duì)中。對(duì)中系統(tǒng)如4所示。
4對(duì)中系統(tǒng)
成形
上料機(jī)器人抓取板料放置在首臺(tái)伺服壓力機(jī)上進(jìn)行拉延，并通過調(diào)整伺服控制系統(tǒng)使伺服壓力機(jī)在任意位置停止，增加保壓時(shí)間，得到所需形狀的首序成形件，然后通過傳輸機(jī)器人抓取板料進(jìn)行壓力機(jī)間的板料輸送；經(jīng)過后序伺服壓力機(jī)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(jī)數(shù)量根據(jù)生產(chǎn)模具工序數(shù)設(shè)定，一般按照4臺(tái)或5臺(tái)考慮，首臺(tái)伺服壓力機(jī)噸位可選為2500t，完成拉延工序，后序壓機(jī)噸位一般為1000t，完成切邊、沖孔、翻邊整形等工序。伺服壓力機(jī)采用伺服電機(jī)控制，直接驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)滑塊上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，由于伺服電機(jī)的特點(diǎn)，滑塊可以在任意位置停止，工件成形保壓時(shí)間可控，同時(shí)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(jī)如5所示。
上下料及傳輸
與傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)自動(dòng)化輸送線相比較，自動(dòng)化部分基本類似，上下料機(jī)構(gòu)基本上都采用六軸機(jī)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(jī)間的板料傳輸，涉及到取件角度、壓力機(jī)行程以及壓力機(jī)自動(dòng)化匹配信息等諸多因素，通常采用機(jī)械手或直線七軸[3]機(jī)器人設(shè)備，本文涉及內(nèi)容主要是指七軸機(jī)器人，基本上可以滿足絕大多數(shù)國(guó)
內(nèi)主機(jī)廠生產(chǎn)及后期節(jié)拍提升需求；對(duì)于高速?zèng)_壓線需要采用單臂或者雙臂機(jī)械手才能實(shí)現(xiàn)其所需生產(chǎn)節(jié)拍。六軸機(jī)器人如6所示，七軸機(jī)器人如7所示。
6六軸機(jī)器人
7七軸機(jī)器人
下料輸送、檢驗(yàn)
下料輸送一般采用兩條并行的皮帶機(jī)進(jìn)行，下料機(jī)器人將成品件抓取放置在皮帶機(jī)上，皮帶機(jī)輸送至人工裝箱處，輸送過程中及裝箱前對(duì)成品件進(jìn)行人工檢驗(yàn)，合格品直接裝入工位器具，不合格品轉(zhuǎn)入返修區(qū)進(jìn)行修理。皮帶機(jī)如8所示。
8皮帶機(jī)
小結(jié)
由叉車或行車將板料運(yùn)送到上料小車上，上料小車啟動(dòng)運(yùn)送到指定位置，拆垛機(jī)器人開始工作，將板料放到輸送設(shè)備上，經(jīng)過清洗機(jī)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(duì)中設(shè)備，拍照將板料位置尺寸信息輸送給上料機(jī)器人，通過整線控制系統(tǒng)調(diào)整上料機(jī)器人抓件角度抓取板料。上料機(jī)器人抓取板料放置在首臺(tái)2500t伺服壓力機(jī)上進(jìn)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(jī)在任意位置停止，增加保壓時(shí)間，得到所需形狀的首序成形件，然后再通過傳輸機(jī)器人抓取板料進(jìn)行壓力機(jī)間的板料輸送，經(jīng)過后序3臺(tái)或4臺(tái)1000t壓力機(jī)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(jī)器人將成品沖壓件放置到光檢帶上，由工人檢驗(yàn)，合格產(chǎn)品放置到工位器具上，由叉車轉(zhuǎn)運(yùn)到?jīng)_壓件庫(kù)存儲(chǔ)，不合格產(chǎn)品進(jìn)入返修區(qū)，維修合格后再入庫(kù)。
伺服壓力機(jī)特點(diǎn)
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(dòng)器的位置和速度命令值就可方便地調(diào)整伺服壓力機(jī)的運(yùn)動(dòng)曲線軌跡。
與機(jī)械壓力機(jī)相比主要特點(diǎn)如下：
①無(wú)需離合器/制動(dòng)器；
?、跓o(wú)需飛輪、無(wú)需飛輪制動(dòng)器；
?、蹮o(wú)需驅(qū)動(dòng)皮帶；
?、軣o(wú)需滑塊平衡器；
?、萁Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)便利；
?、捱\(yùn)動(dòng)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。
伺服沖壓線優(yōu)勢(shì)
伺服沖壓自動(dòng)化線相比傳統(tǒng)手工機(jī)械線有巨大優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下幾方面：
?、偎欧毫C(jī)可在任意位置停止，保壓時(shí)間長(zhǎng)，沖壓件成形性好，產(chǎn)品品質(zhì)好；
②伺服壓力機(jī)具備能量回收功能，沖壓線能耗低；
?、劬€首無(wú)人工涂油、手工上料等工序；
?、馨辶蟼鬏敓o(wú)需通過皮帶機(jī)輸送，通過倒掛機(jī)器人實(shí)現(xiàn)線性傳輸；
⑤板料傳輸過程中相互間不會(huì)接觸，避免板料表面磕碰的發(fā)生；
?、薮蟠鬁p輕勞動(dòng)強(qiáng)度，上下料不用人工搬運(yùn)；
⑦伺服沖壓線人員投入少，人工成本低。
結(jié)語(yǔ)
結(jié)合目前汽車行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，新材料、高強(qiáng)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(jìn)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(yùn)用就可解決上述新產(chǎn)品成形需求，滿足對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量及冷庫(kù)產(chǎn)能、安全環(huán)保等的要求。
總的來(lái)說，伺服沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)工藝與裝備作為制造業(yè)的"黑科技"，正以前所未有的速度改變著我們的生活。它的出現(xiàn)，不僅極大地推動(dòng)了制造業(yè)的發(fā)展，也為我們揭示了未來(lái)制造業(yè)的可能面貌。我們有理由相信，隨著科技的進(jìn)步，伺服沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)工藝與裝備將會(huì)帶給我們更多的驚喜。
