柔性全自動沖壓生產(chǎn)線發(fā)展現(xiàn)狀
原創(chuàng)付敏，等金屬加工
編者按
闡述汽車覆蓋件柔性全自動沖壓生產(chǎn)線的發(fā)展現(xiàn)狀、生產(chǎn)線類型及今后的發(fā)展趨勢。對單臂、雙臂和伺服生產(chǎn)線的特點進行對比分析，對于國內(nèi)各大汽車主機廠沖壓生產(chǎn)線布局及規(guī)劃可起到一定的參考作用。
副教授付敏
01
序言
近年來，我國裝備制造業(yè)蓬勃發(fā)展，各行業(yè)對智能制造的要求日益提升。其中，作為交通工具的汽車已成為日常生活中不可或缺的一部分，人們對汽車品質(zhì)的追求，已不僅僅從駕駛?cè)藛T層面出發(fā)，對于汽車乘坐人員的舒適度、汽車智能化程度等，人們亦提出了更苛刻的要求。汽車制造廠商如何從生產(chǎn)設(shè)備方面來保障汽車產(chǎn)量和質(zhì)量？下面從國內(nèi)汽車行業(yè)沖壓自動化生產(chǎn)線的發(fā)展現(xiàn)狀方面進行分析和探討。
02
柔性全自動沖壓生產(chǎn)線發(fā)展現(xiàn)狀
汽車產(chǎn)業(yè)作為我國GDP的重要組成部分，在拉動經(jīng)濟消費、改善國民生活水平中起著舉足輕重的作用。隨著我國國民收入的逐步提高，大眾的消費水平尤其是對汽車消費的熱度逐漸提高。人們對于汽車的追求已不再是傳統(tǒng)意義上的出行工具，而是對于汽車的駕駛安全性、乘坐舒適性、操縱體驗感、節(jié)能及環(huán)保外觀等方面提出了更高的要求。生產(chǎn)廠商為了滿足大眾日益高漲的消費需求，正在加快更新傳統(tǒng)的汽車生產(chǎn)設(shè)備類型及模式，尤其是對于汽車外覆蓋件生產(chǎn)設(shè)備更新的需求更加迫切。
大型快速高效全自動沖壓生產(chǎn)線是集機、電和液于一體的大型沖壓設(shè)備，代表了當(dāng)今國際沖壓技術(shù)的最新發(fā)展趨勢。隨著更新?lián)Q代速度的日益加快，汽車工業(yè)呈現(xiàn)出生產(chǎn)規(guī)?；④囆蛡€性化及車身覆蓋件大型化和一體化的特點。為了滿足這種發(fā)展需求，高精度、高效率和柔性化的全自動快速沖壓生產(chǎn)線逐漸成為越來越多的汽車制造商的必然選擇[1]。
隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和科技的進步，智能制造已成為國家裝備制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢。自動化生產(chǎn)已遍及各大行業(yè)，從航空航天、礦山機械、汽車生產(chǎn)，到家電制造等，都滲透著自動化生產(chǎn)技術(shù)。其中沖壓自動化設(shè)備作為裝備制造業(yè)的重要組成部分，也從單純的沖壓轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)合周邊設(shè)備的自動化沖壓生產(chǎn)線，如開卷校平落料線、開卷校平剪切線、開卷校平縱剪線和機器人沖壓線等設(shè)備均已實現(xiàn)代替人工生產(chǎn)，解決了目前勞動力不足的困境，并減少了危險環(huán)境下人工作業(yè)的風(fēng)險系數(shù)。
圖1所示為汽車車身鈑金件主要組成[2]，沖壓生產(chǎn)線是該類型鈑金件的主要生產(chǎn)設(shè)備。當(dāng)今汽車工業(yè)正向大規(guī)模、多品種和換代快方向發(fā)展，對其制造裝備提出了更高要求，迫切需求高質(zhì)、高效和高柔性的高端沖壓成形裝備，以確保汽車大型覆蓋件的質(zhì)量和產(chǎn)能。本文對當(dāng)下汽車生產(chǎn)行業(yè)較高端的自動沖壓生產(chǎn)線類型進行闡述，通過對不同類型沖壓生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)組成、產(chǎn)能產(chǎn)量的對比分析，助力汽車生產(chǎn)商在沖壓車間規(guī)劃時更加合理、高效地選擇設(shè)備。
圖1汽車車身鈑金件主要組成
03
汽車車身鈑金件全自動沖壓生產(chǎn)線種類
3.1單、雙臂沖壓生產(chǎn)線
單、雙臂全自動沖壓生產(chǎn)線作為高效、柔性沖壓生產(chǎn)線的新生力量，受到各大汽車主機廠的青睞。此種類生成線主要由4臺或5臺機械式壓力機組成，每臺壓力機均配備可以沿垂直于整線方向自動開進開出的工作臺。工作臺開進開出的主要目的是更換安裝在其上的模具，模具一般由上模和下模組成，上模安裝在滑塊上，下模安裝在工作臺上，上、下模具合模后，實現(xiàn)對覆蓋件的拉延工序。和自動工作臺對應(yīng)的是端拾器的自動更換，兩者結(jié)合可有效縮短換模及模具調(diào)整時間。
單、雙臂沖壓生產(chǎn)線線首單元主要包括機器人自動拆垛系統(tǒng)、高速桁架拆垛裝置、板料自動清洗涂油系統(tǒng)及板料自動對中系統(tǒng)。線尾單元主要包括下料機器人、線尾皮帶機、板料檢驗系統(tǒng)和燈光照明系統(tǒng)，用于汽車覆蓋件成品件的人工輔助檢驗。
單、雙臂沖壓線的主要區(qū)別是兩者的安裝方式不同，單臂沖壓線的拆垛及壓力機間的傳輸機械手通常吊掛在機械壓力機機身上，通過電氣系統(tǒng)的控制可實現(xiàn)整線的斷續(xù)或連續(xù)運行模式。雙臂沖壓線的拆垛及壓力機間傳輸機械手通常安裝在設(shè)備地基的基礎(chǔ)上，相對于單臂沖壓線來說，雙臂沖壓生產(chǎn)線系統(tǒng)速度更快，穩(wěn)定性更高，可實現(xiàn)最高節(jié)拍18次/min的連續(xù)運行模式，產(chǎn)出效率更高。圖2所示為單、雙臂全自動沖壓生產(chǎn)線整線布置，圖3、圖4所示分別為單臂、雙臂送料裝置。常用的單、雙臂沖壓線參數(shù)見表1。
圖2單、雙臂全自動沖壓生產(chǎn)線
圖3單臂送料裝置
圖4雙臂送料裝置
表1常用的單、雙臂沖壓線參數(shù)
3.2伺服沖壓生產(chǎn)線
普通沖壓生產(chǎn)線上所配備的壓力機主要是機械式多連桿壓力機，對于此種類型的生產(chǎn)線，能夠滿足沖壓自動化生產(chǎn)的要求。但是對于想要達到高品質(zhì)、高節(jié)拍和低成本生產(chǎn)需求的用戶來說，配備普通沖壓生產(chǎn)線顯然是不夠的。隨著伺服壓力機的研發(fā)成功，再配備高速、高效的自動化周邊設(shè)備，可組成先進的伺服沖壓生產(chǎn)線，為用戶提供高端的自動化沖壓生成線，此種生產(chǎn)線為未來汽車廠規(guī)劃沖壓線的主流方向[3]。
圖5所示伺服沖壓自動化生產(chǎn)線的主要組成部分為上料單元、伺服壓力機、傳送單元、線尾單元及整線電氣控制系統(tǒng)。其中上料單元主要包括垛料臺車（2個）、磁力分張裝置、高速桁架拆垛裝置、清洗機、涂油機、過渡裝置、對中系統(tǒng)和上料裝置等，一般每條伺服沖壓生產(chǎn)線配備4臺或5臺伺服壓力機，具體數(shù)量根據(jù)生成線沖壓的零件類型確定；傳送單元主要包括高速傳送機構(gòu)上料、傳送和下料裝置等；線尾單元主要包括出料傳送帶、質(zhì)檢臺、照明系統(tǒng)和自動上架系統(tǒng)。上述幾個單元在工業(yè)以太網(wǎng)電氣控制系統(tǒng)的互聯(lián)互通下，實現(xiàn)鈑金件的拉延、切邊、沖孔和翻邊整形等工序。伺服沖壓生產(chǎn)線相比普通沖壓生成線，具有如下優(yōu)勢。
圖5伺服沖壓生產(chǎn)線
1）伺服電動機直接驅(qū)動壓力機橫梁傳動系統(tǒng)中的多連桿機構(gòu)，帶動下方的滑塊部分做上下往復(fù)直線運動。由于伺服電動機本身固有的特點，滑塊部分可以在行程范圍內(nèi)的任意位置停留，沖壓件拉延保壓時間可人為控制，同時在伺服壓力機中配備數(shù)控拉伸墊，沖壓時所產(chǎn)生的壓邊力可調(diào)節(jié)，使得沖壓件的外觀質(zhì)量有大幅度提高。
2）同機械式壓力機相比，伺服電動機代替了傳統(tǒng)機械壓力機的變頻電動機+飛輪+離合制動器的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，傳動結(jié)構(gòu)簡單，便于維護，降低了電氣系統(tǒng)的復(fù)雜性，且配置能量回饋功能，可將制動能量直接回饋至電網(wǎng)中，降低了后期運行費用。在沒有制動器/離合器、飛輪、飛輪制動器、驅(qū)動帶和滑塊平衡器等裝置的前提下，仍然能夠?qū)崿F(xiàn)運動曲線軌跡可調(diào)，大大提高了生產(chǎn)效率。
3）伺服電動機驅(qū)動可以實現(xiàn)連續(xù)運轉(zhuǎn)模式，生產(chǎn)節(jié)拍大大提高，整線生產(chǎn)節(jié)拍最高可達18次/min。
04
結(jié)束語
本文通過對單臂、雙臂和伺服3種柔性全自動沖壓生產(chǎn)線的對比介紹，詳細闡述了高速、快速柔性沖壓生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)布局、性能優(yōu)勢，總結(jié)了3種沖壓生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)組成、生產(chǎn)特點及適用場合，對于汽車生產(chǎn)廠商車間規(guī)劃布局可起到一定的指導(dǎo)作用。
隨著我國新能源汽車的逐步發(fā)展，在汽車零部件沖壓制造行業(yè)會有更好的新產(chǎn)品、新技術(shù)、新方法和新工藝研發(fā)成功，進而促進我國汽車制造業(yè)的快速發(fā)展，引領(lǐng)國內(nèi)汽車制造技術(shù)躋身國際高端市場。
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本文發(fā)表于《金屬加工（冷加工）》2024年第8期第13~16頁，作者：濟南職業(yè)學(xué)院付敏，濟南盛世創(chuàng)明智能科技有限公司高棟濟南二機床集團有限公司趙兵，原標題：《柔性全自動沖壓生產(chǎn)線發(fā)展現(xiàn)狀》。
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?來源：金屬加工?編輯：王瑞艷?校對：邵玉潔?審核人：吳曉蘭
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