分享|多工位壓力機發(fā)展
多工位壓力機是一種用于將一次無法拉伸成形的零件或復(fù)雜形狀零件拉伸成形的專用、自動、數(shù)控機械壓力機。特別適用于一次無法拉伸成形或復(fù)雜難成形零件的成形。
1、多工位壓力機及生產(chǎn)線的幾個發(fā)展階段
(1)1969年~1979年。此階段多工位壓力機生產(chǎn)線主要構(gòu)成為:上料裝置+多工位壓力機+工件運送皮帶。拉延工藝由裝在底座中的第一工位拉延墊來完成。此階段為開發(fā)研制和市場推廣階段，通過總結(jié)確立了多工位壓力機的基本機構(gòu)，設(shè)計制造了二柱和三柱多工位壓力機，推廣市場后，深受用戶好評。最大噸位2700 kN，送料行程900~1500 mm，最大行程次數(shù)25min-1。適合壓制汽車底梁外板、中心支柱等小型覆蓋件。
(2)1980~1984年。其生產(chǎn)線主要構(gòu)成為：上料裝置+雙動壓力機+翻轉(zhuǎn)裝置+多工位壓力機+工件運輸皮帶。特點:壓力機大型化，由于采用了雙動壓力機，使得深拉伸覆蓋件的拉伸工藝很容易實現(xiàn)，擴大了生產(chǎn)線的范圍。另一方面，有限元分析軟件等計算機技術(shù)的應(yīng)用，有力推動了壓力機技術(shù)向大型化發(fā)展，使得大型結(jié)構(gòu)件的設(shè)計計算更簡便、快捷和準(zhǔn)確。多工位壓力機的沖壓件范圍從小型件、中型件、大型件乃至超大型件。組合生產(chǎn)線的能力為2000kN雙動壓力機、25 00kN多工位壓力機;行程次數(shù)14min-1，送料行程210 mm，換模時間5 min。在壓力機向大型化發(fā)展的同時，自動化技術(shù)也得到飛速發(fā)展，尤其是三坐標(biāo)送料機構(gòu)的快換快調(diào)技術(shù)的發(fā)展較快，從而使換模時間大大縮短。由于采用了雙動壓力機，使用上下料機械手和內(nèi)外滑塊拉伸技術(shù)，生產(chǎn)成本很高，工件傳送距離大，通過工件的上下料和工件的翻轉(zhuǎn)，使得生產(chǎn)節(jié)拍慢，只能達(dá)到7~9件/min。此階段伺服電機驅(qū)動的送料機構(gòu)得以研發(fā)，由于三坐標(biāo)行程都可以獨立無級調(diào)節(jié)，工藝范圍顯著擴大，即多工位壓力機的工藝范圍由汽車擴展至電機、電器及金屬制品，從而確立了在鍛壓設(shè)備領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。多工位壓力機能力也向兩極分化，小到200 kN，大到900 kN，都可以設(shè)計制造，換模時間縮短到4min。
(3)1985~1992年。其生產(chǎn)線構(gòu)成為:拆垛(無人上料小車)+自動傳送+多工位壓力機+碼垛。多工位壓力機的第一工位為數(shù)控式液壓拉伸氣墊，完成工件的反拉伸工藝，其性能完全替代了雙動壓力機，降低了設(shè)備的制造成本。
(4)2000年之前。三坐標(biāo)裝置中添加了真空吸盤抓取工件的新工藝(橫梁)該技術(shù)的產(chǎn)生，有利于大型、形狀復(fù)雜及低剛性覆蓋件的生產(chǎn)。另外，橫桿多工位壓力機還可以在滑塊的一次行程中同時進(jìn)行兩個零件的沖壓，生產(chǎn)效率提高50%~100%。該時期另一個顯著特點是微電子控制技術(shù)、計算機輔助操作和輔助維護系統(tǒng)的應(yīng)用，使生產(chǎn)和維護更加方便，市場準(zhǔn)備時間進(jìn)一步縮短，只要輸入模具號，就可以自動完成所有相關(guān)參數(shù)的調(diào)整，傳送線路簡單，抗干擾能力強。而現(xiàn)場總線等技術(shù)的應(yīng)用，使多工位壓力機實現(xiàn)了高度自動化。
(5)至2012年，多工位壓力機發(fā)展到較高水平。通常由拆垛機、大型壓力機、三坐標(biāo)工件傳送系統(tǒng)和碼垛工位等組成，有的使用機器人代替三坐標(biāo)夾鉗送料。特別是最近幾年研發(fā)的閉式多連桿多工位壓力機，實現(xiàn)了一臺壓力機一條生產(chǎn)線，拆垛裝置、重料檢測、磁性分離，涂油、三次元送料(或機器人送料)、成品輸出、廢料輸出等，一應(yīng)俱全。
在多工位壓力機生產(chǎn)線輔機方面，舒勒公司的三軸傳輸系統(tǒng)尤為典型。舒勒集團專門為壓力機生產(chǎn)線研制開發(fā)了自動化技術(shù)--橫桿式機械手和橫桿式機器人。采用橫桿式機械手或橫桿式機器人的伺服壓力機生產(chǎn)線突出優(yōu)點為結(jié)構(gòu)緊湊、高效。與傳統(tǒng)的機械手或機器人的方案相比，可實現(xiàn)壓力機之間的最理想間距。由于橫桿式機械手和橫桿式機器人高度的靈活性，也使其成為對已有多工位壓力機生產(chǎn)線進(jìn)行自動化改造的最佳選之一。
2、大型多工位壓力機優(yōu)點及規(guī)格
大型多工位壓力機集機械、電子、自動化和檢測技術(shù)為一體，全自動、智能化操作安全，沖壓件綜合成本低，勞動生產(chǎn)率高，制件質(zhì)量高，無工件之間搬運磕碰等。能夠滿足汽車工業(yè)大批量生產(chǎn)的需要。以一臺多工位壓力機生產(chǎn)線代替一條5~6臺壓力機組成的沖壓線，按同規(guī)模沖壓生產(chǎn)量比較，最先進(jìn)的多工位壓力機可達(dá)16~25 min-1，是手工送料流水線的4~5倍，是單機連線自動化生產(chǎn)線的2~3倍。設(shè)備投資可減少20%~40%，能量消耗減少50%~70%，沖壓件綜合成本可節(jié)約40%~50%，而且節(jié)省了大量生產(chǎn)面積和設(shè)備投資，降低了工人數(shù)量，安全性能高，每個關(guān)鍵部位、每個工位都設(shè)有檢測點，如有故障能夠迅速停車，最大限度保障人員和模具的安全。
多工位壓力機噸位根據(jù)用戶要求而定，呈現(xiàn)不規(guī)律性，特別是大噸位如93000kN、80000kN、73000kN、63000kN、、50000kN、46000kN、42000kN，40000kN、320000N、30000kN、270000N、250000N、2000 0N、12000kN等，10000kN以下多工位壓力機呈現(xiàn)規(guī)律性。因此大型多工位壓力機是根據(jù)用戶工藝要求來確定壓力機噸位。
3、大型多工位壓力機自動生產(chǎn)線工藝過程
3.1多工位壓力機送料夾持器規(guī)律
多工位壓力機滑塊上下往復(fù)運動，每次行程完成一次沖壓過程。夾持器的運動規(guī)律(三次元)：夾緊工件→取件上升→前進(jìn)到下一工位→下降→釋放工件→返回前一工位，完成送料動作，進(jìn)入下一次送料。夾持器的運動規(guī)律(二次元)：夾緊工件→前進(jìn)到下一工位→釋放工件→返回前一工位，完成送料動作，進(jìn)入下一次送料。
3.2多工位送料系統(tǒng)的分類
多工位送料系統(tǒng)大致分為三類:機械送料、電子送料和組合式送料。
機械式送料是通過與壓力機傳動系統(tǒng)直接連接完成的，沖壓件從一個工位移動到另一個工位。壓力機橫梁上的動力輸出裝置將能量從壓力機的頂部輸送到地面，由隨動器驅(qū)動的大型機械凸輪安裝在送料機構(gòu)上，凸輪旋轉(zhuǎn)則帶動機械送料動作。
電子多工位送料是以伺服電機取代機械動力輸出裝置，借助于齒輪箱和傳動軸，將伺服電機與送料系統(tǒng)相連，并在計算機的控制下工作。動作協(xié)調(diào)是由壓力機和控制器之間所交換的電子信號來完成的。電子送料的運動軌跡是由計算機程序完成的。也就是說，電子送料裝置的運動軌跡既可以按照機械送料的運動軌跡進(jìn)行，也可以按照特定的工件進(jìn)行編程，以便優(yōu)化其運動軌跡。
組合式送料裝置的一些動作是由機械系統(tǒng)來完成的，而另外一些動作則是由電子系統(tǒng)來完成的。其送料裝置的結(jié)構(gòu)因生產(chǎn)廠而異。該裝置盡管在某些沖壓行業(yè)使用較多，但在車身廠的使用有限。
3.3多工位送料動作
多工位送料動作有三種：三坐標(biāo)送料、夾板式送料和多模式送料。
三坐標(biāo)送料方式是通過三種不同的動作在壓力機內(nèi)傳送沖壓件。安裝在送料桿前部和后部的機械夾鉗在壓力機工位間傳送沖壓件。夾緊動作是由一組夾鉗(端拾器)將沖壓件送入模腔，然后由另一組夾鉗把沖壓件從模區(qū)內(nèi)拾起。提升動作把沖壓件從模具中提起，由傳送動作把沖壓件放入下一個模區(qū)內(nèi)。三坐標(biāo)送料裝置再按逆向順序重復(fù)上述動作，沖壓件放人模具中，夾鉗(端拾器)從模具中收回。收回后，多工位送料裝置返回上一個模區(qū)。此時滑塊正在下行過程中，模具閉合。三坐標(biāo)送料裝置既可以是機械的，也可以是電子的。三坐標(biāo)送料又分夾鉗端拾器和吸盤端拾器。橫桿安裝又分左右立柱安裝和前后立柱安裝。根據(jù)不同用戶的不同工藝選取。
夾板式送料方式。夾板懸掛在模區(qū)上部，吸盤安裝在夾板上，借助吸盤拾起工件。夾板式送料裝置可以借助電子多工位送料提升和傳送把一個工位的工件傳送到另一個工位，采用夾板送料裝置時，在行程的下死點送料機是不移動的。但是可以利用吸盤運送兩個非接觸件。
多模式送料。只有在電子送料條件下才能實現(xiàn)多模式三坐標(biāo)和夾板式組合送料。這種送料是把三坐標(biāo)和夾板式送料組合在一臺壓力機內(nèi)，故稱之為多模式送料。一組送料桿配有用于三坐標(biāo)送料裝置的夾鉗，另一組送料桿與夾板式送料裝置進(jìn)行配置。換模式，這兩種送料方式可以進(jìn)行互換?？梢孕薷挠嬎銠C控制的運動軌跡和時間曲線、工件程序。前后送料桿可以互換。不到5 min就可以完成以上兩種方式轉(zhuǎn)換。
3.4送料方式的新進(jìn)展
以前，壓力機用戶在采購多工位壓力機時，一般就有兩種選擇:根據(jù)應(yīng)用場合，購買三坐標(biāo)送料壓力機或夾板式送料壓力機。由于多工位壓力機投資十分巨大，所以用戶不能同時購買這兩種方式的壓力機。在實際使用過程中，對于某些工件來說，使用三坐標(biāo)送料壓力機效率較高，而對于另外一些工件來說，使用夾板式送料壓力機效率更高。多模式送料方式解決了壓力機工藝單一問題，擴大了工藝范圍，是送料方式的新進(jìn)展。但是多模式送料方式不適用于機械送料，這是因為機械送料固有的局限性所造成的。
多工位送料的另一個新進(jìn)展是實時方位調(diào)整或動態(tài)方位調(diào)整。目前沖壓廠使用大型夾板式多工位壓力機來生產(chǎn)以前在壓力機線上生產(chǎn)的沖壓件。當(dāng)加工大型沖壓件時，沖壓件從一個工位移到下一個工位，有必要對其進(jìn)行方位調(diào)整。以前，夾板式多工位壓力機是在每一個工位之間配置中間工位，對工件進(jìn)行方位調(diào)整。就一臺有5個工位的壓力機而言，必須配置4個中間工位，這樣壓力機的總尺寸就要增加，才能容納這9個工位，因而增加了占地面積。沖壓件必須移動10次才能完成加工，也就增加了沖壓件的誤送料和表面受損的可能性。
動態(tài)方位調(diào)整可解決沖壓件在傳輸過程中的方位定向問題，從而省去了中間工位，它可完成多達(dá)8個動作。這樣，在一臺有5個工位的壓力機上，沖壓件移動6次即可完成沖壓作業(yè)。壓力機的總尺寸比普通夾板式多工位送料壓力機要小。此外，沖壓件傳輸量的減少也會減少誤送料的可能性，使沖壓件的表面質(zhì)量和產(chǎn)量得以提高。
3.5送料距離和工位數(shù)
多工位壓力機送料步距(X軸)達(dá)到2300 mm，垂直升降距離(Y軸)達(dá)到430 mm)，開合行程(Z軸)達(dá)到350 mm。多工位壓力機工位數(shù)通常在4~6工位，現(xiàn)在已增加到20工位。
3.6壓力機多工位全自動送料生產(chǎn)線特點
①沖床多工位全自動送料生產(chǎn)線適用于帶料、板料、片料及沖壓拉伸件半成品的二次加工等。②送料方式根據(jù)不同產(chǎn)品特性分別采用三種傳動方式:氣壓傳動、伺服傳動、純機械結(jié)構(gòu)傳動。③機臺內(nèi)部生產(chǎn)配套自動檢測系統(tǒng)，保障了設(shè)備與模具間生產(chǎn)安全。④多工位柔性機械手臂結(jié)合仿型機械手，使送料更平穩(wěn)、精準(zhǔn)。⑤與多工位模具配套使用調(diào)整簡便、互換性強。⑥帶移動工作臺，更換模具便捷。
4、汽車零件在多工位壓力機生產(chǎn)情況
一般而言，汽車車身沖壓件分為超大件、大件、中件、中小件、小件。其中超大件零件較少，大件零件占整個車身沖壓件近15%，中件為30%，中小件為55%，小件很少。在這些零件中，超大件有30%~40%的零件可使用多工位，大件為60%~70%，中件為80%，可見多工位壓力機在汽車行業(yè)的應(yīng)用是很廣泛的。這些零件所需要的沖壓噸位比較大，超大件為2700 t~4000t以上，最大可達(dá)9300 t;大件為1500 t~270 0t;中小件為300t~1250 t。實際上，工作臺板、工位間距與多工位壓力機主要參數(shù)密切相關(guān)，也跟加工零件尺寸和材料有關(guān)。
國內(nèi)鍛壓企業(yè)在大型數(shù)控沖壓自動化設(shè)備的設(shè)計制造水平迅速躋身于世界前列，擁有廣泛參與國際競爭的實力，將迅速改變大重型沖壓設(shè)備的國內(nèi)外市場格局。由于人力成本的增加，電費等輔助成本的增加，市場競爭非常激烈，利潤降低，加之低碳經(jīng)濟和節(jié)能降耗的需要，未來多工位壓力機的需求將會急劇增加。其經(jīng)濟效益顯著，市場前景看好。
注：本文由機哥整理自《鍛壓裝備與制造技術(shù)》2013年第3期，作者閔鵬、李廣平等。轉(zhuǎn)載請注明液壓機世界整理。
