論沖壓裝備自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

張建東 姚鳳忠

摘 要：近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)各領(lǐng)域的飛速發(fā)展，板材加工成為崛起的新興領(lǐng)域。板材沖壓件被廣泛應(yīng)用于廚電、汽車(chē)等諸多領(lǐng)域?；诖耍c板材加工密切相關(guān)的沖壓設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外研究者的關(guān)注。通常，沖壓裝備自動(dòng)化技術(shù)涉及壓力機(jī)、送料系統(tǒng)與機(jī)器人搬運(yùn)等三個(gè)方面。本文中，筆者從這三個(gè)方面出發(fā)，對(duì)當(dāng)前我國(guó)沖壓裝備自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造自動(dòng)化；沖壓；裝備；自動(dòng)化；現(xiàn)狀；發(fā)展

1壓力機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

1.1傳統(tǒng)大型沖壓生產(chǎn)線(xiàn)

汽車(chē)生產(chǎn)領(lǐng)域是板材應(yīng)用的重要領(lǐng)域，通常汽車(chē)的車(chē)身覆蓋件和結(jié)構(gòu)件都是采用沖壓板材，這種板材的加工通常采用的是大型沖壓生產(chǎn)線(xiàn)。而隨著技術(shù)的改革與創(chuàng)新，大型沖壓生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)工藝與流程也發(fā)生了翻天覆地的變化。在20世紀(jì)70年代以前，大型沖壓生產(chǎn)線(xiàn)通常以一臺(tái)雙動(dòng)拉延機(jī)械壓力機(jī)與數(shù)臺(tái)單動(dòng)機(jī)械壓力機(jī)為主機(jī)，主機(jī)之間設(shè)置一個(gè)工件翻轉(zhuǎn)裝置，采用人工或機(jī)械的上下料方式，組成機(jī)械化或半機(jī)械化流水生產(chǎn)線(xiàn)。這種典型配置在國(guó)外汽車(chē)工業(yè)中使用了近半個(gè)多世紀(jì)。90年代后期，為了克服傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)在合模時(shí)沖擊速度過(guò)高、公稱(chēng)力不能及時(shí)達(dá)到而無(wú)法沖壓深拉延件的缺陷，我國(guó)新建大型沖壓生產(chǎn)線(xiàn)的拉深壓力機(jī)開(kāi)始采用多連桿技術(shù)，其主要優(yōu)點(diǎn)是：①拉延過(guò)程中滑塊速度慢且均勻，空行程運(yùn)行速度快，生產(chǎn)效率高；②拉延深度大，最大深度可達(dá)320mm，而傳統(tǒng)壓力機(jī)只有70mm左右；③用較小的偏心距實(shí)現(xiàn)較大的滑塊行程，更便于上下料操作；④拉延過(guò)程沖擊力小，有利于提高模具使用壽命和零件成形質(zhì)量。

1.2單機(jī)聯(lián)線(xiàn)自動(dòng)化沖壓線(xiàn)

近年來(lái)，單機(jī)聯(lián)線(xiàn)自動(dòng)化沖壓線(xiàn)在國(guó)內(nèi)外競(jìng)相發(fā)展，成為汽車(chē)大型覆蓋件自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)的先進(jìn)工藝技術(shù)之一，而且發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁。其通常配置為5～6臺(tái)壓力機(jī)，配有拆垛、上下料機(jī)械手、穿梭翻轉(zhuǎn)小車(chē)和碼垛系統(tǒng)等，全線(xiàn)長(zhǎng)度60m左右。具有沖壓質(zhì)量穩(wěn)定可靠、生產(chǎn)安全性高和柔性好等特點(diǎn)。由于上、下工位壓力機(jī)的間距大，工件傳輸效率較低，生產(chǎn)節(jié)拍一般為6～9spm。單機(jī)聯(lián)線(xiàn)自動(dòng)化沖壓技術(shù)占用資金較少，適合于多車(chē)型、小批量、高質(zhì)量的大型覆蓋件的沖壓生產(chǎn)。近幾年，在全自動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)上又取得很大進(jìn)展并得到成熟應(yīng)用，如全自動(dòng)換模系統(tǒng)、拉伸墊數(shù)字控制技術(shù)和功能完善的觸摸屏監(jiān)控技術(shù)等，使單機(jī)聯(lián)線(xiàn)生產(chǎn)效率逐年提升。其中，全自動(dòng)換模系統(tǒng)只需要操作人員在觸摸屏上設(shè)置好模具號(hào)，模具更換的全過(guò)程由壓力機(jī)自動(dòng)完成，整個(gè)過(guò)程最多需要5min。

1.3大型多任務(wù)位壓力機(jī)

大型多任務(wù)位壓力機(jī)是目前世界上最先進(jìn)、最高效的板材沖壓設(shè)備，代表了目前車(chē)身覆蓋件沖壓成形的最高水平和發(fā)展方向。大型多任務(wù)位壓力機(jī)一般由拆垛機(jī)、大型壓力機(jī)、自動(dòng)送料系統(tǒng)和碼垛系統(tǒng)等組成。其生產(chǎn)節(jié)拍可達(dá)16～25spm，是手工送料流水線(xiàn)的4～5倍，是單機(jī)聯(lián)線(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的2～3倍，具有生產(chǎn)效率高、制件質(zhì)量高的特點(diǎn)，特別適合大批量沖壓生產(chǎn)。據(jù)美國(guó)精密鍛壓協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)三大汽車(chē)公司680多條沖壓線(xiàn)中有70%為多任務(wù)位壓力機(jī)；日本在美國(guó)的35條沖壓線(xiàn)中有24臺(tái)多任務(wù)位壓力機(jī)，占69%；日本國(guó)內(nèi)的250條沖壓線(xiàn)中，有80多條多任務(wù)位壓力機(jī)，占32%。在我國(guó)，由于大型多任務(wù)位壓力機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)昂貴，占用資金非常大，并且柔性不及單機(jī)聯(lián)線(xiàn)自動(dòng)化線(xiàn)，目前能夠用于大型覆蓋件沖壓的多任務(wù)位壓力機(jī)還是空白。

2自動(dòng)送料系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

隨著工業(yè)發(fā)展對(duì)沖壓生產(chǎn)效率、精度、安全等方面提出的更高需求，沖壓手工送料已逐步被自動(dòng)化送料系統(tǒng)所取代，這也是實(shí)現(xiàn)多任務(wù)位沖壓的根本要求。

2.1機(jī)械手自動(dòng)化送料系統(tǒng)

對(duì)于單機(jī)聯(lián)線(xiàn)自動(dòng)化沖壓線(xiàn)，采用機(jī)械手送料系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)聯(lián)線(xiàn)自動(dòng)化的一種可行方案。其主要由數(shù)控上料手、取料機(jī)械手和穿梭小車(chē)組成，相鄰兩臺(tái)壓力機(jī)間的輸送單元主要包括以下機(jī)構(gòu)：①一個(gè)取料機(jī)械手配備對(duì)應(yīng)工件的真空吸盤(pán)式端拾器，將工件從上位壓力機(jī)中取出并放置在穿梭小車(chē)上；②一個(gè)穿梭小車(chē)沿著壓力機(jī)間的固定軌道，將工件輸送到下位壓力機(jī)的上料手位置；③一個(gè)上料機(jī)械手配備對(duì)應(yīng)工件的真空吸盤(pán)式端拾器，將工件從穿梭小車(chē)取出并放置到下位壓力機(jī)中。這種輸送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸送效率高，可以實(shí)現(xiàn)模具和端拾器在單機(jī)聯(lián)線(xiàn)自動(dòng)化沖壓線(xiàn)與多任務(wù)位壓力機(jī)之間的互換。國(guó)內(nèi)已有主機(jī)廠(chǎng)采用這一自動(dòng)送料系統(tǒng)，為國(guó)內(nèi)沖壓生產(chǎn)技術(shù)與歐美汽車(chē)工業(yè)接軌奠定了基礎(chǔ)。

2.2多任務(wù)位壓力機(jī)自動(dòng)送料系統(tǒng)

多任務(wù)位送料系統(tǒng)是一個(gè)類(lèi)似移動(dòng)臂的裝置，主要作用是把沖壓件從一個(gè)工位移到另一個(gè)工位。多任務(wù)位送料移動(dòng)桿沿著模區(qū)移動(dòng)，它們是主要結(jié)構(gòu)件，移動(dòng)沖壓件的端拾器就安裝在這些結(jié)構(gòu)件上。在汽車(chē)沖壓車(chē)間，根據(jù)送料的傳動(dòng)方式，多任務(wù)位送料系統(tǒng)主要有：機(jī)械送料、電子送料和組合式送料。根據(jù)工件的輸送方式不同，多任務(wù)位壓力機(jī)送料系統(tǒng)又可分為三坐標(biāo)式和真空吸盤(pán)式。近年來(lái)，隨著多任務(wù)位壓力機(jī)“同時(shí)出多件”的工藝需求，真空吸盤(pán)式自動(dòng)送料系統(tǒng)得到更多應(yīng)用。

3機(jī)器人搬運(yùn)系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

由于單機(jī)聯(lián)線(xiàn)自動(dòng)化在側(cè)圍等大型覆蓋件沖壓生產(chǎn)中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，其與多任務(wù)位壓力機(jī)共存發(fā)展的局面將長(zhǎng)期存在。其中，六軸機(jī)器人技術(shù)日趨完善，成本越來(lái)越低，使用也越來(lái)越普及，其高度柔性越來(lái)越顯示出其優(yōu)越性。更多沖壓線(xiàn)開(kāi)始配備機(jī)器人自動(dòng)化搬運(yùn)系統(tǒng)。在機(jī)器人自動(dòng)化系統(tǒng)中，作為自動(dòng)化輸送系統(tǒng)的主要部分，機(jī)器人主要完成板料拆垛、各壓機(jī)間的自動(dòng)上下料、板件傳送翻轉(zhuǎn)等工作，以取代繁重、危險(xiǎn)的人工操作。機(jī)器人通過(guò)控制系統(tǒng)保持與壓機(jī)的隨動(dòng)和連鎖，完成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制、氣動(dòng)與真空系統(tǒng)監(jiān)控及安全防護(hù)等。機(jī)器人的末端安裝有端拾器，用于執(zhí)行抓取板件的功能。由于板件為薄壁件，適合采用真空吸附的工作原理抓取，真空吸盤(pán)布置在高強(qiáng)度合金或碳纖維材料制成的端拾器支架上，吸盤(pán)數(shù)量及其布置方式依據(jù)具體的板件而定。氣路控制系統(tǒng)帶有真空度檢測(cè)傳感器，通過(guò)檢測(cè)吸盤(pán)內(nèi)真空度判斷板件是否吸附到位、搬運(yùn)過(guò)程中板件是否掉落等。端拾器的結(jié)構(gòu)與板件外形有關(guān)，因此不同板件與不同工位均需配置不同的端拾器。舒勒的橫桿機(jī)器人是為機(jī)械式和液壓式?jīng)_壓線(xiàn)提供的最新自動(dòng)化設(shè)備。它將經(jīng)過(guò)實(shí)際檢驗(yàn)的、可靠的機(jī)器人技術(shù)與橫桿技術(shù)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合在一起。該系統(tǒng)包括一臺(tái)常規(guī)機(jī)器人，這臺(tái)機(jī)器人通過(guò)一根縱向軸及舒勒端拾器支架擴(kuò)展了兩根附加軸。水平移動(dòng)沿安裝在壓力機(jī)立柱上的縱向軸進(jìn)行。編程可在機(jī)器人控制面板上方便地進(jìn)行。

4結(jié)束語(yǔ)

（1）單機(jī)聯(lián)線(xiàn)自動(dòng)化沖壓線(xiàn)與大型多任務(wù)位壓力機(jī)是當(dāng)今大型沖壓裝備自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的兩大趨勢(shì)。但是用于大型覆蓋件沖壓的多任務(wù)位壓力機(jī)在我國(guó)汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用幾乎是空白，這是我國(guó)沖壓裝備業(yè)與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的主要差距。

（2）經(jīng)過(guò)近年來(lái)的新建和改造，我國(guó)現(xiàn)有沖壓線(xiàn)中約10%實(shí)現(xiàn)了單機(jī)聯(lián)線(xiàn)自動(dòng)化，部分線(xiàn)采用了Speed-Bar或旋轉(zhuǎn)七軸機(jī)器人等先進(jìn)輸送系統(tǒng)，為國(guó)內(nèi)沖壓生產(chǎn)技術(shù)與歐美汽車(chē)工業(yè)接軌奠定了基礎(chǔ)。

（3）鑒于我國(guó)汽車(chē)工業(yè)生產(chǎn)集中度較低、新車(chē)型換代越來(lái)越頻繁的客觀(guān)事實(shí)，未來(lái)幾年，單機(jī)聯(lián)線(xiàn)自動(dòng)化沖壓線(xiàn)仍是發(fā)展主力，用于大型覆蓋件沖壓的多任務(wù)位壓力機(jī)可能會(huì)在中外合資汽車(chē)廠(chǎng)率先應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]王春生.沖壓工藝設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展[J].機(jī)械工人（熱加工），2016，（12）：10.

（作者單位：1.沈陽(yáng)中新科技開(kāi)發(fā)有限公司；

2.沈陽(yáng)東方鈦業(yè)股份有限公司）