多工位壓力機的過去、現在和將來

法格鍛壓機床（昆山）有限公司首席代表 徐海華

機械式傳輸系統是工業革命的產物，實現了規?；a對作坊式制造的替代

在十九世紀中后期，隨著工業革命帶來的生產力的提升，生產已不再滿足于單序制造，而是需要零件在操作臺之間分別完成不同的生產，然后由工人在工作臺之間對零件進行搬運。進入二十世紀，機械裝置被應用于此，替代了工人工作，這種被稱作“機械式傳輸系統”的裝置一直應用很多年，直至二十世紀末被電子式傳輸系統替換。

機械式傳輸系統相比人工傳輸，效率大為提升，但缺陷也十分明顯：①機構笨重且慣性量大，并適合高效率和復雜零件的生產。②不同的產品生產需要都有一套獨立的凸輪和變速機構器，不適合多批次生產。③改造較難且費用高昂等。

機械壓力機與電子式多工位傳輸系統的結合是工業文明的象征

進入二十世紀末，自動化控制技術的發展為沖壓技術帶來了新的發展。通過伺服控制技術的運用，電子式多工位傳輸技術應運而生。電子式傳輸系統與機械壓力機的結合，比原先機械式多工位傳輸系統效率提高超過30%，是手動沖壓方式效率的3倍以上。

機械壓力機與電子式多工位傳輸系統的組合（見圖1）優勢明顯：提高生產效率、減少停機時間、降低維修成本、提高制造精度、滿足現有設備改造、拓展可制造產品范圍、加工不同材質不同厚度零件等。

整套系統由三大部分組成，即拆垛系統、機械壓力機和電子式多工位傳輸系統，經整線PLC系統完成同步控制。下文將對以上三部分進行展開介紹。

拆垛機構

多工位壓力機的線首部分為上料系統。上料系統中的送料形式主要有兩種，以預先剪切好的半成品板料形式（見圖2）或者是以卷材的形式（見圖3），也可以整合這兩種形式并進行切換。上料小車可以放置各種尺寸和材質的料片，可以生產鋼板以及鋁板。

采用拆垛方式的特點：可接受任何形狀的板料，線外快速對中并通過行車或者叉車將料垛放入，料堆的標準精度在3mm內；可實現向壓力機連續送料不停機；配備送料緩沖區，即當料垛快用完時，新的料垛可在不停機存放于上料手下方；拆垛臺放空時，拆垛上料機械手將轉向另一工位料垛，從而實現不停機的連續上料；機械手可同時平行的送兩張料片。這對于同時加工對稱形狀的零部件，尤其是類似鏡像形狀的沖壓件尤為幫助。根據不同板料形狀和尺寸，FAGOR拆垛機構的最大節拍可達20～35次/min。

機械壓力機

多工位壓力機可以制造出復雜形狀的零部件，并且材質的屈服應力較高，一般可達1200N/mm2，生產這些沖壓件需要壓力機要比一般壓機更高的性能。如常見的屈服應力為500N/mm2的鋼材需要800噸的壓力機來加工，而屈服應力為1200N/mm2的鋼材則需要1500噸的壓力機。目前，較典型的壓力機在1000～2500噸（見圖4），FAGOR現有單滑塊多工位壓力機噸位已達3600噸。

采用偏心驅動的機械壓力機，在生產時會遇到以下問題：在模具拉深板料時，拉延速度是固定的，變化取決于壓力機的連桿曲柄機構，必須減緩速度以避免出現裂痕。當拉延速度減緩，整個生產運動的速度也會減小，而曲柄連桿系統也會出現固定的正弦曲線。而多連桿驅動系統（見圖5）驅動滑塊可以很好地解決這個問題，滑塊可以很快的走完行程，當到達下死點前的某個預定點時慢下來，完成拉延過程后又很快的回到上死點位置。通過這種方式，實現材料緩慢拉延，而不影響生產效率。

圖1 多工位壓力機示意

圖2 板料拆垛上料

圖3 卷材形式上料

圖4 2500噸多工位壓力機

在第一工位拉延過程中需要更高的操控性和材料延展能力，配合伺服拉延墊可以做到單獨控制模具的速率；在拉延行程中可以控制其壓邊力；預加速可以避免滑塊對模具的影響；在設定點可以減壓；在氣墊位置鎖死。伺服液壓墊速度可調。FAGOR的伺服拉延墊（見圖6）完全由液壓裝置驅動，所以該系統和電路控制比起復雜的液壓氣動混合拉延墊更易維修。

伺服機械壓力機

進入二十一世紀，伺服電機的發展進入低轉速大扭矩時代。隨之而來的是伺服電機代替交流電機大批量的應用于壓力機驅動。伺服直驅技術的應用，提升了機械壓力機的性能，同時兼備了液壓機的柔性。能量反饋技術的應用，使伺服電機所需耗能大幅降低。伺服機械壓力機（見圖7）技術具有以下特點：行程可變，在確保拉延質量的同時，通過加快滑塊空行程速度，提高生產效率；行程可變，最大角度確保自動化的運動，實現生產；提高效率，根據不同的自動化配合和應用，伺服壓力機可實現比普通機械壓力機10%～50%的效率提升。單位能耗降低，生產更節能。

圖5 多連桿驅動裝置

多工位傳輸系統

電子式多工位傳輸系統還可以通過伺服電機將每個工作運動分解。通過設計不同的運動軌跡，獲得不同的工作運動模式，以最優化的方式處理各種類型沖壓件生產。多工位傳輸系統需要面對的主要問題就是電氣故障，通常解決的辦法就是給傳輸系統配備一個UPS，給電機、制動器、調節閥等提供電力，這些設備能維持壓力機各機構工作直到壓力機完成一個循環并停機。

圖6 伺服拉延墊

圖7 伺服壓力機

完全模塊化系統，可以多種方式配合壓力機的工作；每個伺服控制系統都有雙編碼器，傳輸系統的傳動軸與壓力機的滑塊保證在曲線圖的任意位置上同步協調；2坐標、3坐標、橫桿、優化橫桿及帶吸墊的3坐標運動都可通過編程得以實現；可獲得很高的速度，如在5100mm工作臺上可實現5種組合的3維運動；對于不同的沖壓件，系統可被輸入了將近一百個不同的優化曲線圖，當系統接到制造新產品的命令時，可以短時間內建立新程序。并且，對于每個沖壓件都可以進行最優化的加工，而且不用一直采用固定循環工作；最多有200種不同模具的數據和調節量將被控制系統全程記憶；軌跡曲線改變完全實現了自動化。對于一套完整的自動系統來講，整個改變過程從第一個動作到最后一個動作只需不到5min時間。

結語

大型機械壓力機與最新電子式多工位壓力機，特別是當下最熱門的伺服驅動壓力機和電子式多工位系統的結合，意味著在沖壓過程中極大提升了生產效率和企業利潤。隨著中國汽車制造業的發展，傳統沖壓生產方式與現代沖壓生產力的矛盾逐漸顯現，沖壓行業對自動化生產方式的需求愈發強烈，多工位沖壓技術正逐漸向中國汽車沖壓行業走來。