伺服沖壓自動化生產工藝及裝置淺析

戴紹祥，孫立巖

（吉利控股集團有限公司，浙江 杭州 310000）

隨著汽車工業的發展和進步，各汽車廠家對提高生產效率[1]、材料利用率和產品質量等方面的需求越來越迫切，沖壓自動化線在汽車行業中的應用快速提高，為提高生產效率、降低成本和質量提升帶來直接的經濟效益。

目前沖壓車間多為手工生產線，生產效率低，工人勞動強度高，沖壓件表面質量低，已經不能滿足生產需求。

伺服沖壓自動化生產線是由伺服壓力機和自動化輸送系統組成?，F有的沖壓生產線，匹配的壓力機主要是多連桿機械壓力機，雖然實現了沖壓自動化生產，但是還沒有解決對高品質、高節拍、低成本生產的需求，而伺服沖壓自動化生產線的誕生即可解決上述難題，為未來汽車廠規劃沖壓線的主流方向。

1 生產工藝及裝置

1.1 拆垛

為沖壓自動化生產線首道工序，由拆垛小車和拆垛機器人組成，采用行車或叉車將需要生產的板料轉運至拆垛小車上，進行定位，由拆垛小車上的磁力分張器將板料分開，然后再通過拆垛機器人將板料放到上料皮帶機上，實現板料拆垛工序。如圖1所示為拆垛機器人示意圖。

圖1 拆垛系統

1.2 清洗

輸送設備皮帶機將拆垛機器人抓來的板料輸送到清洗涂油設備處，經過清洗機除去板料表面的灰塵油污，達到生產所需清潔度要求，目前主機廠主流清洗機為德國SMT清洗機，如圖2所示。

圖2 德國SMT清洗機

1.3 涂油

經過清洗后的板料由涂油設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，板料表面附著油膜有利于沖壓件成型，防止拉裂，提高產品質量，目前主機廠主流清洗機為德國SMT涂油機，如圖3所示。

圖3 德國SMT涂油機

1.4 對中

對中系統一般分為機械對中和視覺對中兩大類，目前大部分主機廠采用視覺對中較多，此處特指視覺對中系統。通過清洗涂油后的板料，被輸送至對中系統正下方的過渡皮帶機上，通過拍照將板料的位置信息傳輸給上料機器人，機器人通過調整抓取位置，順利抓取板料，從而實現板料對中。對中系統如圖4所示。

圖4 對中系統

1.5 成形

上料機器人抓取板料放置在首臺伺服壓力機上進行拉延，并通過調整伺服控制系統使伺服壓力機在任意位置停止，增加保壓時間，得到所需形狀的首序成形件，然后通過傳輸機器人抓取板料進行壓力機間的板料輸送；經過后序伺服壓力機完成拉延、切邊、沖孔、翻邊整形等工序后得到所需要的沖壓件。

伺服壓力機數量根據生產模具工序數設定，一般按照4臺或5臺考慮，首臺伺服壓力機噸位可選為2500t，完成拉延工序，后序壓機噸位一般為1000t，完成切邊、沖孔、翻邊整形等工序。伺服壓力機采用伺服電機控制，直接驅動連桿機構，帶動滑塊上下往復直線運動，由于伺服電機的特點，滑塊可以在任意位置停止，工件成形保壓時間可控，同時匹配數控拉伸墊，壓邊力可調，能生產高品質沖壓件。伺服壓力機如圖5所示。

圖5 伺服壓力機

1.6 上下料及傳輸

與傳統機械壓力機自動化輸送線相比較，自動化部分基本類似，上下料機構基本上都采用六軸機器人較多，滿足設定的最大生產節拍上下料需求即可。壓力機間的板料傳輸，涉及到取件角度、壓力機行程以及壓力機自動化匹配信息等諸多因素，通常采用機械手或直線七軸[3]機器人設備，本文涉及內容主要是指七軸機器人，基本上可以滿足絕大多數國內主機廠生產及后期節拍提升需求；對于高速沖壓線需要采用單臂或者雙臂機械手才能實現其所需生產節拍。六軸機器人如圖6所示，七軸機器人如圖7所示。

圖6 六軸機器人

圖7 七軸機器人

1.7 下料輸送、檢驗

下料輸送一般采用兩條并行的皮帶機進行，下料機器人將成品件抓取放置在皮帶機上，皮帶機輸送至人工裝箱處，輸送過程中及裝箱前對成品件進行人工檢驗，合格品直接裝入工位器具，不合格品轉入返修區進行修理。皮帶機如圖8所示。

圖8 皮帶機

1.8 小結

由叉車或行車將板料運送到上料小車上，上料小車啟動運送到指定位置，拆垛機器人開始工作，將板料放到輸送設備上，經過清洗機除去板料表面的灰塵油污，然后使用涂油設備噴涂上一層很薄的油膜，板料經過視覺對中設備，拍照將板料位置尺寸信息輸送給上料機器人，通過整線控制系統調整上料機器人抓件角度抓取板料。上料機器人抓取板料放置在首臺2500t伺服壓力機上進行拉延工序，可以通過調整伺服控制系統使伺服壓力機在任意位置停止，增加保壓時間，得到所需形狀的首序成形件，然后再通過傳輸機器人抓取板料進行壓力機間的板料輸送，經過后序3臺或4臺1000t壓力機完成拉延、切邊、沖孔、翻邊整形等工序后得到所需要的沖壓件，最后通過下料機器人將成品沖壓件放置到光檢帶上，由工人檢驗，合格產品放置到工位器具上，由叉車轉運到沖壓件庫存儲，不合格產品進入返修區，維修合格后再入庫。

2 伺服壓力機特點

數字伺服系統因其響應速度極快、精度極高且控制靈活方便而得到廣泛關注。生產中只要通過PLC修改伺服控制系統中伺服驅動器的位置和速度命令值就可方便地調整伺服壓力機的運動曲線軌跡。

與機械壓力機相比主要特點如下：①無需離合器/制動器；②無需飛輪、無需飛輪制動器；③無需驅動皮帶；④無需滑塊平衡器；⑤結構簡單，維護便利；⑥運動曲線軌跡可調，生產效率高；⑦能耗低；⑧沖壓件表面質量高。

3 伺服沖壓線優勢

伺服沖壓自動化線相比傳統手工機械線有巨大優勢，主要體現在以下幾方面：①伺服壓力機可在任意位置停止，保壓時間長，沖壓件成形性好，產品品質好；②伺服壓力機具備能量回收功能，沖壓線能耗低；③線首無人工涂油、手工上料等工序；④板料傳輸無需通過皮帶機輸送，通過倒掛機器人實現線性傳輸；⑤板料傳輸過程中相互間不會接觸，避免板料表面磕碰的發生；⑥大大減輕勞動強度，上下料不用人工搬運；⑦伺服沖壓線人員投入少，人工成本低。

4 結語

結合目前汽車行業發展趨勢，新材料、高強鋼、新工藝不斷得到應用，這就要求沖壓線設備不斷改進發展，以適應汽車行業發展的新的需求。而伺服沖壓線的運用就可解決上述新產品成形需求，滿足對產品質量及產能、安全環保等的要求。

[1] 王 兵，羅佑軍.中國區域工業生產效率、環境治理效率與綜合效率實證研究--基于RAM網絡DEA模型的分析[J].世界經濟文匯，2015，（2）.

[2] 謝滿垣.伺服壓力機與傳統壓力機的對比及其優勢[J].機電工程技術，2012，（8）.

[3] 楊琴琴，朱亦晨，徐 強，等.基于靜態試驗的直線七軸接合部剛度優化研究[J].科技創新導報，2014，（10）.