伺服沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線技術(shù)及優(yōu)勢(shì)
當(dāng)前一些國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益低下，與一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比，普遍存在著消耗大、成本高、效率低等問題。通過分析伺服沖壓自動(dòng)化線的生產(chǎn)工藝及裝置，與傳統(tǒng)手工沖壓線進(jìn)行比較，在產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)節(jié)拍、節(jié)能等方面體現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)。該沖壓方式亦為未來沖壓自動(dòng)化線發(fā)展的方向。
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，各汽車廠家對(duì)提高生產(chǎn)效率、材料利用率和產(chǎn)品質(zhì)量等方面的需求越來越迫切，沖壓自動(dòng)化線在汽車行業(yè)中的應(yīng)用快速提高，為提高生產(chǎn)效率、降低成本和質(zhì)量提升帶來直接的經(jīng)濟(jì)效益。
目前沖壓車間多為手工生產(chǎn)線，生產(chǎn)效率低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度高，沖壓件表面質(zhì)量低，已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需求。
伺服沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線是由伺服壓力機(jī)和自動(dòng)化輸送系統(tǒng)組成。
現(xiàn)有的沖壓生產(chǎn)線，匹配的壓力機(jī)主要是多連桿機(jī)械壓力機(jī)，雖然實(shí)現(xiàn)了沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)，但是還沒有解決對(duì)高品質(zhì)、高節(jié)拍、低成本生產(chǎn)的需求，而伺服沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的誕生即可解決上述難題，為未來汽車廠規(guī)劃沖壓線的主流方向。
生產(chǎn)工藝及裝置
拆垛
為沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線首道工序，由拆垛小車和拆垛機(jī)器人組成，采用行車或叉車將需要生產(chǎn)的板料轉(zhuǎn)運(yùn)至拆垛小車上，進(jìn)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(jī)器人將板料放到上料皮帶機(jī)上，實(shí)現(xiàn)板料拆垛工序。如圖1所示為拆垛機(jī)器人示意圖。
圖1拆垛系統(tǒng)
清洗
輸送設(shè)備皮帶機(jī)將拆垛機(jī)器人抓來的板料輸送到清洗涂油設(shè)備處，經(jīng)過清洗機(jī)除去板料表面的灰塵油污，達(dá)到生產(chǎn)所需清潔度要求，目前主機(jī)廠主流清洗機(jī)為德國(guó)SMT清洗機(jī)，如圖2所示。
圖2德國(guó)SMT清洗機(jī)
涂油
經(jīng)過清洗后的板料由涂油設(shè)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(diào)，板料表面附著油膜有利于沖壓件成型，防止拉裂，提高產(chǎn)品質(zhì)量，目前主機(jī)廠主流清洗機(jī)為德國(guó)SMT涂油機(jī)，如圖3所示。
圖3德國(guó)SMT涂油機(jī)
對(duì)中
對(duì)中系統(tǒng)一般分為機(jī)械對(duì)中和視覺對(duì)中兩大類，目前大部分主機(jī)廠采用視覺對(duì)中較多，此處特指視覺對(duì)中系統(tǒng)。通過清洗涂油后的板料，被輸送至對(duì)中系統(tǒng)正下方的過渡皮帶機(jī)上，通過拍照將板料的位置信息傳輸給上料機(jī)器人，機(jī)器人通過調(diào)整抓取位置，順利抓取板料，從而實(shí)現(xiàn)板料對(duì)中。對(duì)中系統(tǒng)如圖4所示。
圖4對(duì)中系統(tǒng)
成形
上料機(jī)器人抓取板料放置在首臺(tái)伺服壓力機(jī)上進(jìn)行拉延，并通過調(diào)整伺服控制系統(tǒng)使伺服壓力機(jī)在任意位置停止，增加保壓時(shí)間，得到所需形狀的首序成形件，然后通過傳輸機(jī)器人抓取板料進(jìn)行壓力機(jī)間的板料輸送；經(jīng)過后序伺服壓力機(jī)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(jī)數(shù)量根據(jù)生產(chǎn)模具工序數(shù)設(shè)定，一般按照4臺(tái)或5臺(tái)考慮，首臺(tái)伺服壓力機(jī)噸位可選為2500t，完成拉延工序，后序壓機(jī)噸位一般為1000t，完成切邊、沖孔、翻邊整形等工序。伺服壓力機(jī)采用伺服電機(jī)控制，直接驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)滑塊上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，由于伺服電機(jī)的特點(diǎn)，滑塊可以在任意位置停止，工件成形保壓時(shí)間可控，同時(shí)匹配數(shù)控拉伸墊，壓邊力可調(diào)，能生產(chǎn)高品質(zhì)沖壓件。伺服壓力機(jī)如圖5所示。
圖5伺服壓機(jī)
上下料及傳輸
與傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)自動(dòng)化輸送線相比較，自動(dòng)化部分基本類似，上下料機(jī)構(gòu)基本上都采用六軸機(jī)器人較多，滿足設(shè)定的最大生產(chǎn)節(jié)拍上下料需求即可。壓力機(jī)間的板料傳輸，涉及到取件角度、壓力機(jī)行程以及壓力機(jī)自動(dòng)化匹配信息等諸多因素，通常采用機(jī)械手或直線七軸[3]機(jī)器人設(shè)備，本文涉及內(nèi)容主要是指七軸機(jī)器人，基本上可以滿足絕大多數(shù)國(guó)內(nèi)主機(jī)廠生產(chǎn)及后期節(jié)拍提升需求；對(duì)于高速?zèng)_壓線需要采用單臂或者雙臂機(jī)械手才能實(shí)現(xiàn)其所需生產(chǎn)節(jié)拍。六軸機(jī)器人如圖6所示，七軸機(jī)器人如圖7所示。
圖6六軸機(jī)器人
圖7七軸機(jī)器人
下料輸送、檢驗(yàn)
下料輸送一般采用兩條并行的皮帶機(jī)進(jìn)行，下料機(jī)器人將成品件抓取放置在皮帶機(jī)上，皮帶機(jī)輸送至人工裝箱處，輸送過程中及裝箱前對(duì)成品件進(jìn)行人工檢驗(yàn)，合格品直接裝入工位器具，不合格品轉(zhuǎn)入返修區(qū)進(jìn)行修理。皮帶機(jī)如圖8所示。
圖8皮帶機(jī)
小結(jié)
由叉車或行車將板料運(yùn)送到上料小車上，上料小車啟動(dòng)運(yùn)送到指定位置，拆垛機(jī)器人開始工作，將板料放到輸送設(shè)備上，經(jīng)過清洗機(jī)除去板料表面的灰塵油污，然后使用涂油設(shè)備噴涂上一層很薄的油膜，板料經(jīng)過視覺對(duì)中設(shè)備，拍照將板料位置尺寸信息輸送給上料機(jī)器人，通過整線控制系統(tǒng)調(diào)整上料機(jī)器人抓件角度抓取板料。上料機(jī)器人抓取板料放置在首臺(tái)2500t伺服壓力機(jī)上進(jìn)行拉延工序，可以通過調(diào)整伺服控制系統(tǒng)使伺服壓力機(jī)在任意位置停止，增加保壓時(shí)間，得到所需形狀的首序成形件，然后再通過傳輸機(jī)器人抓取板料進(jìn)行壓力機(jī)間的板料輸送，經(jīng)過后序3臺(tái)或4臺(tái)1000t壓力機(jī)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(jī)器人將成品沖壓件放置到光檢帶上，由工人檢驗(yàn)，合格產(chǎn)品放置到工位器具上，由叉車轉(zhuǎn)運(yùn)到?jīng)_壓件庫(kù)存儲(chǔ)，不合格產(chǎn)品進(jìn)入返修區(qū)，維修合格后再入庫(kù)。
伺服壓力機(jī)特點(diǎn)
數(shù)字伺服系統(tǒng)因其響應(yīng)速度極快、精度極高且控制靈活方便而得到廣泛關(guān)注。生產(chǎn)中只要通過PLC修改伺服控制系統(tǒng)中伺服驅(qū)動(dòng)器的位置和速度命令值就可方便地調(diào)整伺服壓力機(jī)的運(yùn)動(dòng)曲線軌跡。
與機(jī)械壓力機(jī)相比主要特點(diǎn)如下：
①無需離合器/制動(dòng)器；
②無需飛輪、無需飛輪制動(dòng)器；
③無需驅(qū)動(dòng)皮帶；
④無需滑塊平衡器；
⑤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)便利；
⑥運(yùn)動(dòng)曲線軌跡可調(diào)，生產(chǎn)效率高；
⑦能耗低；
⑧沖壓件表面質(zhì)量高。
伺服沖壓線優(yōu)勢(shì)
伺服沖壓自動(dòng)化線相比傳統(tǒng)手工機(jī)械線有巨大優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下幾方面：
①伺服壓力機(jī)可在任意位置停止，保壓時(shí)間長(zhǎng)，沖壓件成形性好，產(chǎn)品品質(zhì)好；
②伺服壓力機(jī)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(jī)輸送，通過倒掛機(jī)器人實(shí)現(xiàn)線性傳輸；
⑤板料傳輸過程中相互間不會(huì)接觸，避免板料表面磕碰的發(fā)生；
⑥大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，上下料不用人工搬運(yùn)；
⑦伺服沖壓線人員投入少，人工成本低。
結(jié)語(yǔ)
結(jié)合目前汽車行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，新材料、高強(qiáng)鋼、新工藝不斷得到應(yīng)用，這就要求沖壓線設(shè)備不斷改進(jìn)發(fā)展，以適應(yīng)汽車行業(yè)發(fā)展的新的需求。而伺服沖壓線的運(yùn)用就可解決上述新產(chǎn)品成形需求，滿足對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)能、安全環(huán)保等的要求。
