沖壓線的規(guī)劃
傳統(tǒng)的沖壓生產(chǎn)形式由人工取放料，生產(chǎn)效率較低，精度較差，勞動(dòng)強(qiáng)度較大且安全性不夠，沖壓產(chǎn)品品質(zhì)受操作者技能和素質(zhì)等因素影響較大。隨著人們生活水平的提高，人們出行對(duì)于汽車的需求量加大，同時(shí)對(duì)汽車質(zhì)量的要求也在不斷提高。伴隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，沖壓自動(dòng)化的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用成了國(guó)內(nèi)外汽車發(fā)展的必由之路。
沖壓自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)的人工作業(yè)到自動(dòng)取放料，雖然不同生產(chǎn)廠商采用的取放料的機(jī)構(gòu)各不相同，但大體可以分為兩類，一種是在壓力機(jī)的縱軸線上安置多自由度搬運(yùn)機(jī)器人，機(jī)械人可以沿壓力機(jī)軸向、縱向移動(dòng)；另一種是在兩臺(tái)壓力機(jī)的立柱前后安置平行機(jī)械手臂，通過(guò)一根橫桿形式的末端端拾器搬運(yùn)零件。
本文以某產(chǎn)品的全鋁車身外覆蓋件生產(chǎn)線為例，介紹了生產(chǎn)節(jié)拍為10spm，由單臂機(jī)械手/ 七軸機(jī)器人+ 伺服壓力機(jī)+ 機(jī)械壓力機(jī)組成的伺服機(jī)械混合自動(dòng)沖壓線的規(guī)劃及應(yīng)用。
壓力機(jī)的選擇
從成本、性能、節(jié)能環(huán)保等幾個(gè)方面，對(duì)壓力機(jī)采用機(jī)械壓力機(jī)或伺服壓力機(jī)進(jìn)行對(duì)比分析，并做出選擇。
成本
同噸位的伺服壓力機(jī)比機(jī)械壓力機(jī)成本要高出40% ～ 50%，在項(xiàng)目開(kāi)展前期的預(yù)算中必須先對(duì)這部分增加的成本有所準(zhǔn)備，若預(yù)算不足，則無(wú)法開(kāi)展比對(duì)。
性能
⑴軌跡柔性化和產(chǎn)品成形效果。
伺服壓力機(jī)加工工藝軌跡柔性可控，可針對(duì)不同板材設(shè)置最佳成形速度，以改善零件沖壓成形質(zhì)量。伺服壓力機(jī)可為不同產(chǎn)品單獨(dú)設(shè)定最佳的滑塊運(yùn)動(dòng)曲線和成形速度，從而提高零件的成形效果，降低廢品率。
由飛輪提供加工能量的傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)，當(dāng)降低滑塊速度以滿足沖壓工藝要求時(shí)，可能出現(xiàn)因能量不足而導(dǎo)致沖壓加工無(wú)法完成的問(wèn)題。
金屬材料有一個(gè)最為重要的特性，那就是其塑性變形與造成塑性變形的加載方式及速度有密切關(guān)系，圖1 給出了同一種材料在不同加載速率的情況下，塑性變形的不同；這意味著加載速率及軌跡對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量與材料本身有著重要的影響。
⑵工藝適應(yīng)性。
伺服壓力機(jī)具備與液壓機(jī)相同的下死點(diǎn)保壓功能，滑塊處于下死點(diǎn)時(shí)可滿負(fù)荷輸出，起保壓作用，能夠有效抑制零件的回彈缺陷，傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)必須經(jīng)過(guò)整周旋轉(zhuǎn)才能完成沖壓過(guò)程，在下死點(diǎn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)保壓功能。
伺服壓力機(jī)具有下死點(diǎn)保壓、二次沖壓和擺動(dòng)沖壓等多種功能，提高了伺服壓力機(jī)的工作性能和工藝適應(yīng)性，而傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)由于采用單向傳動(dòng)方式，不具備這些功能。
⑶同步性的實(shí)現(xiàn)。
伺服壓力機(jī)滑塊速度可控，便于實(shí)現(xiàn)與傳輸線同步控制，極大地提高了沖壓生產(chǎn)節(jié)拍。也大大促進(jìn)了沖壓自動(dòng)化同步線的實(shí)現(xiàn)。伺服壓力機(jī)的滑塊行程可調(diào)，即可根據(jù)零件的成形工藝要求，設(shè)置滑塊行程低于其公稱行程值運(yùn)行，從而提高沖壓生產(chǎn)節(jié)拍，而傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)滑塊行程不可調(diào)。
傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)滑塊運(yùn)動(dòng)特性曲線單一，只能通過(guò)調(diào)整行程次數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)與傳輸線的同步，在一定程度上降低了壓力機(jī)的沖壓生產(chǎn)節(jié)拍。
安全環(huán)保
⑴噪聲。
利用伺服壓力機(jī)運(yùn)動(dòng)特性曲線任意可調(diào)的特點(diǎn)，可設(shè)置較低的模具接觸板料速度，一方面防止板料在拉深時(shí)產(chǎn)生波浪形缺陷，另一方面又降低了上下模具接觸速度，能夠減小沖擊噪聲和延長(zhǎng)模具使用壽命。
⑵節(jié)電節(jié)能。
伺服壓力機(jī)的伺服液壓墊具有電力再生功能，液壓墊可節(jié)能60%，液壓油用量為傳統(tǒng)液壓墊的1/10；機(jī)械壓力機(jī)的傳統(tǒng)液壓墊無(wú)電力再生功能，液壓油用量6000L以上。
伺服壓力機(jī)采用電子飛輪和電容進(jìn)行能量管理，降低了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，同時(shí)滑塊在下降、上升減速時(shí)，伺服電機(jī)發(fā)電回饋電網(wǎng)，節(jié)能效果顯著。相同沖壓工況下，能耗是同噸位傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)的40%。
⑶減排。
伺服壓力機(jī)為伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，無(wú)飛輪和離合器，可減少壓縮空氣用量。機(jī)械壓力機(jī)使用大飛輪和離合器，會(huì)消耗大量壓縮空氣。
自動(dòng)化生產(chǎn)線布局
如圖2所示，整條沖壓線由上料小車、拆垛裝置、進(jìn)料皮帶、清洗涂油機(jī)、光學(xué)對(duì)中臺(tái)、1 臺(tái)伺服壓力機(jī)+4 臺(tái)機(jī)械壓力機(jī)、沖壓模具、工序間傳輸裝置及端拾器、出料皮帶、成品檢測(cè)存放區(qū)域等部分組成。
⑴上料小車及拆垛裝置。沖壓自動(dòng)線在線首布置兩臺(tái)上料小車，將剪切堆垛好的坯料安置在上料小車上，上料小車的磁力分張器將板料分開(kāi)為單張，生產(chǎn)過(guò)程中料片切換無(wú)停留。拆垛裝置的功能是將上料小車上的坯料吸取并運(yùn)送到進(jìn)料皮帶上，上料小車移至拆垛機(jī)械手工作位置，拆垛機(jī)械手抓起板料，發(fā)出抓件完成信號(hào)給系統(tǒng)，機(jī)械手沿導(dǎo)軌直線移動(dòng)至磁性皮帶機(jī)上方，檢測(cè)到磁性皮帶機(jī)上無(wú)板料時(shí)，拆垛機(jī)械手下降，將板料放置在皮帶機(jī)上，發(fā)出工作完成信號(hào)，進(jìn)入下一循環(huán)。
⑵進(jìn)料皮帶、清洗涂油機(jī)及光學(xué)對(duì)中臺(tái)。進(jìn)料皮帶輸送坯料通過(guò)清洗機(jī)、涂油機(jī)送到光學(xué)對(duì)中臺(tái)。本沖壓自動(dòng)線采用光學(xué)對(duì)中臺(tái)（視覺(jué)對(duì)中臺(tái)），利用拍照獲得的板料位置圖像經(jīng)視頻軟件處理后，自動(dòng)調(diào)整上料機(jī)械手/ 機(jī)器人的軌跡，從而滿足最終將板料精確放入模具內(nèi)的要求。
⑶工序間傳輸裝置及端拾器。工序間傳輸裝置采用七軸機(jī)器人傳輸工件，代替人工將坯料從對(duì)中臺(tái)開(kāi)始，在每臺(tái)壓力機(jī)之間傳輸，得到最終的沖壓件成品。端拾器的功能是配合傳輸裝置完成沖壓件的抓取，端拾器與模具一一對(duì)應(yīng)。
伺服機(jī)械混合自動(dòng)沖壓線生產(chǎn)驗(yàn)證
翼子板屬于外覆蓋件，屬于汽車的“臉面”，所以產(chǎn)品表面質(zhì)量要求比較嚴(yán)格，不允許有起皺、破裂、圓角部位的滑移線等缺陷，同時(shí)要滿足剛度要求，產(chǎn)品表面拉深變薄率要大于3%。在普通機(jī)械壓機(jī)上很難滿足成形質(zhì)量要求，為此，我們對(duì)翼子板進(jìn)行伺服拉深成形并且驗(yàn)證沖壓成形性，圖3 為拉深成形過(guò)程中的理論和實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)論主要有以下三點(diǎn)：
⑴在材料等級(jí)不變的條件下，翼子板的成形的理論實(shí)驗(yàn)減薄率和伺服驗(yàn)證結(jié)論相符合，滿足成形要求。
⑵在成形條件相同的情況下，翼子板的成形起皺缺陷和伺服驗(yàn)證結(jié)論相符合，滿足成形要求。
⑶在成形條件相同的情況下，翼子板在伺服壓力機(jī)上調(diào)試驗(yàn)證結(jié)果顯示，產(chǎn)品面均沒(méi)有起皺、破裂缺陷，同時(shí)滿足成形剛度要求。
結(jié)束語(yǔ)
在滿足成本要求的情況下，使用一條伺服機(jī)械混合自動(dòng)化生產(chǎn)線，比傳統(tǒng)手工線、傳統(tǒng)機(jī)械生產(chǎn)線，能得到更高質(zhì)量的產(chǎn)品。采用伺服壓力機(jī)進(jìn)行汽車覆蓋件拉深成形，根據(jù)拉深成形工藝要求，計(jì)算出最佳拉深工藝軌跡，并與上下料傳輸機(jī)構(gòu)聯(lián)線控制，實(shí)現(xiàn)汽車覆蓋件的柔性化沖壓成形，既能夠改善零件的沖壓成形質(zhì)量，又能夠提高沖壓生產(chǎn)節(jié)拍。
