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(tǒng)是工業(yè)革命的產物，實現了規(guī)?；a對作坊式制造的替代

在十九世紀中后期，隨著工業(yè)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(tǒng)”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(tǒng)替換。

機械式傳輸系統(tǒng)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(tǒng)的結合是工業(yè)文明的象征

進入二十世紀末，自動化控制技術的發(fā)展為沖壓技術帶來了新的發(fā)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(tǒng)與機械壓力機的結合，比原先機械式多工位傳輸系統(tǒng)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(tǒng)的組合（見圖1）優(yōu)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(tǒng)由三大部分組成，即拆垛系統(tǒng)、機械壓力機和電子式多工位傳輸系統(tǒng)，經整線PLC系統(tǒng)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(tǒng)。上料系統(tǒng)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(xù)送料不停機；配備送料緩沖區(qū)，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(xù)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(jié)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(tǒng)也會出現固定的正弦曲線。而多連桿驅動系統(tǒng)（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(tǒng)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(fā)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?zhèn)淞艘簤簷C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(jié)能。

圖5 多連桿驅動裝置

多工位傳輸系統(tǒng)

電子式多工位傳輸系統(tǒng)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(yōu)化的方式處理各種類型沖壓件生產。多工位傳輸系統(tǒng)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(tǒng)配備一個UPS，給電機、制動器、調節(jié)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(huán)并停機。

圖6 伺服拉延墊

圖7 伺服壓力機

完全模塊化系統(tǒng)，可以多種方式配合壓力機的工作；每個伺服控制系統(tǒng)都有雙編碼器，傳輸系統(tǒng)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(xié)調；2坐標、3坐標、橫桿、優(yōu)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(tǒng)可被輸入了將近一百個不同的優(yōu)化曲線圖，當系統(tǒng)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(yōu)化的加工，而且不用一直采用固定循環(huán)工作；最多有200種不同模具的數據和調節(jié)量將被控制系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的結合，意味著在沖壓過程中極大提升了生產效率和企業(yè)利潤。隨著中國汽車制造業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)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(yè)對自動化生產方式的需求愈發(fā)強烈，多工位沖壓技術正逐漸向中國汽車沖壓行業(yè)走來。