文/馬海源·一重集團(tuán)天津重工有限公司

汽車沖壓線市場(chǎng)現(xiàn)狀及對(duì)比

伴隨著中國(guó)汽車市場(chǎng)的成熟與擴(kuò)大，汽車行業(yè)發(fā)展迅速，車型研發(fā)周期縮短、車型迭代加快直接促使了汽車制造企業(yè)必須改進(jìn)傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)、提高生產(chǎn)效率。利用信息化技術(shù)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)變革是現(xiàn)代汽車制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在汽車生產(chǎn)制造的沖(沖壓)、焊(焊接)、涂(涂裝)、總(總裝)四大生產(chǎn)工藝當(dāng)中，沖壓工序直接影響著整個(gè)四大工藝的生產(chǎn)效率。

沖壓生產(chǎn)線作為沖壓車間的主要設(shè)備直接影響著沖壓車間的生產(chǎn)效率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在沖壓生產(chǎn)中，僅有不足20%的時(shí)間真正用于板料的沖壓，其余時(shí)間則主要用于板料的搬運(yùn)與準(zhǔn)備。經(jīng)過近十年的黃金發(fā)展期，目前國(guó)內(nèi)主流汽車廠家基本已完成了自手工沖壓線到自動(dòng)化沖壓線的過渡，單純依靠人力搬運(yùn)的手工沖壓生產(chǎn)線或被淘汰或被改造成依靠機(jī)器人/機(jī)械手搬運(yùn)的自動(dòng)化沖壓線。

從手工線到自動(dòng)化線的變革，不僅有效提高了生產(chǎn)效率，而且從根本上降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，大幅降低了人身安全事故率。但目前，在我國(guó)機(jī)器人自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線中，機(jī)器人與壓力機(jī)的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系多為斷續(xù)模式（即靜態(tài)配合方式）。在此生產(chǎn)模式下，壓力機(jī)滑塊須在上死點(diǎn)位置停止，等待機(jī)器人完成上/下料動(dòng)作后方能繼續(xù)運(yùn)動(dòng)進(jìn)而完成一個(gè)完整沖次。

圖2 展示的是某自動(dòng)化沖壓線項(xiàng)目1#壓機(jī)的連續(xù)運(yùn)行模式下機(jī)械手運(yùn)行軌跡(垂直0 點(diǎn)上部藍(lán)色及綠色曲線)及壓機(jī)滑塊相對(duì)機(jī)械手的運(yùn)行軌跡(垂直0 點(diǎn)下部紅色及紫色曲線)，圖3 展示的是相同設(shè)備條件下斷續(xù)運(yùn)行模式狀態(tài)的移動(dòng)軌跡。

單純對(duì)比兩圖水平0 點(diǎn)左側(cè)的上料軌跡（即藍(lán)色和紅色曲線），可見在上料機(jī)械手運(yùn)行軌跡完全相同的情況下，滑塊相對(duì)運(yùn)行軌跡在連續(xù)/斷續(xù)兩種不同模式下呈現(xiàn)了完全不同的運(yùn)行軌跡。即連續(xù)模式下滑塊保持了同機(jī)械手的跟隨運(yùn)行，期間并未停止等待機(jī)械手。此時(shí)生產(chǎn)節(jié)拍與壓機(jī)運(yùn)行節(jié)拍一致，均為12 次/分。

表1 某自動(dòng)化沖壓線連續(xù)/斷續(xù)生產(chǎn)節(jié)拍實(shí)測(cè)

反觀斷續(xù)模式，為了避免滑塊與機(jī)械手發(fā)生碰撞事故，壓力機(jī)必須等待機(jī)械手安全進(jìn)入壓機(jī)內(nèi)部（紅色曲線平直部分）后才開始運(yùn)動(dòng)，此時(shí)壓機(jī)生產(chǎn)節(jié)拍為12 次/分，但由于壓力機(jī)運(yùn)行的等待現(xiàn)象，實(shí)際生產(chǎn)節(jié)拍僅為10 次/分。

以往采用斷續(xù)生產(chǎn)模式，主要是受限于同步控制的不完善而向安全生產(chǎn)所做出的妥協(xié)。而這樣的結(jié)果不僅大大降低了沖壓的生產(chǎn)效率，也成倍增加了壓力機(jī)離合器的工作負(fù)擔(dān)，甚至縮短了設(shè)備使用壽命。

連續(xù)自動(dòng)化沖壓線的原理

近年來(lái)，迫于進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率的現(xiàn)實(shí)需要以及PLC 邏輯可編程控制技術(shù)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的沖壓線制造商及集成商開始著手研發(fā)與推廣具有連續(xù)生產(chǎn)模式的自動(dòng)化沖壓線。

對(duì)比傳統(tǒng)的斷續(xù)模式生產(chǎn)線，連續(xù)模式生產(chǎn)線通過加裝同步控制器用以改善各壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的同步協(xié)調(diào)性，通過機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器提取的各機(jī)器人位置信號(hào)與壓機(jī)行程編碼器、位置傳感器等檢測(cè)出的壓機(jī)位置信號(hào)，進(jìn)行分析對(duì)比實(shí)現(xiàn)硬件上的同步控制可行性。在此基礎(chǔ)上，通過寫入壓機(jī)間相位差控制程序及機(jī)器人與壓機(jī)間同步控制程序及安全距離互鎖程序，則徹底解決了在控制層面確保壓機(jī)及機(jī)器人連續(xù)安全運(yùn)動(dòng)不停止的難題。某自動(dòng)化沖壓線連續(xù)/斷續(xù)生產(chǎn)節(jié)拍實(shí)測(cè)見表1。

連續(xù)自動(dòng)化沖壓線的優(yōu)勢(shì)

連續(xù)模式自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線不僅具有上述高生產(chǎn)效率的特殊優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還因其本身的控制方式具備以下特點(diǎn)。

⑴成形工藝性更好，有效提升成品率。沖壓線采用連續(xù)模式時(shí)，壓力機(jī)運(yùn)動(dòng)節(jié)拍就是生產(chǎn)節(jié)拍。例如：以保證生產(chǎn)節(jié)拍12 次/分為例，斷續(xù)模式時(shí)由于滑塊要在上死點(diǎn)位置停止，該情況下壓機(jī)運(yùn)動(dòng)節(jié)拍往往要達(dá)到18 次/分。而采用連續(xù)模式時(shí)壓力機(jī)運(yùn)動(dòng)節(jié)拍只要達(dá)到12 次/分，即可確保12 次/分的生產(chǎn)節(jié)拍，如圖2 所示。相同生產(chǎn)節(jié)拍下，沖壓速度連續(xù)模式僅是斷續(xù)模式的0.67，單次拉伸時(shí)間的延長(zhǎng)可有效提升沖壓件產(chǎn)品的一次合格率。

尤其對(duì)于拉延敏感度更高的鋁板而言，受許用拉伸速度限制，如采用傳統(tǒng)鋼板斷續(xù)生產(chǎn)線生產(chǎn)，則有可能出現(xiàn)板件被拉裂的情況。連續(xù)模式由于延長(zhǎng)了拉延時(shí)間、降低了拉伸速度，則有效破解了這一難題。

⑵壓機(jī)運(yùn)動(dòng)速度降低，提高模具使用壽命。由于壓力機(jī)運(yùn)動(dòng)速度降低，上下模具接觸時(shí)的速度和沖擊也相應(yīng)降低，發(fā)熱及磨損隨之減小，可有效提高模具使用壽命，減少修模、試模時(shí)間等生產(chǎn)輔助時(shí)間，有效提高設(shè)備使用效率。圖4 所示的修模及試模時(shí)間占據(jù)了生產(chǎn)中的大部分時(shí)間。

⑶運(yùn)行沖擊小，改善作業(yè)環(huán)境。由于連續(xù)模式下滑塊不在上死點(diǎn)產(chǎn)生停頓，壓機(jī)加/減速變得更加連貫與線性，速度畸變顯著降低，可有效減少齒輪、連桿間的速度沖擊。不僅使得關(guān)鍵傳動(dòng)部件使用壽命提高，更充分降低了沖擊噪聲，生產(chǎn)作業(yè)條件進(jìn)一步改善。上梁內(nèi)的主傳動(dòng)部件如圖5 所示。

⑷離合器動(dòng)作減少、運(yùn)行節(jié)能高效。連續(xù)模式下滑塊動(dòng)作連貫不停止，離合器制動(dòng)器在滑塊處于上死點(diǎn)位置時(shí)不動(dòng)作，避免了斷續(xù)模式下離合器的反復(fù)接合與斷開，既降低了離合制動(dòng)器的工作負(fù)擔(dān)，提高其使用壽命，也充分降低了摩擦熱量的釋放，整機(jī)運(yùn)行更為節(jié)能高效。

⑸重復(fù)定位精度高，上下料動(dòng)作更精準(zhǔn)。采用連續(xù)生產(chǎn)模式后，由于壓機(jī)與機(jī)器人/機(jī)械手均處于連續(xù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，不再有相互的停頓等待動(dòng)作，所以，該運(yùn)行模式下負(fù)責(zé)搬運(yùn)的機(jī)器人/機(jī)械手運(yùn)動(dòng)加/減速幅度同步降低，在提高設(shè)備壽的命同時(shí)，使得設(shè)備重復(fù)定位精度更高，上下料動(dòng)作更精準(zhǔn)。

結(jié)束語(yǔ)

在當(dāng)前提質(zhì)增效的市場(chǎng)背景以及節(jié)能減排的政策背景下，連續(xù)模式的自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線具有工藝成形性好、對(duì)板料可拉伸性要求較低、生產(chǎn)效率高、設(shè)備壽命長(zhǎng)、運(yùn)動(dòng)沖擊小、能耗低、噪聲小等一系列先天優(yōu)勢(shì)。雖然由于同步控制器等軟硬件的引入部分提高了設(shè)備采購(gòu)成本，但相較于連續(xù)模式應(yīng)用后生產(chǎn)效率的提高以及人工、維護(hù)成本降低所帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)效益，該部分增加的成本也就顯得微不足道了。因此目前越來(lái)越多的汽車主機(jī)廠紛紛將連續(xù)自動(dòng)化沖壓線作為采購(gòu)首選。

得益于自動(dòng)化控制技術(shù)的進(jìn)步以及越來(lái)越廣泛的市場(chǎng)需求，一重作為主流自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線供應(yīng)商也在近年來(lái)不斷加大該類產(chǎn)品的研發(fā)力度、更新產(chǎn)品序列，逐步獲得了來(lái)自國(guó)內(nèi)外汽車企業(yè)的接受與認(rèn)可。我們有理由相信，連續(xù)自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線的普及與推廣必將帶動(dòng)汽車制造業(yè)的新一輪革命，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量發(fā)展注入新的力量。