吉利控股：伺服冲压自动化生产工艺与装备

当前一些国内企业生产效率和经济效益低下，与一些发达国家相比，普遍存在着消耗大、成本高、效率低等问题。通过分析伺服冲压自动化线的生产工艺及装置，与传统手工冲压线进行比较，在产品质量、生产节拍、节能等方面体现出明显优势。该冲压方式亦为未来冲压自动化线发展的方向。

随着汽车工业的发展和进步，各汽车厂家对提高生产效率、材料利用率和产品质量等方面的需求越来越迫切，冲压自动化线在汽车行业中的应用快速提高，为提高生产效率、降低成本和质量提升带来直接的经济效益。

目前冲压车间多为手工生产线，生产效率低，工人劳动强度高，冲压件表面质量低，已经不能满足生产需求。

伺服冲压自动化生产线是由伺服压力机和自动化输送系统组成。现有的冲压生产线，匹配的压力机主要是多连杆机械压力机，虽然实现了冲压自动化生产，但是还没有解决对高品质、高节拍、低成本生产的需求，而伺服冲压自动化生产线的诞生即可解决上述难题，为未来汽车厂规划冲压线的主流方向。

生产工艺及装置

拆垛

为冲压自动化生产线首道工序，由拆垛小车和拆垛机器人组成，采用行车或叉车将需要生产的板料转运至拆垛小车上，进行定位，由拆垛小车上的磁力分张器将板料分开，然后再通过拆垛机器人将板料放到上料皮带机上，实现板料拆垛工序。如图 1 所示为拆垛机器人示意图。



图1　拆垛系统

清洗

输送设备皮带机将拆垛机器人抓来的板料输送到清洗涂油设备处，经过清洗机除去板料表面的灰尘油污，达到生产所需清洁度要求，目前主机厂主流清洗机为德国 SMT 清洗机，如图 2 所示。



图 2 德国SMT清洗机


涂油

经过清洗后的板料由涂油设备喷涂一层薄的油膜，可选择单面、双面或不喷等方式，喷涂油膜面积可调，板料表面附着油膜有利于冲压件成型，防止拉裂，提高产品质量，目前主机厂主流清洗机为德国SMT 涂油机，如图 3 所示。



图 3　德国SMT涂油机

对中

对中系统一般分为机械对中和视觉对中两大类，目前大部分主机厂采用视觉对中较多，此处特指视觉对中系统。通过清洗涂油后的板料，被输送至对 中系统正下方的过渡皮带机上，通过拍照将板料的位置信息传输给上料机器人，机器人通过调整抓取位置，顺利抓取板料，从而实现板料对中。对中系统如图 4 所示。



图4　对中系统

成形

上料机器人抓取板料放置在首台伺服压力机上进行拉延，并通过调整伺服控制系统使伺服压力机在任意位置停止，增加保压时间，得到所需形状的首序成形件，然后通过传输机器人抓取板料进行压力机间的板料输送；经过后序伺服压力机完成拉延、切边、冲孔、翻边整形等工序后得到所需要的冲压件。

伺服压力机数量根据生产模具工序数设定，一般按照 4 台或 5 台考虑，首台伺服压力机吨位可选为 2500t，完成拉延工序， 后序压机吨位一般为1000t，完成切边、冲孔、翻边整形等工序。伺服压力机采用伺服电机控制，直接驱动连杆机构，带动滑块上下往复直线运动，由于伺服电机的特点，滑块可以在任意位置停止，工件成形保压时间可控，同时匹配数控拉伸垫，压边力可调，能生产高品质冲压件。伺服压力机如图 5 所示。



图 5　伺服压机

上下料及传输

与传统机械压力机自动化输送线相比较，自动化部分基本类似，上下料机构基本上都采用六轴机器人较多，满足设定的最大生产节拍上下料需求即可。压力机间的板料传输，涉及到取件角度、压力机行程以及压力机自动化匹配信息等诸多因素，通常采用机械手或直线七轴[3]机器人设备，本文涉及内容主要是指七轴机器人，基本上可以满足绝大多数国

内主机厂生产及后期节拍提升需求；对于高速冲压线需要采用单臂或者双臂机械手才能实现其所需生产节拍。六轴机器人如图 6 所示，七轴机器人如图 7 所示。



图6　六轴机器人



图7　七轴机器人

下料输送、检验

下料输送一般采用两条并行的皮带机进行，下料机器人将成品件抓取放置在皮带机上，皮带机输送至人工装箱处，输送过程中及装箱前对成品件进行人工检验，合格品直接装入工位器具，不合格品转入返修区进行修理。皮带机如图 8 所示。



图8　皮带机

小结

由叉车或行车将板料运送到上料小车上，上料小车启动运送到指定位置，拆垛机器人开始工作，将板料放到输送设备上，经过清洗机除去板料表面的灰尘油污，然后使用涂油设备喷涂上一层很薄的油膜，板料经过视觉对中设备，拍照将板料位置尺寸信息输送给上料机器人，通过整线控制系统调整上料机器人抓件角度抓取板料。上料机器人抓取板料放置在首台 2500t 伺服压力机上进行拉延工序，可以通过调整伺服控制系统使伺服压力机在任意位置停止，增加保压时间，得到所需形状的首序成形件，然后再通过传输机器人抓取板料进行压力机间的板料输送，经过后序 3 台或 4 台 1000t 压力机完成拉延、切边、冲孔、翻边整形等工序后得到所需要的冲压件，最后通过下料机器人将成品冲压件放置到光检带上，由工人检验，合格产品放置到工位器具上，由叉车转运到冲压件库存储，不合格产品进入返修区， 维修合格后再入库。

伺服压力机特点

数字伺服系统因其响应速度极快、精度极高且控制灵活方便而得到广泛关注。生产中只要通过PLC 修改伺服控制系统中伺服驱动器的位置和速度命令值就可方便地调整伺服压力机的运动曲线轨迹。

与机械压力机相比主要特点如下：

①无需离合器 / 制动器；
②无需飞轮、无需飞轮制动器；
③无需驱动皮带；
④无需滑块平衡器；
⑤结构简单，维护便利；
⑥运动曲线轨迹可调，生产效率高；
⑦能耗低；
⑧冲压件表面质量高。

伺服冲压线优势

伺服冲压自动化线相比传统手工机械线有巨大优势，主要体现在以下几方面：

①伺服压力机可在任意位置停止，保压时间长，冲压件成形性好，产品品质好；
②伺服压力机具备能量回收功能，冲压线能耗低；
③线首无人工涂油、手工上料等工序；
④板料传输无需通过皮带机输送，通过倒挂机器人实现线性传输；
⑤板料传输过程中相互间不会接触， 避免板料表面磕碰的发生；
⑥大大减轻劳动强度， 上下料不用人工搬运；
⑦伺服冲压线人员投入少， 人工成本低。

结语

结合目前汽车行业发展趋势，新材料、高强钢、新工艺不断得到应用，这就要求冲压线设备不断改进发展，以适应汽车行业发展的新的需求。而伺服冲压线的运用就可解决上述新产品成形需求，满足对产品质量及产能、安全环保等的要求。

节选于《锻压装备与制造技术》
作者：吉利控股集团有限公司　戴绍祥、孙立岩