伴隨著中國汽車市場的成熟與擴(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。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，在沖壓生產(chǎn)中，僅有不足20%的時間真正用于板料的沖壓，其余時間則主要用于板料的搬運與準(zhǔn)備。經(jīng)過近十年的黃金發(fā)展期，目前國內(nèi)主流汽車廠家基本已完成了自手工沖壓線到自動化沖壓線的過渡，單純依靠人力搬運的手工沖壓生產(chǎn)線或被淘汰或被改造成依靠機(jī)器人/機(jī)械手搬運的自動化沖壓線。
從手工線到自動化線的變革，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強(qiáng)度，大幅降低了人身安全事故率。但目前，在我國機(jī)器人自動化沖壓生產(chǎn)線中，機(jī)器人與壓力機(jī)的運動協(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)滑塊須在上死點位置停止，等待機(jī)器人完成上/下料動作后方能繼續(xù)運動進(jìn)而完成一個完整沖次。圖2 展示的是某自動化沖壓線項目1#壓機(jī)的連續(xù)運行模式下機(jī)械手運行軌跡(垂直0 點上部藍(lán)色及綠色曲線)及壓機(jī)滑塊相對機(jī)械手的運行軌跡(垂直0 點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)運行模式狀態(tài)的移動軌跡。單純對比兩圖水平0 點左側(cè)的上料軌跡（即藍(lán)色和紅色曲線），可見在上料機(jī)械手運行軌跡完全相同的情況下，滑塊相對運行軌跡在連續(xù)/斷續(xù)兩種不同模式下呈現(xiàn)了完全不同的運行軌跡。即連續(xù)模式下滑塊保持了同機(jī)械手的跟隨運行，期間并未停止等待機(jī)械手。此時生產(chǎn)節(jié)拍與壓機(jī)運行節(jié)拍一致，均為12 次/分。
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）后才開始運動，此時壓機(jī)生產(chǎn)節(jié)拍為12 次/分，但由于壓力機(jī)運行的等待現(xiàn)象，實際生產(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)自動化沖壓線的原理
近年來，迫于進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率的現(xiàn)實需要以及PLC 邏輯可編程控制技術(shù)的快速發(fā)展，越來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)模式的自動化沖壓線。對比傳統(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)運轉(zhuǎn)時的同步協(xié)調(diào)性，通過機(jī)器人運動控制器提取的各機(jī)器人位置信號與壓機(jī)行程編碼器、位置傳感器等檢測出的壓機(jī)位置信號，進(jìn)行分析對比實現(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)安全運動不停止的難題。某自動化沖壓線連續(xù)/斷續(xù)生產(chǎn)節(jié)拍實測見表1。
連續(xù)自動化沖壓線的優(yōu)勢
連續(xù)模式自動化沖壓生產(chǎn)線不僅具有上述高生產(chǎn)效率的特殊優(yōu)勢，同時還因其本身的控制方式具備以下特點。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，壓力機(jī)運動節(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)模式時由于滑塊要在上死點位置停止，該情況下壓機(jī)運動節(jié)拍往往要達(dá)到18 次/分。而采用連續(xù)模式時壓力機(jī)運動節(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，單次拉伸時間的延長可有效提升沖壓件產(chǎn)品的一次合格率。尤其對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)模式由于延長了拉延時間、降低了拉伸速度，則有效破解了這一難題。⑵壓機(jī)運動速度降低，提高模具使用壽命。由于壓力機(jī)運動速度降低，上下模具接觸時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、試模時間等生產(chǎn)輔助時間，有效提高設(shè)備使用效率。圖4 所示的修模及試模時間占據(jù)了生產(chǎn)中的大部分時間。
⑶運行沖擊小，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)的主傳動部件如圖5 所示。⑷離合器動作減少、運行節(jié)能高效。連續(xù)模式下滑塊動作連貫不停止，離合器制動器在滑塊處于上死點位置時不動作，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)運行更為節(jié)能高效。⑸重復(fù)定位精度高，上下料動作更精準(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)運動狀態(tài)，不再有相互的停頓等待動作，所以，該運行模式下負(fù)責(zé)搬運的機(jī)器人/機(jī)械手運動加/減速幅度同步降低，在提高設(shè)備壽的命同時，使得設(shè)備重復(fù)定位精度更高，上下料動作更精準(zhǔn)。
結(jié)束語
在當(dāng)前提質(zhì)增效的市場背景以及節(jié)能減排的政策背景下，連續(xù)模式的自動化沖壓生產(chǎn)線具有工藝成形性好、對板料可拉伸性要求較低、生產(chǎn)效率高、設(shè)備壽命長、運動沖擊小、能耗低、噪聲小等一系列先天優(yōu)勢。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。因此目前越來越多的汽車主機(jī)廠紛紛將連續(xù)自動化沖壓線作為采購首選。得益于自動化控制技術(shù)的進(jìn)步以及越來越廣泛的市場需求，一重作為主流自動化沖壓生產(chǎn)線供應(yīng)商也在近年來不斷加大該類產(chǎn)品的研發(fā)力度、更新產(chǎn)品序列，逐步獲得了來自國內(nèi)外汽車企業(yè)的接受與認(rèn)可。我們有理由相信，連續(xù)自動化沖壓生產(chǎn)線的普及與推廣必將帶動汽車制造業(yè)的新一輪革命，為國民經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量發(fā)展注入新的力量。
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