文/張小衛(wèi)，陳龍，方蓉，王志惠· 江蘇揚力數(shù)控機床有限公司
張小衛(wèi)，工程師，主要從事機械工藝設(shè)計，參與的RL160型機器人三維激光切割機榮獲了2015年度江蘇機械工業(yè)科技進步獎一等獎，擁有3項專利。
金屬板材加工是整個機械加工領(lǐng)域的重要組成部分，由于市場競爭的加劇使得鈑金產(chǎn)品的市場更新速度大大加快，金屬板材柔性加工生產(chǎn)線也就應(yīng)運而生。金屬板材柔性加工生產(chǎn)線屬于高科技成套產(chǎn)品，它的高效率、全自動、柔性化制造系統(tǒng)適合于多品種、小批量鈑金件加工。
近年來，為了滿足企業(yè)生產(chǎn)的需要，金屬板材柔性生產(chǎn)線逐漸地成為了機械行業(yè)的熱點，尤其是在工業(yè)發(fā)達的歐美國家；我國鈑金裝備企業(yè)根據(jù)國內(nèi)形勢的變化，也漸漸地開始關(guān)注這一塊業(yè)務(wù)并取得了一定的發(fā)展，為我國鈑金行業(yè)提供了便捷的服務(wù)。
目前國外具有代表性的企業(yè)主要有德國通快、意大利的薩瓦尼尼等，其中意大利的薩瓦尼尼在2016年第18屆中國國際工業(yè)博覽會上展出的自動化鈑金物流系統(tǒng)展現(xiàn)了較高的技術(shù)水平，它由MD-單列立體料庫、S4Xe-沖剪復(fù)合中心、IA-自動分類堆垛裝置、PCD-自動上料裝置、RIP-自動翻轉(zhuǎn)裝置、P4Lean-多邊折彎中心、SAP-自動卸料收集裝置七個部分組成。
近年來，我們國內(nèi)一些企業(yè)也相繼地推出了類似的產(chǎn)品，但是這些產(chǎn)品的技術(shù)水平相比國外還是有一定的差距，國內(nèi)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)由于研發(fā)周期較短，研發(fā)經(jīng)費較低，往往適用一些精度和速度要求不高、加工尺寸較小的場合?，F(xiàn)在我國鈑金加工行業(yè)隨著國際化程度的不斷提高，行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的企業(yè)已經(jīng)逐漸意識到差距所在，并逐步建立了完善的制造服務(wù)系統(tǒng)，這部分企業(yè)在技術(shù)水平上與發(fā)達國家企業(yè)相比差距已明顯的縮短。
在金屬板材加工領(lǐng)域應(yīng)用柔性制造技術(shù)可以獲得明顯的制造優(yōu)勢：
⑴設(shè)備利用率高。由于采用計算機對生產(chǎn)進行調(diào)度，一旦有機床空閑，計算機便分配給該機床加工任務(wù)。在典型情況下，采用柔性制造系統(tǒng)中的一組機床所獲得的生產(chǎn)量是單機作業(yè)環(huán)境下同等數(shù)量機床生產(chǎn)量的3倍。
⑵具有維持生產(chǎn)的能力。當柔性制造系統(tǒng)中的一臺或多臺機床出現(xiàn)故障時，計算機可以繞過出現(xiàn)故障的機床，使生產(chǎn)得以繼續(xù)。
⑶生產(chǎn)具有柔性?？梢皂憫?yīng)生產(chǎn)變化的需求，當市場需求或設(shè)計發(fā)生變化時，在FMS（金屬板材柔性加工生產(chǎn)線）的設(shè)計能力內(nèi)，不需要系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的變化，系統(tǒng)具有制造不同產(chǎn)品的柔性。對于臨時需要的備用零件可以隨時混合生產(chǎn)，而不影響FMS的正常生產(chǎn)。
⑷產(chǎn)品質(zhì)量高。FMS減少了夾具和機床的數(shù)量，減少了工件的裝夾次數(shù)，容易保證零件的一致性。同時通過自動檢測設(shè)備和自動補償裝置可及時發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，并采取相應(yīng)的有效措施，保證產(chǎn)品的質(zhì)量。
⑸加工成本低。FMS的生產(chǎn)批量在相當大的范圍內(nèi)變化，其生產(chǎn)成本是最低的。除了一次性投資費用較高外，其他各項指標均優(yōu)于常規(guī)的生產(chǎn)方案。
江蘇揚力數(shù)控機床有限公司（以下簡稱“揚力”）于2016年7月初開始設(shè)計開發(fā)了一套全新的全自動鈑金加工生產(chǎn)線（圖1），該線由1臺EP20型全電伺服數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床+1臺YHB1032型電液伺服泵控數(shù)控折彎機+2臺ER16機器人（帶第七軸）+1臺ER170六軸機器人+1套折彎機自動換模裝置及周邊設(shè)施組成。通過連線控制技術(shù)，按照設(shè)定的程序，自動完成板料的裝卸、定位、沖孔、折彎及工件碼垛，同時，在生產(chǎn)線工作過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)折彎機模具的自動化更換，提高了整線的自動化程度和加工柔性。
圖1 全自動沖折鈑金柔性生產(chǎn)線
該柔性生產(chǎn)線具有以下特點：
⑴折彎機采用電液伺服泵控液壓系統(tǒng)來控制油缸同步，實現(xiàn)高精度折彎，重復(fù)定位精度可達±0.005mm，定位精度在±0.02mm之內(nèi)，工作噪聲降低5～10dB，用油量為同噸位閥控折彎機的25%左右，換油周期長，節(jié)能35%～45%，大大節(jié)省了用戶的使用成本。
⑵采用全電伺服主傳動的數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床，結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，故障率低；在上下板料及板料移動時，主傳動伺服電機停止工作，與同噸位的液壓主傳動沖床相比，節(jié)能40%左右。
⑶沖床機身和折彎機機身均采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，整機經(jīng)回火處理，徹底去除焊接應(yīng)力，保證機身的加工精度的穩(wěn)定性。
⑷采用ESTUN公司的ER16機器人和ER170機器人進行上料、下料、定位、折彎、碼垛等工藝，同時配備了毛坯料架、板材定位裝置（圖2）、板材磁力分層裝置、板材測厚裝置（圖3）、廢料架等輔助設(shè)施，加工精度高，生產(chǎn)效率高。機器人自帶控制系統(tǒng)，快速示教編程方法，簡化用戶編程難度。在折彎機數(shù)控系統(tǒng)和機器人控制系統(tǒng)上開發(fā)專用折彎軟件，解決了板材折彎跟隨偏差問題以及示教時間長等問題。
圖2 板料定位
圖3 板料測厚
⑸采用WILA公司提供的全套折彎機自動換模組件（圖4），可以在工作中實現(xiàn)折彎機模具的自動更換，動作快速、精確，提高了生產(chǎn)線的自動化程度，拓展了生產(chǎn)線的柔性。
圖4 折彎機模具自動更換
總之，金屬板材柔性加工生產(chǎn)線（FMS）是以數(shù)控技術(shù)為核心，并與計算機技術(shù)、通信技術(shù)及數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)相結(jié)合的先進制造技術(shù)，適合于多品種、中小批量零件的生產(chǎn)，處于集成制造環(huán)境中的車間級層次。雖然FMS的規(guī)模差別較大，功能不一，但都包含3個基本部分：加工系統(tǒng)、運儲及管理系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，可以根據(jù)具體需求選擇不同的輔助工具。
圖5 典型加工零件
圖6 加工工藝路線圖
圖5所示為該生產(chǎn)線典型加工零件，圖6所示為加工工藝路線圖。該生產(chǎn)線適用于家用電器、電腦機箱、電氣開關(guān)柜、紡織機械等行業(yè)，而且可以根據(jù)用戶的工藝需求，選用不同規(guī)格的機器人和不同規(guī)格的數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床以及數(shù)控折彎機組合連線；根據(jù)用戶的工藝需求，設(shè)置相應(yīng)的工件翻轉(zhuǎn)定位架，以適應(yīng)不同的折彎需求；根據(jù)用戶的工藝需求，為用戶提供完整的鈑金加工生產(chǎn)線解決方案，實現(xiàn)自動化連線的交鑰匙工程。表1所示為金屬板材柔性加工生產(chǎn)線的主要技術(shù)參數(shù)。
表1 金屬板材柔性加工生產(chǎn)線的主要技術(shù)參數(shù)
揚力公司經(jīng)過這幾年的自主創(chuàng)新和技術(shù)研發(fā)，已經(jīng)相繼推出了幾種類型的金屬板材柔性加工生產(chǎn)線，這是未來鈑金行業(yè)的發(fā)展方向。無論是從客戶的生產(chǎn)成本角度，還是從實現(xiàn)“工業(yè)4.0”的角度，機床制造公司在生產(chǎn)線研發(fā)領(lǐng)域能否具有技術(shù)先進性，都將對公司產(chǎn)品的市場占有率起到關(guān)鍵作用。
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