伺服沖壓生產(chǎn)線在汽車制造中的應用

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沖壓件具有尺寸穩(wěn)定、精度高、重量輕、剛度大、互換性好、高效低耗、操作簡單、且易于實現(xiàn)自動化等特點，因此，沖壓技術(shù)在汽車行業(yè)得到了廣泛的應用。近年來，隨著伺服技術(shù)的發(fā)展和成熟，以伺服技術(shù)為核心的伺服沖壓生產(chǎn)線在汽車制造廠的運用越來越廣泛。

沖壓工藝作為汽車制造的四大工藝之一，直接影響整車的品質(zhì)、成本以及生產(chǎn)節(jié)拍。沖壓時靠壓力機和模具對板材施加外力，使之產(chǎn)生塑性變形和分離，從而獲得所需形狀和尺寸的零件加工方法。目前，各主機廠采用的沖壓設備基本都是全自動沖壓生產(chǎn)線，沖壓生產(chǎn)線主要由板料拆剁裝置、板料清洗/對中裝置、壓力機、搬送機器人等設備模塊串聯(lián)而成，沖壓生產(chǎn)線如圖1所示。

圖片

隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，以伺服技術(shù)為核心的伺服壓力機逐漸運用到?jīng)_壓生產(chǎn)線中。與普通機械壓力機相比，伺服壓力機具有零件成形性好、能耗低、噪聲小、生產(chǎn)節(jié)拍快、提升材料的利用率、提升零件的拉深精度、減少設備檢修工作量等優(yōu)勢。

車身覆蓋件的沖壓工藝，按照基本的變形方式分為拉延、沖裁、翻邊、沖孔等；其中，拉延對沖壓產(chǎn)品的品質(zhì)起決定性作用，拉延工序經(jīng)常出現(xiàn)的缺陷有開裂、暗裂、起皺、回彈等。鑒于伺服壓力機設備成本較高，目前很多汽車制造廠采用拉延工序為伺服壓力機、其他工序為普通壓力機的沖壓生產(chǎn)線。

▼伺服技術(shù)在壓力機上的運用

伺服壓力機以伺服馬達作為直接的動力來源，通過螺桿、曲柄連桿及肘桿等方式，講馬達產(chǎn)生的驅(qū)動力轉(zhuǎn)化為滑塊的直線運用，運用伺服馬達可編程化控制的特性，完美的控制滑塊的運動形式，以滿足沖壓加工多樣化、智能化的需求，具有滑塊速度可控、難成形材料易制性、節(jié)能環(huán)保、一機多用及智能化等優(yōu)勢，是汽車沖壓行業(yè)發(fā)展的主流趨勢。

伺服壓力機適用于汽車沖壓線的拉延、切邊、翻邊、沖孔等工序，圖2是伺服技術(shù)在沖壓拉延工序的結(jié)構(gòu)圖。采用PLC控制，利用數(shù)位技術(shù)及反饋控制 方法達到高級精度控制，能對沖壓滑塊位置進行控制，滑塊的位置重復控制精度為±0.01mm；因運動模式可以編程，能對滑塊速度及軌跡進行控制，大幅降低沖壓瞬間速度，降低沖壓噪聲及振動，延長了模具使用壽命。同時，能對滑塊的輸出力進行控制，控制精度可達滑塊最大輸出力的±1.6%，從而使汽車制造中難成形材料（如高強度鋼板、鎂合金、鋁合金及鈦合金板材等），配合模具設計及周邊系統(tǒng)控制，生產(chǎn)大型覆蓋件。

▼提高沖壓件的品質(zhì)

伺服壓力機有一個很大的特點，就是可以分段設定行程的速度，達到消除拉延件破裂、回彈的質(zhì)量問題，提升沖壓件的品質(zhì)。通常，生產(chǎn)中我們主要采用兩種類型的伺服曲線，伺服曲線I和伺服曲線II。伺服曲線I的特點是降低合模過程中的沖壓速度，在拉延過程中保證產(chǎn)品能順利脫模，防止被拉傷，保證產(chǎn)品品質(zhì)，此曲線一般應用于板材厚度較薄的汽車覆蓋件的沖壓工序上。伺服曲線II的特點是壓力機在下死點有一定的停頓。此曲線一般應用于汽車內(nèi)板件中高強度板件拉延工序上，特點是有足夠的保壓時間保證產(chǎn)品成形，減小產(chǎn)品回彈。

▼節(jié)能環(huán)保

 一方面伺服壓力機取消了傳統(tǒng)機械壓力機的飛輪、離合器等耗能元件，減少了驅(qū)動件，簡化了機械傳動結(jié)構(gòu)，大大降低了電機的能耗；另外，由于伺服壓力機需要加注的潤滑油量少、更換周期長，降低了化學油品的使用。

另一方面，伺服壓力機有一套峰值削減裝置，該裝置的作用是將電能先儲存在AC/DC的電容模塊里，然后伺服壓力機根據(jù)各段沖壓行程的能源需要，從電容獲取對應的電能，大大降低電能的消耗（大約可以節(jié)省能耗30%），伺服壓力機能耗如圖3所示。

▼提高沖壓節(jié)拍

由于伺服壓力機的伺服曲線可以分段進行編輯，那么在實際運用中，除了模具與零件接觸的過程，其他行程可以適當加快壓力機滑塊的速度，這樣可以大大提升沖壓線的生產(chǎn)節(jié)拍。

▼降低噪聲，延長模具壽命

通過控制模具合模過程中壓力機的速度，降低上模與壓邊圈、下模與緩沖桿的沖壓速度，沖壓噪聲在75dB以下，振動也很小，提升了現(xiàn)場的作業(yè)環(huán)境；另外，由于伺服壓力機對模具沖擊小，縮減了由于模具高強度沖擊帶來的模具變形、破損等模具故障，提高了模具的使用壽命。

伺服壓力機設備維護

對于傳統(tǒng)機械壓力機的維修人員而言，隨著伺服壓力機越來越多的應用，設備維護變成了一個全新的課題，需要加強新技能、新知識的涉獵與深入研究。與其他設備一樣，伺服壓力機的維護主要還是分為事后保全和預防保全。伺服壓力機的故障通常可以通過查找故障報警代碼找到故障內(nèi)容，然后根據(jù)故障內(nèi)容進行維修對應。下面結(jié)合本人對伺服壓力機維護保養(yǎng)方面的經(jīng)驗，舉例說明一些典型伺服故障的處理方法（以安川伺服系統(tǒng)舉例）。

▼伺服電機編碼器復位

編碼器復位操作實施條件：①更換電機或編碼器時；②斷電狀態(tài)下，編碼器無電池或電池沒電的情況下；③拔出編碼器電纜的通信接頭時；④由于某種原因，編碼器的現(xiàn)位置消失時（注意：只有當動力盤內(nèi)的伺服電機控制器的顯示器上出現(xiàn)A810或A820時才能實施復位操作，否則，在不需要的時候進行編碼器的復位操作，有可能出現(xiàn)機器位置消失或機器損壞的情況）。動力盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。編碼器復位操作方法（復位操作前伺服控制斷路器先要斷電）如圖5所示。

▼峰值削尖裝置EDLC電容損壞故障處理

為了降低伺服壓力機故障率，除了對常見伺服故障進行分類、總結(jié)及標準化管理外，還需要加強對伺服系統(tǒng)進行預防保全。例如，對控制基板進行壽命管理，到達壽命時進行更換；對伺服電機的溫度進行監(jiān)控管理，伺服電機溫度情況可以反映電機的工作狀態(tài)。此外，伺服控制系統(tǒng)采用大量的精密電子元件，對控制柜環(huán)境要求較高，高溫、粉塵含量高極易導致伺服故障發(fā)生，日常應加強對伺服控制柜進行防塵管理，定期對AC/DC/、DC/DC等裝置進行清灰處理，避免電子元件異常發(fā)熱、短路引發(fā)伺服故障。

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結(jié)束語

伺服壓力機在性能上具有許多優(yōu)點，且可以廣泛運用于各種沖壓行業(yè)。但是，伺服壓力機推廣還有一定的困難。主要原因：一是普通交流電動機+飛輪的傳動方式具有低廉、簡單、可靠等一系列特點，利用其具有的良好的剛性、可靠性服務于各生產(chǎn)企業(yè)的批量生產(chǎn)，而且后期使用維護成本低，具有較高的經(jīng)濟性；二是伺服壓力機購買成本較高，伺服壓力機技術(shù)基本掌握在國外企業(yè)手中，伺服技術(shù)管理人才極度匱乏，伺服壓力機的維護保養(yǎng)主要依賴設備供應商，導致維修成本高。