文/李耶夫，薛麗菲·濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所有限公司

汽車U形縱梁雙主機(jī)數(shù)控沖孔生產(chǎn)線技術(shù)淺析

文/李耶夫，薛麗菲·濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所有限公司

李耶夫，工程師，主要研發(fā)產(chǎn)品為汽車縱梁成套生產(chǎn)線。曾參與研發(fā)的多通道高效五主機(jī)數(shù)控三面沖孔生產(chǎn)線獲得2013年度中國機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)。

在傳統(tǒng)重型卡車底盤的U形縱梁沖孔設(shè)備的應(yīng)用上，制造商所使用的搖臂鉆，其人工定位鉆孔使沖孔精度和效率完全取決于操作者。不同車型上U形縱梁的孔位也完全不同，企業(yè)就需制作不同的靠模來滿足孔位定位的要求。這一切都會影響底盤車間的規(guī)劃與設(shè)備成本，影響企業(yè)對底盤車間的設(shè)備投資。

當(dāng)前，汽車底盤制造商也面臨了更多的競爭，包括市場競爭更加激烈，汽車性能要求更高，車型頻繁更換，下游客戶對汽車質(zhì)量要求更高，品質(zhì)要求也更高，總產(chǎn)量增加，單批數(shù)量減少等。企業(yè)依靠傳統(tǒng)的搖臂鉆技術(shù)已不能滿足市場需求，就要求制造商開發(fā)更符合市場的沖孔設(shè)備，因此 汽車U形縱梁雙主機(jī)數(shù)控沖孔生產(chǎn)線應(yīng)運(yùn)而生。

特點(diǎn)

汽車U形縱梁雙主機(jī)數(shù)控沖孔生產(chǎn)線是一種高精度、高效率的U形縱梁板材光孔加工設(shè)備（圖1）。它采用國際一流的FUNAC18I數(shù)控系統(tǒng)，并根據(jù)設(shè)備性能增加了各功能模塊，同時(shí)自行開發(fā)了人性化的編程軟件，具有軟件編寫快速，程序運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)。液壓系統(tǒng)總成采用德國進(jìn)口品牌，具有高低壓轉(zhuǎn)換功能，在節(jié)能環(huán)保方面有很大的市場優(yōu)勢，同時(shí)沖孔主機(jī)采用雙主機(jī)結(jié)構(gòu)，使設(shè)備具有了沖孔時(shí)間大幅降低的性能，從而提高了整機(jī)的工作效率并為用戶降低了生產(chǎn)成本。

圖1 汽車U形型縱梁雙主機(jī)數(shù)控沖孔生產(chǎn)線

設(shè)備構(gòu)成及工藝流程

該種生產(chǎn)線主要由腹面沖孔主機(jī)單元、X軸夾鉗送料機(jī)構(gòu)、自動上/下料機(jī)構(gòu)、氣動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成。設(shè)備沖壓壓力為1600kN/800kN，可安裝39套模具，送進(jìn)速度最大可達(dá)40m/min，沖孔精度可達(dá)±0.2mm；沖壓板材的材料性能σb為810N/mm2，加工板材范圍為1200mm×360mm×110 mm，最大沖孔直徑可達(dá)φ50mm。

其工藝流程主要是，首先將加工程序輸入設(shè)備數(shù)控系統(tǒng)，同時(shí)U形縱梁開口向下整齊碼垛在運(yùn)料臺車上，并開至固定的上料位置；隨后將梁寬和每層排列數(shù)量輸入PLC系統(tǒng)，程序運(yùn)行后，吸盤運(yùn)行裝置上的吸盤自動依次吸提U形縱梁，并將其吊運(yùn)到支撐輥上；X軸夾鉗夾緊U形縱梁腹板，利用光電開關(guān)進(jìn)行端頭定位，數(shù)控系統(tǒng)確認(rèn)坐標(biāo)位置后；X軸夾鉗靠伺服電機(jī)滾珠絲杠帶動U形縱梁前進(jìn)定位，大、小腹面沖孔主機(jī)根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)程序設(shè)定進(jìn)行移動定位，動作完成后對U形縱梁腹面進(jìn)行沖孔。大、小腹面沖孔主機(jī)可根據(jù)程序進(jìn)行單獨(dú)沖孔，也可同時(shí)進(jìn)行沖孔。當(dāng)X軸夾鉗到達(dá)行程極限時(shí)，U形縱梁前端已經(jīng)穿過兩沖孔主機(jī)，另一套X軸夾鉗可以繼續(xù)夾緊U形縱梁；左、右兩套X軸夾鉗交替送進(jìn)U形縱梁；U形縱梁被全部加工完并已經(jīng)位于生產(chǎn)線右側(cè)支撐輥上，下料側(cè)吸盤運(yùn)行裝置上的吸盤下行吸提U形縱梁，并將U形縱梁吊運(yùn)到下料側(cè)運(yùn)料臺車上碼垛。

各主要部件介紹

自動上/下料機(jī)構(gòu)（各1套）

該裝置由吸盤運(yùn)行裝置、運(yùn)料臺車、支撐輥組成（圖2）。吸盤運(yùn)行裝置中的移動橫梁由減速變頻電機(jī)經(jīng)齒輪齒條傳動驅(qū)動前后移動，由減速電機(jī)經(jīng)齒輪齒條傳動帶動吸盤橫梁升降；運(yùn)料臺車由減速電機(jī)驅(qū)動，在和地面平齊的軌道上行走，軌道垂直于生產(chǎn)線物流方向；在上料側(cè)和下料側(cè)的輥道區(qū)域各安裝有5組支撐輥，其上的定位輥輪用于U形縱梁X向的定位。

X軸夾鉗送料機(jī)構(gòu)（2套）

在主機(jī)兩側(cè)，各布置一套X軸夾鉗送料機(jī)構(gòu)（圖3）。該機(jī)構(gòu)由驅(qū)動裝置（伺服電機(jī)、帶輪傳動、滾珠絲杠、直線導(dǎo)軌）、浮動液壓夾鉗、底座等組成，伺服電機(jī)通過滾珠絲杠驅(qū)動夾鉗裝置在X向進(jìn)行移動，經(jīng)直線導(dǎo)軌導(dǎo)向?qū)形縱梁進(jìn)行X向的送進(jìn)。

腹面沖孔主機(jī)單元

圖2 自動上/下料機(jī)構(gòu)

圖3 X軸夾鉗送料機(jī)構(gòu)

腹面沖孔主機(jī)單元由1600kN大主機(jī)床身、880kN小主機(jī)床身、共用底座、小主機(jī)X方向移動底座、廢料輸送機(jī)構(gòu)、模具部件、壓料部件及前后檢測裝置等組成（圖4）。大小主機(jī)床身（模具、壓料）安裝于共用底座上，由伺服電機(jī)帶動滾珠絲杠驅(qū)動床身沿Y向移動，同時(shí)小主機(jī)（模具、壓料）可沿X向移動；大小主機(jī)床身上固定有沖壓油缸，油缸下方安裝有滑塊、模具部件、壓卸料裝置等；床身上的排料口使沖孔過程中產(chǎn)生的廢料從中落到廢料輸送器中運(yùn)走。大主機(jī)配備21套模具，模具最大沖孔直徑50mm；小主機(jī)配備18套模具，模具最大沖孔直徑23mm；壓卸料裝置由氮?dú)鈮毫细?、壓料板、?fù)位氣缸、擺動連接機(jī)構(gòu)組成；壓料板由氮?dú)飧讐鹤。ㄟ^支架擺動隨著滑塊向下運(yùn)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)壓料作用；大小主機(jī)床身前后兩側(cè)各布置有一定數(shù)量的精密直線傳感器，檢測縱梁誤差；移動床身下面安裝有皮帶輸送機(jī)，沖下的廢料由皮帶輸送至主機(jī)前側(cè)的鏈?zhǔn)脚判计髦校惶嵘舐淙霃U料箱。

表1 汽車U形縱梁雙主機(jī)數(shù)控沖孔生產(chǎn)線成本效益分析

圖4 腹面沖孔主機(jī)單元

應(yīng)用情況

該產(chǎn)品已在中國重型卡車企業(yè)、中國客車行業(yè)、輕型卡車行業(yè)的底盤車間廣泛使用。在長春一汽卡車廠的底盤車間，2012年安裝了四臺該種設(shè)備，極大提高了該廠的底盤加工能力；在鄭州宇通客車公司的底盤制造車間，也安裝了4臺該種設(shè)備，成為了客車底盤生產(chǎn)的一大主力；另外，北汽福田諸城汽車廠也安裝了3臺該種設(shè)備，成為該公司宣傳的一大品牌。

效益分析

濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所從2000年開發(fā)單主機(jī)沖孔生產(chǎn)線以來，沖孔生產(chǎn)線發(fā)展迅速，2009年底公稱壓力在1600kN/800kN的汽車U形縱梁雙主機(jī)數(shù)控沖孔生產(chǎn)線就制造出來了，并且在各大汽車廠的應(yīng)用越來越廣泛。汽車U形縱梁雙主機(jī)數(shù)控沖孔生產(chǎn)線雖然初成本有點(diǎn)偏高，但其產(chǎn)生效益快，在正常開工率的情況下，一般不到一年時(shí)間即可收回成本，而一年后汽車U形縱梁雙主機(jī)數(shù)控沖孔生產(chǎn)線將在高效率、低成本的狀態(tài)下進(jìn)行沖壓生產(chǎn)。

對汽車U形縱梁雙主機(jī)數(shù)控沖孔生產(chǎn)線成本效益的分析，見表1。

結(jié)束語

汽車U形縱梁雙主機(jī)數(shù)控沖孔生產(chǎn)線近十年來于歐、美、日地區(qū)已經(jīng)廣泛應(yīng)用。國內(nèi)自2006年即投入汽車U形縱梁雙主機(jī)數(shù)控沖孔生產(chǎn)線的研發(fā)，最大制造能力是1600kN。目前只出口到緬甸幾臺設(shè)備，但國內(nèi)地區(qū)對于汽車U形縱梁雙主機(jī)數(shù)控沖孔生產(chǎn)線的實(shí)際應(yīng)用仍欠缺，需要大力推廣與宣傳。汽車U形縱梁雙主機(jī)數(shù)控沖孔生產(chǎn)線本身具有智能成形、高精度、高效率與節(jié)能環(huán)保等特性，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展強(qiáng)調(diào)智能控制與綠色環(huán)保的大趨勢下，汽車U形縱梁雙主機(jī)數(shù)控沖孔生產(chǎn)線正符合十二五計(jì)劃中對高端先進(jìn)沖孔設(shè)備的要求，應(yīng)用將越來越廣泛。