衝(chong) 壓是汽車整車生產(chan) 的四大工藝之一，在衝(chong) 壓工藝中最主要的設備是壓力機，另外還有開卷線翻轉機等其他輔助設備。壓力機有人工上下料和自動化上下料兩(liang) 種方式，自動化上下料設備專(zhuan) 業(ye) 性較強，造價(jia) 較高。隨著現代工廠對生產(chan) 效率的要求不斷提高以及電氣控製技術的不斷提高，衝(chong) 壓自動化技術在近十幾年也得到了飛速發展，從(cong) 早期的壓力機與(yu) 機械手之間依靠順序控製實現上下料，發展到現在的同步壓機與(yu) 快速送料機構之間的主從(cong) 控製，因而生產(chan) 效率也得到大幅度地提高。衝(chong) 壓自動化技術在衝(chong) 壓自動化設備中，由於(yu) 控製性能要求高，動態響應快，大都使用包含多軸運動控製的伺服技術。控製器大都包含邏輯控製和運動控製兩(liang) 部分功能，有些集成在一個(ge) 控製器上，有些係統的邏輯控製和運動控製分屬兩(liang) 個(ge) 控製器。在傳(chuan) 動結構上大都使用伺服電動機通過同步帶或絲(si) 杠傳(chuan) 動，往複定位精度在 0.5m m以內(nei) 。經過多年的發展和完善，現在衝(chong) 壓自動化設備大致有以下幾種：

1. 機械手上下料

      機械手上下料的自動化機構（見圖1）一般包含拆垛裝置、對中裝置、上料機械手、下料機械手、穿梭小車等部分。其中上下料機械手和穿梭小車一般包含2～3個(ge) 運動軸，由伺服電動機驅動。世界上生產(chan) 機械手的廠家有美國的I S I、日本的小矢部、瑞典的A B B和台灣的金峰等。
 

2. 機器人上下料

      機器人上下料機構一般包含拆垛機器人、對中裝置、上下料機器人等。與(yu) 機械手的主要區別在於(yu) ，並不使用專(zhuan) 用的機械手臂而是使用通用的工業(ye) 機器人進行上下料的操作，一般使用載重量在60～100kg的大型工業(ye) 機器人。世界上能夠生產(chan) 衝(chong) 壓機器人的廠家主要有日本的發那科、安川，瑞典的A B B，德國的KUKA等。

3.快速送料機構上下料

      快速上下料機構是由機械手發展而來的，速度更快，是更加具有專(zhuan) 業(ye) 性的衝(chong) 壓自動化的專(zhuan) 用設備。這種結構不拘泥於(yu) 機械手的二維坐標形式，其特殊的機構專(zhuan) 用於(yu) 壓機間的板料輸送，一套壓機間的輸送機構最多包含十幾個(ge) 伺服電動機軸（見圖2所示）。能夠生產(chan) 快速送料的廠家主要是專(zhuan) 業(ye) 的衝(chong) 壓設備生產(chan) 廠，如德國的舒勒和日本的小鬆。
 

      機械手上下料的方式出現較早，但由於(yu) 沒有明顯的優(you) 勢，現在機械手上下料其訂貨已經越來越少。由於(yu) 工業(ye) 機器人發展成熟並且易於(yu) 維護，機器人上下料已經越來越成為(wei) 預算並不充裕的廠家首選。而快速送料是近10年逐漸興(xing) 起的，其技術還不是十分成熟，但由於(yu) 其速度上的巨大優(you) 勢，以及能夠和高檔壓力機緊密結合的特點，使其必將在未來的衝(chong) 壓行業(ye) 中扮演重要角色。三種上下料機構特點對比見下表所示。
 

同步運動控製技術

      同步運動控製是由伺服驅動技術延伸發展而來的。伺服驅動器驅動伺服電動機並采集反饋信號到驅動器的核心控製單元，實現高動態響應的運動控製。在數控加工中心和機器人的多個(ge) 伺服軸依靠控製單元的插補運算，實現兩(liang) 個(ge) 軸以上的插補運動軌跡曲線，而在一些對運動控製要求更高的設備上，要求各個(ge) 運動軸之間實現主從(cong) 的同步關(guan) 係，從(cong) 而進一步發展出了同步運動控製技術。同步運動控製可以實現兩(liang) 個(ge) 機器人之間的協同運動。在衝(chong) 壓自動化設備中，同步控製可以實現壓機之間的同步，壓機與(yu) 快速送料機構之間的同步，使整個(ge) 衝(chong) 壓生產(chan) 線達到最大生產(chan) 效率（見圖3）。
 

      目前很多工業(ye) 控製集成商都開發出了同步運動控製功能，應用較多的是西門子的S I M O T I O N運動控製係統和力士樂(le) 的 I N D R A W O R K S運動控製。前者在食品加工、印刷、汽車製造等領域有廣泛應用，後者在汽車製造和輪胎方麵有較多應用。在衝(chong) 壓自動化行業(ye) ，能夠提供同步控製解決(jue) 方案的有德國西門子、力士樂(le) 和日本的瑞恩。目前，在國際上，能夠使用同步控製集成技術在高檔衝(chong) 壓生產(chan) 線上的廠家有德國的舒勒萬(wan) 家頓、日本的小鬆、瑞士的古德等。在國際上，這些設備製造商製造的已經投產(chan) 的同步快速衝(chong) 壓線有很多，主要集中在日本和歐美。在中國也有一些已經投產(chan) 或正在安裝調試，其中比較具有代表性的是用於(yu) 一汽轎車的舒勒衝(chong) 壓線、上海通用的萬(wan) 家頓衝(chong) 壓線、北京現代的G U D E L衝(chong) 壓線和起亞(ya) 汽車的 G U D E L衝(chong) 壓線等，他們(men) 都是使用了同步技術並於(yu) 近幾年投產(chan) 的衝(chong) 壓線。
      從(cong) 電氣控製上講，舒勒萬(wan) 家頓和古德都是使用帶有同步控製功能的工控機作為(wei) 控製核心，使用力士樂(le) 的伺服驅動器作為(wei) 驅動元件，使用力士樂(le) 的伺服電動機作為(wei) 執行元件實現運動控製的。而壓機是如何作為(wei) 主軸的呢？這信號來源於(yu) 安裝在壓機凸輪上的編碼器，在整個(ge) 同步控製中這個(ge) 編碼器就作為(wei) 主軸，其他從(cong) 軸隨這個(ge) 主軸按照編輯的同步曲線運動。
 

      如圖4 所示，R _M代表壓機主軸，是一個(ge) 實軸。V _M是虛擬主軸，當與(yu) 壓機同步運行時，R _M與(yu) V _M耦合；當送料機構單獨運行時，R _M與(yu) V _M解耦合。V _X、V _Y、V _Z等代表送料伺服機構的送進、提升等運動方向的虛擬軸，當自動或單次循環運行時，V _X與(yu) V _M按照事先編製的凸輪曲線同步運行，實現送料機構的連續運動；當手動送料機構的各個(ge) 軸時，V _X等與(yu) V _M解耦合。X ₁、X ₂等與(yu) V _X始終保持線性同步，保證多個(ge) 電動機在同一個(ge) 運動方向上的同步性。
 

      圖5～圖7所示為(wei) 通過軟件製作的運動曲線，曲線中的橫坐標為(wei) 主軸角度，縱坐標為(wei) 從(cong) 軸位置，通過不同的同步曲線實現了送料機構各個(ge) 運動方向與(yu) 壓力機的可編程運動控製。圖5為(wei) 一條從(cong) 軸不跟隨主軸運動的同步曲線，圖6為(wei) 一條從(cong) 軸跟隨主軸做先加速後勻速再減速的五次方運動曲線，圖5與(yu) 圖6的可編程組合實現了圖7所示完整的同步運動。這條曲線就是#p#分頁標題#e#V_X，V_Y等與(yu) V _M之間同步運動所需要的曲線，為(wei) V _X、V _Y、V _Z、V _A、V _B分別編製的同步曲線如圖8所示。
 

結語

      同步運動技術在衝(chong) 壓線上的應用大大提高了生產(chan) 效率，引發了衝(chong) 壓行業(ye) 的一場革命，大型衝(chong) 壓線的整線速度由原來的每分鍾6～8件提升到了 10～15件，自動化生產(chan) 線的高效率得到了最大的體(ti) 現。這種快速送料線的成本比原來機械手機器人式的自動線整線成本高出30%～40%，而生產(chan) 效率提高了近一倍。對於(yu) 衝(chong) 壓設備廠商來說，這也是個(ge) 壞消息，因為(wei) 這意味著用戶不再需要那麽(me) 多壓力機了，但提高生產(chan) 率是現代工業(ye) 的必然發展趨勢，其他衝(chong) 壓設備生產(chan) 廠商也都在研製自己的同步快速衝(chong) 壓線，相信隨著控製技術的不斷發展，同步運動控製必將得到更加廣泛的應用。