在鍛壓機(jī)械的八大類中，機(jī)械壓力機(jī)、板料剪切機(jī)、板料折彎壓力機(jī)等金屬板材加工機(jī)床按年生產(chǎn)量（臺(tái)數(shù)）計(jì)約占90%以上，按價(jià)值量計(jì)約占80%以上。從應(yīng)用角度講，轎車零件中按件計(jì)金屬板材沖壓件占40%以上，電器、儀表結(jié)構(gòu)件中金屬板材沖壓件占80%以上。由此可見金屬板材加工機(jī)床在制造領(lǐng)域和應(yīng)用領(lǐng)域的重要地位。
一 、大型機(jī)械壓力機(jī)及大型沖壓生產(chǎn)線已跨出國門
機(jī)械壓力機(jī)是金屬板材加工機(jī)床最為重要的門類。說其重要，理由有三。其一，年生產(chǎn)量大，占鍛壓機(jī)械的80%以上；其二，應(yīng)用范圍廣，幾乎滲透到所有金屬板材加工領(lǐng)域；其三，不可替代性，其經(jīng)濟(jì)技術(shù)的合理性其它機(jī)床很難替代。
機(jī)械壓力機(jī)品種繁多，能代表其技術(shù)水平和技術(shù)進(jìn)步的，當(dāng)首推大型機(jī)械壓力機(jī)及其組成的大型沖壓生產(chǎn)線。大型沖壓生產(chǎn)線通常以大型雙動(dòng)拉伸壓力機(jī)、大型多工位壓力機(jī)和大型單動(dòng)壓力機(jī)為主機(jī)，濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司和齊齊哈爾二機(jī)床集團(tuán)有限公司是國內(nèi)的主要生產(chǎn)企業(yè)。“八五”以來，這些企業(yè)通過技術(shù)攻關(guān)、自行設(shè)計(jì)以及引進(jìn)德國舒勒、美國維爾森、日本小松等著名公司的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，或采取與國外廠商合作生產(chǎn)的方式，將國內(nèi)大型機(jī)械壓力機(jī)的技術(shù)提升到了國際先進(jìn)水平。
濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司開發(fā)的閉式四點(diǎn)單動(dòng)壓力機(jī)、閉式四點(diǎn)雙動(dòng)壓力機(jī)、閉式四點(diǎn)多連桿壓力機(jī)等，普遍采用了自動(dòng)換模控制技術(shù)、裝模高度和氣墊行程檢測技術(shù)、多功能PLC控制技術(shù)、隔膜式離合器制動(dòng)器、滑塊調(diào)整預(yù)加載裝置等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，成為大型機(jī)械壓力機(jī)技術(shù)進(jìn)步的代表。在突破單機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)基礎(chǔ)上，成功開發(fā)生產(chǎn)了數(shù)十條大型沖壓生產(chǎn)線，裝備了國內(nèi)近十家汽車制造企業(yè)。
圖1 由濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)為一汽海馬汽車公司提供的大型自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線
典型的大型沖壓生產(chǎn)線，由一臺(tái)雙動(dòng)壓力機(jī)與數(shù)臺(tái)單動(dòng)壓力機(jī)串聯(lián)布置。雙動(dòng)壓力機(jī)之前是上料裝置，由上料車、液壓頂升器、磁力分層器、真空吸盤提升器、雙料檢測器、磁力輥道、雙料排除器、清洗涂油裝置和送料裝置組成；雙動(dòng)壓力機(jī)與單動(dòng)壓力機(jī)之間有上下料裝置，由下料器、翻轉(zhuǎn)裝置、傳送裝置和上料器組成；單動(dòng)壓力機(jī)之間的上下料裝置與之相同，只是無翻轉(zhuǎn)裝置；最後一臺(tái)單動(dòng)壓力機(jī)之後是碼垛裝置，由下料器、傳送裝置和碼垛車組成。此外，大型沖壓生產(chǎn)線還配備自動(dòng)快速換模系統(tǒng)、自動(dòng)快速調(diào)整系統(tǒng)、故障檢測系統(tǒng)及廢料排除與運(yùn)輸系統(tǒng)。
隨著大型多工位壓力機(jī)的技術(shù)成熟和實(shí)用化，大型多工位壓力機(jī)開始替代單動(dòng)壓力機(jī)進(jìn)入自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線，代表了先進(jìn)的組合方式。大型多工位壓力機(jī)自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線經(jīng)歷了三個(gè)階段的完善與發(fā)展。
圖2 由濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)為美國德納公司設(shè)計(jì)制造的、
公稱力為50000千牛的重型閉式多工位壓力機(jī)
較原始的組合是，一臺(tái)雙動(dòng)拉伸壓力機(jī)與一臺(tái)單動(dòng)大型多工位壓力機(jī)為主機(jī)，二者之間配備一套翻轉(zhuǎn)裝置和同步裝置，提高了生產(chǎn)節(jié)拍、減少了占地面積。此後，帶雙動(dòng)拉伸工位的多工位壓力機(jī)問世，催生了第二代自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線。第二代生產(chǎn)線僅以一臺(tái)帶雙動(dòng)拉伸工位的多工位壓力機(jī)為主機(jī)，在其前後分別配備拆垛裝置和碼垛裝置，便組成了一條自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線，配置大為簡化。此類多工位壓力機(jī)多為四柱三滑塊結(jié)構(gòu)，第一工位是雙動(dòng)拉伸工位，其余工位為單動(dòng)沖壓工位。由於拉伸工位采取了反向拉伸的方式，避免了工件的翻轉(zhuǎn)，因此不需要翻轉(zhuǎn)裝置，使生產(chǎn)率進(jìn)一步提高、占地面積進(jìn)一步減小。第三階段，出現(xiàn)了帶數(shù)控液壓氣墊的大型多工位壓力機(jī)，拋棄了傳統(tǒng)的雙動(dòng)拉伸工藝?yán)砟睿嬲龑⒗炫c其它沖壓工藝組合到一臺(tái)壓力機(jī)上完成。自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線的主機(jī)是帶數(shù)控液壓氣墊的多工位壓力機(jī)，主機(jī)前後配備拆垛裝置和碼垛裝置。數(shù)控液壓氣墊是該類生產(chǎn)線的技術(shù)核心，氣墊通過四角控制，可調(diào)節(jié)拉伸工件的壓邊力，從而實(shí)現(xiàn)單動(dòng)深拉伸。由於采用數(shù)控液壓氣墊使單動(dòng)壓力機(jī)代替了傳統(tǒng)的雙動(dòng)壓力機(jī)，簡化了壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)，取消了生產(chǎn)線中的翻轉(zhuǎn)裝置，實(shí)現(xiàn)了壓邊力的優(yōu)化控制，提高了拉伸件的質(zhì)量、降低了工件的廢品率。從技術(shù)角度上講，帶數(shù)控液壓氣墊的大型多工位壓力機(jī)自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線，代表了自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線的最高水平。但是由於造價(jià)、技術(shù)以及應(yīng)用等諸多方面的因素，大型沖壓生產(chǎn)線多樣化組合的局面還將長期存在。
“十五”期間，濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司在轎車制造企業(yè)的國際招標(biāo)中多次中標(biāo)，在裝備中國汽車行業(yè)數(shù)十條沖壓生產(chǎn)線的同時(shí)，還向國外著名汽車制造企業(yè)提供了數(shù)條大型沖壓生產(chǎn)線，標(biāo)志著中國大型機(jī)械壓力機(jī)及大型沖壓生產(chǎn)線已跨出國門。
二、數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床達(dá)到國際先進(jìn)水平
最早出現(xiàn)的數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床是機(jī)械傳動(dòng)的，人們將其認(rèn)同為機(jī)械壓力機(jī)類。由於其沖壓模具安裝在回轉(zhuǎn)圓盤上，故稱為數(shù)控沖模回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)。隨後出現(xiàn)了液壓驅(qū)動(dòng)的新機(jī)型，且很快占據(jù)了主導(dǎo)地位。國外開始稱為數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床，并被國內(nèi)同行所接受。從此，數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床成為一個(gè)獨(dú)立機(jī)種，不再隸屬於機(jī)械壓力機(jī)。當(dāng)前，中國數(shù)控轉(zhuǎn)塔 沖床的結(jié)構(gòu)性能已達(dá)到國際先進(jìn)水平。
在中國，數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床問世以來，經(jīng)歷了緩慢起步、趨於成熟、快速發(fā)展和日臻完善四個(gè)階段。在不同階段，數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為幾代產(chǎn)品。“八五”期間開發(fā)的第一代產(chǎn)品，機(jī)械驅(qū)動(dòng)，三軸控制，模位數(shù)通常在30個(gè)以下，無自轉(zhuǎn)模位，輔助功能較少；“九五”期間形成的第二代產(chǎn)品，模位數(shù)大為增加并帶兩個(gè)自轉(zhuǎn)模位，四軸控制，輔助功能增多，開始出現(xiàn)液壓驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)塔沖床；“十五”期間，數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床得到快速健康發(fā)展，液壓驅(qū)動(dòng)的四軸、五軸控制的第三代產(chǎn)品成為數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床主體，輔助功能更加完善；此後，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用，標(biāo)志著第四代產(chǎn)品的出現(xiàn)，但尚不是主流產(chǎn)品。
作為國內(nèi)主流產(chǎn)品的第三代數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床，普遍采用了國外著名公司的數(shù)控系統(tǒng)和伺服單元，以及高性能伺服液壓驅(qū)動(dòng)的專用液壓系統(tǒng)；沖壓穩(wěn)定性和步?jīng)_次數(shù)大為提高，步距為0.5毫米時(shí)步?jīng)_頻率可達(dá)600-1000次/分以上；采用智能型夾鉗機(jī)構(gòu)，最大限度地減小了沖裁死區(qū)，基本達(dá)到無死區(qū)；工作臺(tái)移動(dòng)速度普遍提高，軸向速度達(dá)80米/分，合成速度達(dá)120米/分以上；采用毛刷型工作臺(tái)，在保證對板料有效支撐的同時(shí)，可保護(hù)板料在快速運(yùn)動(dòng)時(shí)表面不被劃傷；自動(dòng)分度工位2-4個(gè)可選，并將大直徑模位設(shè)置於此；普遍采用開放型數(shù)控系統(tǒng)，用戶界面友好、可擴(kuò)展性強(qiáng)，并配備高效自動(dòng)編程軟件。
伴隨著數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的技術(shù)成熟與需求增長，許多企業(yè)通過自主開發(fā)、引進(jìn)技術(shù)或與國外公司合作生產(chǎn)等方式，迅速占領(lǐng)了國內(nèi)數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床制造、銷售和技術(shù)服務(wù)的陣地。經(jīng)過大約十年的競爭與發(fā)展，形成了濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所、江蘇金方圓數(shù)控機(jī)床有限公司、湖北三環(huán)鍛壓機(jī)床有限公司、江蘇揚(yáng)力集團(tuán)有限公司、江蘇亞威機(jī)床有限公司等組成的企業(yè)方陣。
江蘇亞威機(jī)床有限公司生產(chǎn)的HIQ-3048型300千牛數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床，其液壓系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)和轉(zhuǎn)盤等主要部件均來自日本NISSHINBO公司。該機(jī)液壓系統(tǒng)可對行程、速度、壓力編程控制，沖頭下死點(diǎn)位置精度達(dá)0.01毫米，并可實(shí)現(xiàn)下死點(diǎn)保壓；6軸控制（X、Y、Z、T1、T2、C），上下轉(zhuǎn)盤分別驅(qū)動(dòng)；三只夾鉗位置均可編程設(shè)定、自動(dòng)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同板料的需要；脫模自動(dòng)檢測裝置對故障自動(dòng)檢測并中斷加工程序，以免機(jī)構(gòu)損壞和出現(xiàn)廢品；56個(gè)工位，帶2個(gè)自動(dòng)分度工位；板料最大移動(dòng)速度100米/分；最高沖程次數(shù)1500次/分，最高沖孔頻率可達(dá)350次/分（步距25.4毫米）和750次/分（步距1毫米）。
圖3 江蘇亞威機(jī)床公司生產(chǎn)的HIQ3048型300千牛數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床
濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所開發(fā)的無離合器數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床和江蘇揚(yáng)力集團(tuán)有限公司開發(fā)的伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床，屬於技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)品。目前雖不是主流產(chǎn)品，卻代表了產(chǎn)品發(fā)展的某種動(dòng)向或潮流。
第三代產(chǎn)品的規(guī)模化生產(chǎn)和第四代產(chǎn)品的出現(xiàn)，說明中國數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的整體水平已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平。
三、數(shù)控液壓板料剪切機(jī)發(fā)展迅速
板料剪切機(jī)又稱剪板機(jī)，主要用於剪切金屬板材，是重要的金屬板材加工機(jī)床。其不僅用於機(jī)械制造業(yè)，還是金屬板材配送中心必不可少的裝備，應(yīng)用范圍特別廣泛。剪板機(jī)按結(jié)構(gòu)分為閘式剪板機(jī)和擺式剪板機(jī)兩類；按傳動(dòng)方式分，有機(jī)械傳動(dòng)剪板機(jī)和液壓傳動(dòng)剪板機(jī)兩類。安全性和剪切角度不可調(diào)整是機(jī)械剪板機(jī)的致命缺點(diǎn)，故除小規(guī)格剪板機(jī)外，液壓剪板機(jī)獨(dú)領(lǐng)天下的格局已成不爭的事實(shí)。由於液壓傳動(dòng)在控制方面的優(yōu)勢，數(shù)控剪板機(jī)主要采用液壓傳動(dòng)形式。數(shù)控液壓剪板機(jī)除速度、行程可調(diào)外，剪切角度自動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)和刀片間隙自動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)的開發(fā)與實(shí)用化，使其具備了進(jìn)入板材加工中心和板材加工FMS的條件。
各企業(yè)生產(chǎn)的數(shù)控液壓剪板機(jī)，都在逐步向國際主流方向靠攏。當(dāng)前，數(shù)控液壓剪板機(jī)普遍采用整體焊接結(jié)構(gòu)、經(jīng)時(shí)效處理的機(jī)架，具有良好的強(qiáng)度、剛度和精度保持性；采用集成式液壓系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)，提高了機(jī)床運(yùn)行的可靠性；剪切角度自動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)和刀片間隙自動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)，根據(jù)被剪板料的材質(zhì)、厚度，可自動(dòng)完成剪切角度、刀片間隙的調(diào)整；根據(jù)剪切長度，可自動(dòng)調(diào)節(jié)剪切行程和後擋料位置；此外，可配備前送料系統(tǒng)或後托料裝置，集送料、卸料於一體，有效地提高設(shè)備自動(dòng)化程度。
近年來，適應(yīng)金屬板材加工的需要，液壓剪板機(jī)出現(xiàn)了一種新機(jī)型即直角剪板機(jī)。直角剪板機(jī)刀架上裝有互成直角的兩條刀片，可以剪切出任意尺寸的矩形板料，并可在大張板料上套裁下料。不僅提高了剪切效率，而且能夠提高材料利用率。數(shù)控直角剪板機(jī)與數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床、數(shù)控板料折彎機(jī)可組成板材加工中心。
國內(nèi)生產(chǎn)數(shù)控剪板機(jī)的企業(yè)較多，上海沖剪機(jī)床廠、湖北三環(huán)鍛壓機(jī)床有限公司、江蘇亞威機(jī)床有限公司、江蘇金方圓數(shù)控機(jī)床有限公司、江蘇揚(yáng)力集團(tuán)有限公司和天水鍛壓機(jī)床有限公司等企業(yè)可稱為佼佼者。
四、數(shù)控液壓板料折彎壓力機(jī)具備了網(wǎng)絡(luò)化的條件
板料折彎機(jī)使用簡單的模具可對金屬板料進(jìn)行各種角度的直線彎曲，以獲得形狀復(fù)雜的金屬板材制件。操作簡單、模具通用性強(qiáng)、運(yùn)行成本低，因此獲得廣泛的應(yīng)用。板料折彎機(jī)按其傳動(dòng)形式可分為機(jī)械折彎機(jī)和液壓折彎機(jī)兩類。目前，機(jī)械折彎機(jī)已被液壓折彎機(jī)取代，這一技術(shù)路線與剪板機(jī)相同。液壓折彎機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在於有較大的工作行程，在行程的任一點(diǎn)都可以產(chǎn)生最大公稱力；折彎行程、壓力、速度可調(diào)，易於實(shí)現(xiàn)數(shù)控；可實(shí)現(xiàn)快速趨近、慢速折彎，符合工件折彎的工藝要求；采用多缸同步系統(tǒng)，極大地提高了折彎精度，并實(shí)現(xiàn)了折彎機(jī)的多臺(tái)聯(lián)動(dòng)，拓寬了折彎機(jī)的工藝范圍。
圖4 濟(jì)南捷邁數(shù)控機(jī)械公司生產(chǎn)的WD225-3100數(shù)控電液同步折彎機(jī)
數(shù)控液壓板料折彎機(jī)是問世最早、應(yīng)用最廣泛、國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)最多的金屬板材加工機(jī)床，已由早期的3軸發(fā)展到現(xiàn)在的8軸控制，與上下料機(jī)器人和折彎機(jī)器人配套使用，可組成數(shù)控折彎單元。
“十五”期間，中國數(shù)控液壓板料折彎機(jī)已進(jìn)入國際先進(jìn)水平的行列。目前，數(shù)控液壓板料折彎機(jī)普遍采用BOSCH公司或HOERBIGER公司的數(shù)字式閉路液壓系統(tǒng)和DELEM公司或CYBELEC公司的專用數(shù)控系統(tǒng)；采用動(dòng)態(tài)壓力補(bǔ)償系統(tǒng)、側(cè)梁變形補(bǔ)償系統(tǒng)、溫度補(bǔ)償系統(tǒng)、板材厚度及反彈在線檢測和修正系統(tǒng)，保證受力狀態(tài)下工作臺(tái)與滑塊相對位置的精確性；成熟完善的工藝軟件、自動(dòng)編程功能及彩屏顯示，可實(shí)現(xiàn)多種折彎工件的工藝存儲(chǔ)與輪番生產(chǎn)；滑塊最大空程速度和工作速度分別達(dá)到了100毫米/秒和10毫米/秒，大大提高了折彎機(jī)的工作效率；多軸數(shù)控後定位機(jī)構(gòu)保證了板料的精確送進(jìn)，定位精度可控制在±0.01毫米左右。
江蘇金方圓數(shù)控機(jī)床有限公司生產(chǎn)的PR6C225×3100型2250千牛數(shù)控板料折彎機(jī)是以上技術(shù)的綜合體現(xiàn)。該機(jī)采用了電液伺服同步控制技術(shù)及液壓凸形補(bǔ)償技術(shù)，集成式液壓系統(tǒng)，荷蘭DELEM公司DA69W數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對折彎滑塊Y1、Y2位置和後擋料X1、X2、Z1、Z2、R1、R2位置的8軸控制。滑塊快速向下速度120毫米/秒，折彎速度9毫米/秒，回程速度80毫米/秒。折彎滑塊定位精度0.005毫米，後擋料前後位置重復(fù)定位精度0.005毫米。該機(jī)可配備6軸折彎機(jī)器人，組成數(shù)控折彎單元，縮短折彎工序輔助時(shí)間，提高工件加工效率。該機(jī)代表了國內(nèi)數(shù)控液壓板料折彎機(jī)的最高水平。
近年來，數(shù)控板料折彎機(jī)出現(xiàn)了由液壓驅(qū)動(dòng)向機(jī)械傳動(dòng)回歸的動(dòng)向。這種回歸不是機(jī)械傳動(dòng)簡單地替代液壓驅(qū)動(dòng)，而是采用伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠直接驅(qū)動(dòng)折彎滑塊，形成新型數(shù)控板料折彎機(jī)。上海沖剪機(jī)床廠生產(chǎn)的ME50/2550型數(shù)控板料折彎機(jī)、江蘇揚(yáng)力集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的EB3512型數(shù)控板料折彎機(jī)和湖北三環(huán)鍛壓機(jī)床有限公司生產(chǎn)的PPH35/13型數(shù)控板料折彎機(jī)，折彎滑塊由二臺(tái)伺服電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)，在滑塊平衡快速運(yùn)行的同時(shí)，滑塊撓度得到有效補(bǔ)償。伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)在於，能耗、噪聲、污染以及制造維修成本大為降低，同時(shí)，機(jī)床的可靠性、工作速度和效率得以提高。該類數(shù)控板料折彎機(jī)滑塊空程速度可達(dá)100毫米/秒、折彎速度10-15毫米/秒，回程速度70毫米/秒；滑塊定位精度為0.035毫米、重復(fù)定位精度為0.01毫米。
至此，中國數(shù)控液壓板料折彎機(jī)在技術(shù)層面上已具備了網(wǎng)絡(luò)化的條件，并開始出現(xiàn)向網(wǎng)絡(luò)化和單元化發(fā)展的趨勢。
