钣金加工产品在自动化及电梯行业中的应用

钣金工艺基本由剪切、冲压、折弯、成形和连接等工艺组成，一般来说以上工艺基本通过如下设备实现：剪板机、冲床、激光切割机、等离子切割机、水射流切割机、折弯机、焊机，以及各种辅助设备如：开卷机、校平机、去毛刺机、拉铆枪等。

随着制造业的快速发展，作为制造业基础行业之一的钣金加工行业也取得了空前发展。钣金加工领域也在潜移默化的变化之中，主要体现在以下两个方面：

⑴传统的钣金加工是设备独立成为个体对工艺进行实现，更多的是劳动密集型作业，对操作者的依赖度过高，难以应付不断增长的订单需求。

⑵随着人们的生活水平不断提高，对产品外形更多的追求个性化，产品市场寿命缩短，更新换代加速，最终导致小批量生产的比重明显增加。

目前我国钣金加工企业，多以数控剪板机、数控冲床、数控折弯机等设备作为钣金生产的主要设备，而我国对以上设备的开发还是更多的借鉴国外的经验，对于钣金柔性制造技术的研究几近空白。然而在欧洲，20世纪70年代涌现了一批基于冲剪复合加工技术和快速换模的多边折弯技术的设备，从而使钣金的加工过程真正意义上实现柔性加工。

面对以上困境，各钣金加工企业也积极应对，快速响应。以下案例只是对电梯制造自动化改造的初步探索，望以下阐述对钣金从业者有一定的借鉴作用。

厅门自动生产线

电梯厅门板制作主要以钣金加工为主。早期的厅门板生产时利用数控剪板机、数控冲床、数控折弯机等通用钣金加工设备，人工单元化作业。要完成整个产品的加工，只能在对应的设备上完成不同的加工工序，加工流程节拍不一，在制品库存多，且每道工序的上料、加工、下料过程都是人工搬运，劳动强度大，生产效率低。厅门专机线的设计思路是按加工顺序将设备相互连接起来组成生产线，消除人工搬运、在制品库存等，实现电梯厅门板的自动化加工，生产线升级前后生产模式对比如图1所示。

图1 生产线升级前后生产模式对比

图2 电梯厅门板专机生产线

电梯厅门板专机生产线

电梯厅门板专机生产线（图2）的功能是：实现电梯门板从板材（定尺板）自动上料，自动输送至冲床工位，冲床根据来料尺寸规格调用相应的冲床程序，调整各冲模的相应位置，一次冲压成形，冲完后的板材流转至折弯工位，先由两台折弯机分别完成两条长边的折弯，折弯过程自动跟随托料，长边折弯完经过检测工位检测合格后，输送到短边折弯工位，由两台折弯机完成，不同宽度自动匹配不同的折弯模具，然后由自动铆接单元完成门板四角的无铆连接，再经过自动拉铆工位完成拉铆螺母安装，最后机器人自动码垛。这样一套专机生产线，可无人化的高效应对多品种、大批量的生产。由于整个加工过程中，板材全程处于毛刷台面之上，取消了人工搬运过程，所以不会产生表面划伤或留下指纹油脂，提高了产品质量。图3为电梯厅门板加工工艺流程。

图3 电梯厅门板加工工艺流程

图4 板材料库及上料装置

生产线技术开发有以下几个方面

⑴板材料库及上料装置。

该设备的功能将板料输送到定位平台上对中校正，并由输送线将板料送入冲切机，如图4所示。堆料小车共4套，在垂直于线体方向上由电机驱动进出上料系统框架。设置双料分离机构及智能双料检测装置，防止料片重张损坏设备模具，吸盘架采用真空吸盘吸取板料，吸盘按两两分组，每组吸盘可单独关闭，便于不同长度板料的生产。设置长宽尺寸检测，确保冲切程序和材料的一致性，避免报废。

⑵自动冲压模块。

图5 自动冲压模块

将上料机定位完成后的料，由皮带机输送到冲切机完成产品的冲孔、压形。主要由C形模架、四柱压力机、废料收集装置、过渡平台、底座等部分组成，如图5所示。在长度和宽度方向上，模架可伺服调整。模具的动作根据产品型号自动选择，不需要人工手动调整或者打开、关闭阀门，防止人工操作出现错误。

⑶自动折弯系统。

自动折弯系统包括长边折弯和短边折弯。长边折弯单元主线体由顶升皮带、牛眼输送平台构成，含有两台折弯机，每台折弯机负责各自单边，如图6所示。定位机构和夹紧机构由伺服电机、滑轨、夹紧气缸、推紧气缸等共同构成，用于折弯过程中门板的定位。随动托料装置由伺服控制，跟随折弯门板。短边折弯单元的板料输送采用夹持式伺服输送系统完成，伺服定位机构由电缸构成，此机构固定在随动机构上，在折弯过程中，伺服定位机构随着随动机构移动，始终保持工件被定位。宽度定位机构用于保持工件与折弯模具的相对位置，如图7所示。

图6 长边折弯系统

图7 短边折弯系统

⑷四角无铆连接模块。

四角无铆连接模块由铆压设备、伺服系统和输送设备等组成。采用四个无芯铆压机构，铆压机构由铆压枪及气缸共同构成，铆压机构固定在伺服系统上，如图8所示。伺服系统1功能：调整两铆压枪间距及门板宽度定位作用；伺服系统2功能：调整后端铆压机构的位置，以满足不同长度工件的生产。

图8 四角无铆连接模块

图9 自动拉铆螺母装置

⑸自动拉铆螺母装置。

拉铆螺母通过振动盘理料，再通过定位机构定位，以便拉铆枪取料，拉铆枪安装在伺服移动机构上。由视觉系统精确测定拉铆孔的相对位置，并由伺服移动机构带动拉铆枪移动至拉铆孔上方，使螺母顺利进入拉铆孔，如图9所示。拉铆螺母安装的质量由另一套视觉系统监控，确保产品的合格率。

⑹机器人码垛系统。

该机用于产品的机器人下料，由6轴机器人、工装车、托料平台、底座等组成，如图10所示。

图10 机器人码垛系统

钣金冲、折通用生产线

钣金冲、折通用生产线主要配置包含数控转塔冲床、板材料库系统、自动上下料装置、输送装置、数控折弯机和机器人折弯系统等，如图11所示。它的功能是实现原材料料库管理，具备多种出入库方式（根据生产线需求选择：单入单出、整入单出、整入整出）、材料库存管理、自动最优层栈选择等。通过吸盘式上料装置，吸起单张材料对其进行单张分离之后搬送到数控冲床工作台上并实施定位。单张检测装置对上料装置吸取的材料厚度进行直接测量，确认吸取的板材是否是单张。数控冲床加工完毕后，夹钳抓取加工完了的工件自动搬送到移动毛刷工作台，上下料装置独立设备，使设备停机时间降到最低，提高生产效率。

图11 钣金冲、折通用生产线

图12 冲、折全自动运行模式

丰富多彩的运行模式（冲床全自动运行—单向/同侧上下料、半自动运行、冲折联机全自动运行），冲、折连接生产时冲孔完了的板材通过输送装置送至折弯区域，由机器人完成自动折弯及码垛。鉴于冲孔、折弯的节拍存在差异，冲孔完了的板料亦可储存至料库，待折弯空闲时再行生产。控制系统具备加工计划编辑功能，编辑生产任务可实现无人化生产。电梯零部件中的托架组件、上/下梁组件以及轿底平台等均可使用该自动化生产技术。

以下为冲、折通用线几种工作模式介绍：

冲、折全自动运行模式

定尺板在冲床上加工完之后，自动搬送至折弯机器人定位上料处进行自动折弯，再由机械臂自动搬送至下一焊接用传送带或自动码垛至下料区的成品台车上，如图12所示。

冲床全自动单元运行模式

可制定加工计划24小时无人自动运行，成品可以入库，适用套料或定尺板加工，如图13所示。

图13 冲床全自动单元运行模式

冲床单体手动运行模式

手动上下料适用于加急、少量板材加工或料库故障时，如图14所示。

图14 冲床单体手动运行模式

结束语

随着市场的发展和产品更新换代，产品制造对柔性的需求会越来越大，钣金件作为消费品中主要的零件，其对柔性制造技术的依赖会日渐增加。2017年7月全球内首台国产多边折弯机在扬州市的亚威股份亮相，打破了国外产品的垄断。随着“我国制造2025”的发展，高档数控机床会在更多的全球内企业涌现出来。

——摘自《钣金与制作》 2019年第4期

推荐阅读：

钣金加工的本质和艺术性质

钣金喷涂常见问题和补救办法分享

钣金件加工中钣金图纸如何标识