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焊接动态

数控冲床、折弯机、激光切割等装备的技术与应用现状

国内数控转塔冲床的现状

国产数控转塔冲床年产量约3000台,生产企业有20多家,具有完全知识产权的代表性厂家,其产销量占国内市场的60%以上,属中低档产品,可靠性、性能尚可,性价比较高。数控伺服电机主传动转塔冲床已经出现。伺服转塔冲床的技术逐渐成熟,取代液压冲床趋势明显,近几年已有较大进展。
在国产数控冲床单机发展的同时,附属自动化装置及其成套化装备也有长足进步。如数控冲床配置自动上下料装置,成为自动化板材加工中心;板材加工中心再配置小型自动化仓库(一般为单列),成为柔性加工单元(FMC);以数控冲床和直角剪板机,或数控冲剪复合加工机为主机,配置物流系统和大储量自动化立体仓库,成为板材柔性加工系统(FMS)。
国产配套件的性能与可靠性有待提高,核心功能部件有待研发完善。国产数控冲床配套的液压动力头、大扭矩伺服电机及其控制器、数控系统、滚珠丝杠、直线导轨等,大都采用进口产品。数控系统主要选用日本FANUC、德国SIEMENS公司产品;精密滚珠丝杠、直线导轨选用德国、日本、中国台湾上银科技等公司产品。模具是消耗品,国外供应商家主要有美国的Wilson公司、MATE公司、日本AMADA公司,国内供应商有广东启泰、北京兆维等。
 
数控转塔冲床的发展趋势
数控冲床的发展表现在高速、多功能、节能环保等方面。冲压动力装置技术进步最快,伺服电机主传动数控冲床(数控伺服冲床),控制更加灵活、节能环保显著,已渐成主流。大扭矩伺服电机通过曲柄连杆,或连杆或凸轮机构,将其旋转运动转化为滑块的直线往复运动,滑块运动的速度和位置均可编程控制;不冲压时主传动停止,不消耗能量,运行噪声很小。
 
与国际先进水平的差距
国际著名品牌产品引领着数控冲床发展的方向。国产产品在高速、多功能、节能环保等方面还有差距。如日本AMADA 公司EM系列数控冲床,以专用大扭矩盘式伺服电机直接驱动曲轴;模位数多达70个,可实现切割、滚压、折弯、刻印等多种加工,成为小钣金件加工中心;主电机运行可以编程控制,冲压噪声小,电机制动能量可回馈储存;可靠性高;其上许多外围设备也有很高的技术水平,如机外模具库和机床原有模具库可自动交换模具,实现模具数量扩展下的不停机加工;此外,在软件、网络控制方面也有独到之处。
国外著名厂商的板材柔性加工系统技术先进成熟。我国数控伺服冲床的技术指标逐步提高,正在接近国际领先水平。
 
国产数控折弯机现状
我国有众多折弯机生产企业,数控折弯机年产量约达15000台,达到国际先进水平,除满足国内需要外,正以较快增长速度销往国际市场。我国数控折弯机的公称力从几百千牛到数万千牛,单机型折弯长度达12.5米,双机联动机型可达24米,也可以根据需求制造更大规格。在数控液压折弯机中,电液伺服同步折弯机约占一半。高端数控折弯机指8轴及以上,高速、高精度、配有折弯专家系统的折弯机。我国生产的高端折弯机,和国际领先水平尚有差距,主要表现在速度和精度上。
我国的数控电液伺服同步折弯机,其液压系统通常成套采购德国博士—力士乐公司或贺尔碧格公司的产品;数控系统采用荷兰Delem 系统或瑞士CYBELEC公司的系统;滑块两侧行程检测主要用德国HEIDENHAIN公司光栅尺。这些性能优良的关键配套件保证了折弯机的性能。我国折弯机制造分工越来越细,油缸、机架、模具、电气控制系统都有专业厂家生产,制造越来越精细。我国不仅能制造通用数控折弯机,也能制造各种大型特种折弯机。
 
数控折弯机的发展趋势
扭轴同步折弯机结构复杂,可能出问题的环节较多,数控折弯机以电液伺服同步淘汰扭轴同步是必然趋势,随着电液集成系统国产化,降低制造成本,其淘汰速度会加快。
数控折弯机加工过程中工件呈空间运动,两轴送料装置不能满足工作要求。为实现折弯加工自动化,需配用机器人来完成工件的夹持和取放。数控折弯机和机器人形成折弯中心,联合动作,无需人工干预,自动完成折弯加工,由于折弯模具不能随时组合或更换,有时不能连续完成一个工件的多道折弯。
日本村田公司开发了一种自动换模折弯机,可预装3套模具。为实现折弯过程自动化,意大利萨瓦尼尼公司率先研制成功了板料四边折边机。该机床的模具和压料能自动组合,工件在平面内运动,较好地实现了折弯自动化。该机床完全不同于传统的数控折弯机,市场前景很好。
各生产厂为提高折弯精度不懈努力。影响折弯精度的因素较多,有机床制造精度、机架刚性、滑块刚性、滑块同步、滑块行程精度、模具制造精度、板材尺寸和材质等。
 
激光加工概况
随着光、机电、材料、计算机、控制技术的发展,激光加工已成为新的加工技术。具有显著优点:加工对象广泛、热变形及热影响区小、加工精度高、节约能源,为非接触式加工,可自动化加工,提高了产品质量和劳动生产率、减少材料消耗、降低污染等。
激光加工可实现切割、打孔、焊接和材料改性(热处理、熔融及涂敷等),与其他工艺相比,具 有 高 速 度 、 高 精 度 和 高 适 应 性 , 激 光 割缝 窄(0.05~0.5mm)、焊接热影响区小,因而热变形小、切割断面质量好,同时焊缝致密、加工污染小、无噪声;激光可切割大部分的金属及非金属材料,无需模具,可代替复杂模具的冲切加工,能够大大缩短生产周期和降低生产成本。
国内外激光切割机现状
激光切割在激光加工中发展最成熟、应用最广泛。据美国《Industrial Laser Solutions》杂志报道,用于金属加工的激光器的销售收入约占到激光器销售总额的72%。
光纤激光器具有经济、高效、绿色环保的显著特点,是工业激光切割领域的后起之秀,其发展与应用已远超CO2激光器和固体激光器。
目前,国外从事激光切割技术系统集成的企业约30余家,在中国市场销售的企业主要分为欧洲板块:德国TRUMPF、德国MESSER、瑞士BYSTRONIC、意大利PRIMA、芬兰FINN-POWER、比利时LVD;亚洲板块:日本的AMADA、MAZAK、NTC、MITSUBISHI、韩国HAN KWANGN、中国台湾FAVOR LASER。大功率激光器的制造商有7家,分别为:德国ROFIN SINA、日本FANUC、美国PRC、日本PANASONIC、日本MITSUBISHI、美国COHERENT、美国CONVERGENT LASER以及最新兴起的光纤激光器厂家,如美国IPG、英国SPI等。目前欧洲系统集成商的技术水平优于亚洲系统集成商。
国内从事生产大功率激光器及激光加工设备的单位有30余家,主要厂家有华工激光、大族激光、济南铸锻所、亚威、领创激光、团结普瑞玛等。他们的产品技术先进,与国外产品相比,有价格和售后服务优势,因此综合性价比高,占据了国内市场的70%以上。上述国内外厂家,都具备生产CO2激光切割机和光纤激光切割机的能力,可满足不同用户的个性化需求。
据统计,截止2013年底,我国激光切割成套设备的保有量约12000台(套)。其中,大功率激光切割成套设备的保有量达3000台(套),应用涉及汽车、船舶、航空、核工业、机械制造、钢铁、纺织、石油、激光加工中心等多个行业和领域。2014年光纤激光快速发展,从每年几千台到2017年近三万台。
 
激光切割机的技术能力及水平
目前国产激光切割机的年销量已占国内全部销量的2/3以上,已逐步替代进口。几个规模较大的切割机生产商如济南捷迈、上海团结普瑞玛等已经实现稳定出口。
作为激光切割机核心部件的激光器,在我国也取得了较大的进步和发展,以武汉光谷科威晶公司、深圳大族激光生产的CP系列和TK系列CO2激光器,武汉锐科公司生产的光纤激光器为代表,拥有自主知识产权,振兴了我国的民族激光产业。
由于我国激光产业起步较晚,激光切割机行业与世界先进水平存在较大差距。我国激光切割机产业应采取重点突破战略,组建多种投资体制和产业集团,逐步形成规模生产,实现商品化、市场化、产业化。同时,重视和促进科技研发,加快与国际厂商的交流与合作,提高行业水平,参与全球同行业的高端竞争。
 
激光切割机的发展趋势
(1)向高速、高精度方向发展。由于光纤激光器、高功率CO2激光器光束模式的改善、32位微机及新型驱动方式的应用,为激光切割设备的高速、高精度创造了有利的条件。如TRUMPF公司生产的TRUMETIC L7050型激光切割机,最大切割速度可达50m/min,两轴快速运动可达350m/min。日本生产的SPL350系列激光切割机,切割速度24m/min,定位精度达0.01mm/500mm。
(2)向切割厚板和大尺寸工件方向发展。随着激光器功率增大,激光切割正从切割薄板向厚板发展。如日本的LMXIV—TF6000B型和LASERTEX—S型激光切割机,都装有6kW级大功率激光器,能切割最大厚度达32mm的低碳钢板大尺寸工件。还有的激光器功率达10kW,可切割55mm厚的钢板。由于厚板激光切割技术的改进,已可用2kW的激光器切割通常需要用6kW激光器才能切割的32mm厚的低碳钢板,并用于生产。
(3)向切割立体工件方向发展。为了满足汽车、航空等工业切割立体工件的需要,目前已发展了各种5轴或6轴三维激光切割机,数控最多轴数达到9轴。如PRIMA工业公司生产的OPTIMA型6轴激光切割、焊接机,加工速度快、精度高,加工误差在0.1mm之内。三维激光切割机,正向高效率、高精度和多功能方向发展,应用范围愈来愈大。
(4)向自动化和无人化方向发展。发展这种高技术系统,必须要发展多种自动化系统,并发展可靠的装载、卸载装置和计算机生产管理系统等。目前国外已出现各种激光切割单元,并出现了由六台大型激光切割机为核心组成的无人化切割工厂。
(5)向占地小、组合化方向发展。随着激光器体积缩小和功率增大,以及辅助装置的改进,出现了把激光器、电源、主机、控制系统和冷却水循环装置等紧密组合,形成占地面积小、整套化的激光切割机。如日本生产的FLCON—S型高速、高精度激光切割机,其整套设置的空间仅为2450mm×2340mm×1670mm,比常规激光切割机节省了70%的空间。此外,激光切割技术,正与焊接、表面淬火、折弯等工艺组合。以发展一机多用,进一步提高设备的利用率。
 
《中国制造2025》与钣金加工装备展望
中国制造2025,是谋划示范工业4.0、全力打造工业3.0和弥补工业2.0同时并举,既要实现传统产业的转型升级,又要实现高端领域的跨越发展,任务复杂而艰巨。
钣金行业的装备制造和装备使用企业,在转型升级和跨越发展过程中,对自动化、智能化和网络化都应给予足够的重视,应把实现智能制造作为一条发展的主线。
伺服驱动与控制是智能制造的重要环节。以伺服驱动为核心,将运动控制、逻辑控制和顺序控制进行完美的结合,可以形成快速、精准、节能、高效的智能化控制。如现在的钣金装备中,出现的数控伺服转塔冲床、数控伺服折弯机等新型锻压机械,相应地配以自动化装置的冲、切、折伺服钣金柔性系统等,是钣金装备发展的新型式之一。
上述系统中各个单机的高刚度、高精度、高可靠性和高精度保持性,是整个智能加工系统稳定运行的关键。精良的机械设计与制造技术、传感与电控技术、数字化伺服驱控技术、总线控制技术等是构成智能制造系统的重要技术基础与环节。现在认为,智能制造就是生产全周期从自动化升级成智能化,即扩展到“工厂+信息系统”替代人的控制,“生产线+传感器”替代人的监督,“精密加工装备+算法”替代人的技艺等,进而出现“智能工厂”、“无人工厂”。在这样的产业框架基础上,进一步融入“互联网+”的概念与内涵,实现生产全周期全流程端对端互联,实现供应链和制造链多样、灵活、高效、快捷的新业态或许是钣金行业的未来愿景。
 
(中国锻压行业资深专家宋拥政教授、《金属加工》编辑&记者王建宏 供稿)
 


 
 来源:金属加工