我国数控压铸机床的发展与展望

我国数控压铸机床的发展与展望

中国约有200家工厂将缩短生产经营500万元以上，其中大多数是小型企业，其中一半以上分布在江苏省、山东省、南京市、浙江省和其他省市。按产品种类分,生产机械压力机的企业占40%以上,生产液压机的企业占15%,生产剪切、弯曲、校正机的企业占30%左右,生产其他锻压设备的企业约15%。按产品数量计,高、中、低档构成比约为1∶19∶80,是典型的金字塔形,即低档产品为主占80%,中档产品不足20%,高档产品仅占1%而已。工业发达国家高、中、低档产品的构成比为1.0∶6.5∶2.5,呈现橄榄球状,即中档产品为主占65%,高档产品占10%,低档产品仅占25%。我国锻压机械行业与工业发达国家的差距显而易见。值得一提的是,我国数控锻压机床与国外的差距正在逐步缩小,特别是“十五”期间的进步与发展,使产量仅占锻压设备2%的数控锻压机床,其价值量占到锻压设备总量的30%。一、数控血压机床进入实质性门槛我国数控锻压机床萌生于“七五”“八五”,较完善的技术支持形成于“九五”,数控锻压机床及其生产企业的快速发展则出现在“十五”。“八五”期间,机械工业部投入近亿元经费启动“数控专项”,研发具有自主知识产权的数控机床及其数控系统。然而,“数控专项”开发的主要是数控金属切削机床和适用于金切机床的数控系统,数控锻压机床的开发仍是步履艰难。首先,锻压机床的主机条件远不如金切机床;其次,锻压机床低速重载的驱动特性是当时数控系统和伺服系统的一大难题。然而,上世纪九十年代初,工业发达国家的数控锻压机床技术日渐成熟,数控冲剪折机床已步入实用阶段。国外的技术发展给我国锻压机械行业以深刻启迪,机械工业部济南铸造锻压机械研究所在“七五”技术储备的基础上,率先研制数控转塔冲床、数控激光切割机、数控折弯机。随后,国内一批有实力的企业,也相继开发数控锻压机床。至此,我国数控锻压机床的发展正式迈入实质性门槛。“九五”期间,我国汽车工业实施发展重点向轿车转移的战略,给锻压机械行业提供了前所未有的发展机遇。有关资料表明,轿车零件中金属板材冲压件占40%以上,而锻压行业生产的锻件60%以上用于汽车工业,锻压机械在汽车工业中的地位可见一斑。为适应汽车工业发展的需要,机械工业部在“九五”期间,以30万辆轿车为生产纲领,启动了“30万辆轿车制造技术及其关键工艺装备”专项,济南铸造锻压机械研究所、济南二机床集团有限公司等单位对相关的数控锻压机床及其生产线进行了攻关。与此同时,一批企业通过技术引进、合作生产、自主开发等方式,迅速提升产品档次、调整产品结构、研制极具市场前景的数控锻压机床。“九五”后期,我国数控锻压机床的门类已基本齐全,生产数控锻压机床的企业已形成方阵,用于数控锻压机床的数控系统已自成体系,数控锻压机床的技术支持已日臻成熟,数控锻压机床快速发展的条件业已具备。“十五”期间数控锻压机床在有力的技术支持和良好的外部环境下,在五年内取得了快速发展。快速发展主要表现在两个方面,一是生产数控锻压机床的企业形成规模,二是数控锻压机床的门类趋于齐全、水平迅速提高、产量不断增长。1.中国数控压电机床企业生产数控锻压机床的企业在“九五”期间已崭露头角,这些企业共同特点是,有一支较强的技术队伍,较早地开发出不同门类的数控锻压机床,技术引进和合作生产的步子扎实。经过“九五”的努力拼搏,这些企业在锻压机械行业中脱颖而出,形成了生产数控锻压机床的第一方阵。第一方阵由三路大军组成,一是原机械工业部直属一类研究所,二是原机械工业部国有骨干企业,三是作为后起之秀的民营企业。中国机床工具工业协会锻压机械分会统计资料和“十五”期间第七届、第八届、第九届中国国际机床展览会有关资料表明,济南铸造锻压机械研究所、济南二机床集团有限公司、齐齐哈尔二机床集团有限公司、江苏金方圆数控机床有限公司、上海冲剪机床厂、湖北三环锻压机床有限公司、济南捷迈数控机械有限公司、江苏扬力集团有限公司、江苏亚威机床有限公司等企业,是国内生产数控锻压机床的主体,其产量与产值可占国内数控锻压机床总量的70%以上。此外,扬州锻压机床有限公司、合肥锻压机床有限公司、济南捷迈锻压机械工程有限公司、江苏徐州锻压机床厂、上海第二锻压机床厂、天水锻压机床有限公司等企业生产数控锻压机床的品种和数量也在逐年增加。2.大型多工件压力机自动冲洗生产线的投入使用轿车的车身覆盖件和车身结构件是金属板材冲压件的主体,生产这些冲压件的主要设备是大型冲压生产线。大型冲压生产线有多种形式,通常以一台双动压力机与数台单动压力机为主机,配以板料传输系统与控制系统组成。国内生产大型冲压生产线的企业主要是济南二机床集团有限公司和齐齐哈尔二机床集团有限公司。通过科技攻关,以及引进德国舒勒、美国维尔森、日本小松等著名公司的设计制造技术,其自主开发能力和制造水平明显提高,为我国轿车生产企业提供了几十条冲压生产线。当前,大型自动冲压生产线所采用的柔性化技术已趋于成熟。组成冲压生产线主机的数控化,奠定了冲压生产线自动化的基础。而柔性传送技术、机外仿真技术、脱机编程技术的日臻完善;特别是模具自动交换系统的实用化,包括模具自动仓库、模具自动识别与提取、模具工作参数自动调整等技术的趋于成熟,使大型自动冲压生产线“个性化”生产、按定单生产和“准时生产”成为可能。目前较普遍的大型自动冲压生产线,由一台双动压力机与数台单动压力机串联布置。在双动压力机之前有拆垛装置,由上料车、液压顶升器、磁力分层器、真空吸盘提升器、双料检测器、磁力辊道、双料排除器、清洗涂油装置和送料装置组成;双动压力机与单动压力机之间有上下料装置,包括下料器、翻转装置、传送装置和上料器;单动压力机之间的上下料装置,由下料器、传送装置和上料器组成;最后一台单动压力机之后是码垛装置,由下料器、传送装置和码垛车组成。自动快速换模系统、自动快速调整系统、故障检测系统以及废料排除与运输系统的应用,不仅实现了冲压过程的自动化,而且实现了生产组织的柔性化。大型多工位压力机自动冲压生产线投入使用,标志着我国大型自动冲压线的技术进步。此类冲压线由一台大型多工位压力机配备拆垛装置和码垛装置组成,比传统的一台双动压力机与数台单动压力机为主机的冲压线简捷得多。带数控液压气垫装置的大型多工位压力机,将拉伸与其他冲压工序组合到一台压力机上完成。数控液压气垫通过四角控制,可调节拉伸工件的压边力,从而实现单动深拉伸,不仅简化了压力机的结构、取消了翻转装置,而且实现了压边力的优化控制,提高了拉伸件的质量、降低了工件的废品率。大型多工位压力机自动冲压生产线,代表了当前冲压生产线的发展趋势和最高水平。数控转塔冲床数控转塔冲床的发展经历了缓慢起步、趋于成熟、快速发展和日臻完善四个阶段。“八五”期间,济南铸造锻压机械研究所成功研制了我国第一台400kN数控转塔冲床。“九五”期间,国内一些企业普遍看好数控转塔冲床的市场前景,投入大量人力财力进行研制与生产,使数控转塔冲床成为我国技术支持最完备的数控锻压机床。“十五”期间,数控转塔冲床得到快速健康发展,形成了以济南铸造锻压机械研究所、江苏金方圆数控机床有限公司、湖北三环锻压机床有限公司、江苏扬力集团有限公司、江苏亚威机床有限公司等为代表的排头兵企业。江苏金方圆数控机床有限公司和济南捷迈数控机械有限公司,以其雄厚的技术力量和丰富的制造经验,不断创新,始终是国内生产数控转塔冲床企业技术进步的代表。而“十五”期间的技术引进和合作生产,成为企业迅速提高产品水平和生产能力的有效途径。江苏亚威机床有限公司与日本NISSH-INBO公司合作生产,湖北三环锻压机床有限公司引进美国STRIPPIT公司设计制造技术,是应用国外技术的成功典范。江苏亚威机床有限公司生产的HIQ-3048型300kN数控转塔冲床,其液压系统可对行程、速度、压力编程控制,冲头下死点位置精度达0.01mm,并可实现下死点保压;6轴控制(X、Y、Z、T1、T2、C),上下转盘分别驱动;三只夹钳位置均可编程设定、自动调节,以适应不同板料的需要;脱模自动检测装置对故障自动检测并中断加工程序,以免机构损坏和出现废品。湖北三环锻压机床有限公司生产的STRIPPIT-HD1500H/30型300kN数控转塔冲床,是该公司引进美国STRIPPIT公司技术生产的最新产品。该机采用德国哈雷(H+L)公司的液压驱动系统,具有结构紧凑冲压稳定的特点。“十五”期间,济南铸造锻压机械研究所开发的无离合器数控转塔冲床和江苏扬力集团有限公司开发的伺服电机直接驱动数控转塔冲床,属于创新产品。目前虽不是主流产品,却代表了产品发展的某种动向或潮流。应当指出,虽然国内产品与国外同类产品的技术水平大体相当,但代表当今顶尖水平的仍是国外著名公司的产品。数控剪板机及剪切生产线剪板机是金属板材加工的重要设备,数控剪板机是较早出现的数控锻压机床。由于数控剪板机技术上相对简单,生产剪板机的企业多数都能够生产数控剪板机。剪板机按结构分,有闸式剪板机和摆式剪板机两类;按传动方式分,有机械传动剪板机和液压传动剪板机两类。由于液压传动在控制方面的优势,数控剪板机主要采用液压传动形式,而且数控液压摆式剪板机多于数控液压闸式剪板机。国内生产数控剪板机的企业以上海冲剪机床厂、湖北三环锻压机床有限公司、江苏亚威机床有限公司等企业的产品水平与质量为上乘。“十五”期间,数控剪板机在结构与配置方面跨越了各行其道的阶段,逐步向国际主流靠拢。目前多数数控剪板机,机架采用整体焊接结构、经时效处理、具有良好的强度、刚度和精度保持性;采用集成式液压伺服驱动,极大提高了机床运行的可靠性;根据被剪板料的材质、厚度和剪切长度,自动完成剪切角度、剪切行程、刀片间隙和后挡料的调整;可配备前送料系统或后托料装置,集送料、卸料于一体,有效地提高了设备自动化程度。数控剪切生产线是以数控剪切机为基础,配以开卷机、校平机及其辅助装置组成。数控剪切生产线按剪切形式可分为横剪线和纵剪线,也有即可横剪也能纵剪的复合剪切线。数控剪切生产线可加工冷轧钢板、镀锌钢板、不锈钢板、彩涂钢板、铝板等金属板材,特别适用于车辆制造、家用电器、食品机械、包装机械以及钢板配送中心等行业。我国数控剪切生产线技术水平接近国际先进水平,板料送进最高速度可达100-120m/min,剪切定长精度为±0.3mm/2000mm,剪切板料的对角线精度为±0.5mm/2000×650mm2,剪切板料长度300-2500mm时,生产率90-20件/分。济南捷迈锻压机械工程有限公司与江苏亚威机床有限公司是国内较早研制、生产数控剪切生产线的企业,其技术实力、产品水平、市场应变能力均较出众。数控角剪机是较特殊的剪切机,用于板材的切角工序,通常与数控折弯机配合使用,是加工箱体类零件必不可少的设备。普通数控角剪机,结构紧凑、操作方便,剪切角度为90°或30°~140°可调,功能单一。多功能数控角剪机,有两个工位,主工位剪切角度为90°或30°~140°可调,辅助工位则可对板材进行冲孔或冲切。数控角剪机作为辅机,许多生产数控转塔冲床和数控折弯机的企业都生产。数控复合加工机及数控复合加工生产线数控复合加工机是继数控转塔冲床之后出现的新型数控锻压机床。该机集数控转塔冲床与数控角剪机于一体,将板材冲孔、成型及剪切工序一次完成,特别适合于有后续折弯工序的面板类工件加工。由于数控冲剪复合机的冲、剪单元共用一套数控系统、液压系统和送料机械手,与数控转塔冲床和数控角剪机整机组合比较,不仅降低了制造成本、节省了机床占地面积,而且减少了故障率。数控冲剪复合加工机可单机使用,也可作为主机组成数控冲剪复合柔性加工线。济南捷迈数控机械有限公司生产的PS31250型数控冲剪复合加工机,公称力(冲/剪)300/280kN,最大加工板材尺寸1250×5000mm,具有工件图形显示功能和RS232C接口。冲、剪滑块上死点、下死点位置可自动设定,剪切刀具间隙可编程控制,冲压与剪切工序由程序控制自动转换;冲剪一体化自动编程软件可将工件图形文件生成加工程序,并可对冲压路径、模具规格、分剪排料等进行优化。该公司生产的C1型数控冲剪复合加工生产线,以PS31250型数控冲剪复合机为主机,配以板材立体仓库、吸盘式送料机、码垛分选装置及控制系统组成,整线的钢板处理能力为8张/小时。江苏金方圆数控机床有限公司生产的APSS型数控冲剪复合加工生产线,以数控冲剪复合加工机为主机,与立体仓库、上料装置、分选装置组成。数控液压冲剪复合加工机作为新型的板金加工设备,正以其综合性能优势为越来越多的用户所认识,以复合机为主机的板材加工柔性单元及柔性系统也在此基础上得到发展和应用。数控折弯机数控板料折弯机是问世最早、应用最广泛、国内生产企业最多的数控锻压机床,已由早期的3轴发展到现在的8轴控制,配以上下料机器人和折弯机器人可形成数控折弯单元。“十五”期间,我国数控板料折弯机已进入国际先进水平的行列。高档产品普遍采用BOSCH公司或HOERBIGER公司的数字式闭路液压系统和DELEM公司和CYBELEC公司的专用数控系统;采用动态压力补偿系统、侧梁变形补偿系统、温度补偿系统、板材厚度及反弹在线检测和修正系统,保证了受力状态下工作台与滑块相对位置的精确性;以人为本的设计思想促进了机床外观及色彩的宜人化;成熟完善的工艺软件、自动编程功能及彩屏显示,可实现多种折弯工件的工艺存储与轮番生产。江苏金方圆数控机床有限公司生产的PR6C225×3100型2250kN数控板料折弯机是以上理念的具体体现。该机采用电液伺服同步控制技术及液压凸形补偿技术,集成式液压系统,荷兰DELEM公司DA69W数控系统,实现对折弯滑块Y1、Y2位置和后挡料X1、X2、Z1、Z2、R1、R2位置的8轴控制。该机可配备6轴折弯机器人,缩短折弯工序辅助时间,显著提高工件加工效率。近年来,数控板料折弯机出现了由液压驱动向机械传动回归的动向。这种回归不是机械传动简单地替代液压驱动,而是采用伺服电机带动滚珠丝杠直接驱动折弯滑块,形成新型数控板料折弯机。上海冲剪机床厂生产的ME50/2550型数控板料折弯机、江苏扬力集团有限公司生产的EB3512型数控板料折弯机和湖北三环锻压机床有限公司生产的PPH35/13型数控板料折弯机,折弯滑块由二台伺服电机同步驱动,在滑块平衡快速运行的同时,滑块挠度得到有效补偿。伺服电机直接驱动的优点在于,能耗、噪声、污染以及制造维修成本大为降低,机床的可靠性、工作速度和效率得到提高。数控激光切割机数控激光切割机是我国开发较早的数控锻压机床之一,“八五”期间济南铸造锻压机械研究所已研制出第一代数控激光切割机。经过十几年的发展,国产数控激光切割机已普遍采用了全飞行光路技术,动态加速性能更加优良;高性能数控系统和内置激光切割专用工艺软件,使机床自动处于最佳运行状态;封闭式防护舱能有效地避免辐射泄露,提高了机床的安全性能;宜人化造型设计和人性化用户界面,充分体现了以人为本的设计思想;网络连接控制技术得到应用。济南铸造锻压机械研究所生产的LCM-1212型数控激光切割机,是数控激光切割机的典型产品。该机采用了动光路技术,运动部件重量轻、惯量小,使切割机动态特性大为提高。运动机构由精密滚珠直线导轨、精密滚珠丝杠及成对精密滚珠轴承组成,使机床运动速度快、精度高;激光切割头配有反应灵敏的电感式自动寻找焦点检测系统,可实现板面不平整的有效切割;数控系统的内置激光切割专用工艺软件,可自动设定激光切割时所需的激光功率、切割速度、打孔时间、激光焦点位置等切割参数。应当指出,与国外著名公司产品比较,我国激光切割机水平尚有明显差距。国内企业生产的激光切割机基本上是三轴控制的平面切割机,真正意义上的五轴控制实现三维切割的商品化产品尚未出现。数控弯管机国内原生产数控弯管机较著名的企业,近年来处于发展迟缓状态,目前活跃在国内市场上的是企业规模较小。如张家港和丰机械制造有限公司、旭东机械(昆山)有限公司和上海国青机械有限公司生产数控弯管机,采用双层模设置,液压比例伺服,送料和旋转2轴数控或送料、旋转、倾斜、弯曲4轴数控。采用触摸屏控制,对每一个弯都可作速度、角度、补偿值以及脱模间隙的设定;具有3D图形预视功能,可以不同角度对制件监控。国内企业虽曾成功研制过数控弯管单元,但未形成商品化产品。我国数控锻压机床的快速发展,技术水平与产品门类接近国际先进水平,市场供应能力也大幅度提高。虽然目前数控锻压机床的产值占锻压机械总量的比例仍然很低,国产数控锻压机床尚不能满足国内日益增长的需求。但从另一个层面讲,数控锻压机床的上升空间很大,发展前景广阔。二、数控5.2发展重点从锻压机械产量产值分析,数量占85%以上的机械压力机,产值仅占65%;液压机、剪切机和弯曲校正机产量之和仅12%,产值之和却占30%以上;占总产量2%的数控锻压机床,价值量接近总量的30%。由此可见,减少普通机械压力机特别是小型、低档机械压力机的产量,提高大中型锻压机械的产量,多生产高技术附加值的数控锻压机床,努力提高锻压机械的数控化率,是今后相当长一段时间内锻压机械行业的重要目标。数控锻压机床,不仅有其发展的必要性,而且具备持续快速发展的条件。一是良好的发展环境和市场需求。汽车、机械、电力、航空航天等工业持续高速发展,市场对锻压机械的需求大量增加,给企业营造了一个难逢的发展机遇。二是产业发展的惯性有利于在一段时间内继续保持增长势头。“十五”以来,锻压机械行业始终以30%的速率持续增长,关于加快振兴装备制造业等政策的实施,对锻压机械行业特别是数控锻压机床的发展起到强劲的拉动作用。“十一五”期间,我国锻压机械行业的发展重点是加快产品构成比向合理化方向的转化,努力提高中高档锻压机械产品特别是数控锻压机床的产量,满足日益扩大的国内市场需求,改变目前大量进口锻压设备的现状,进而努力扩大出口、提高国际市场占有率。从技术层面上讲,数控锻压机床有两点值得提及。其一,数控锻压机床在门类和主要技术指标方面基本达到或接近工业发达国家的先进水平,但产品的总体水平低于国外。作为典型的数控锻压机床,大型冲压生产线、数控转塔冲床、数控复合加工机、数控激光切割机、数控剪切折弯设备等,其技术指标、结构性能与世界知名公司的设备基本相当。但如果对其进行综合评价,在可靠