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摘要：随着我国城市化发展，汽车迅速普及成为现代家庭的标配，随着汽车销量的增加，消费者越来越注重汽车外观的选择，汽车外观更新速度越来越快，汽车新结构离不开相应的冲压技术的提升，针对传统汽车薄板冲压生产线生产存在的问题，提出数控技术的应用策略，对于降低制造成本，提高生产效率，控制产品质量具有一定的指导作用。
关键词：冲压生产线：数控技术;薄板;仿真分析
引言
随着我国工业发展和人民生活水平提高，汽车逐渐成为普通家庭的标配，十年内汽车市场规模急剧增加，面对如此巨大的消费群体，各大汽车制造商都在通过各种途径提升产能，制造商进行工厂扩建、增加设备和员工等一些列手段后，缺点也非常明显，为提高产量只能增加劳动者工作时间和劳动强度，但效果均不够理想，强行对传统冲压生产线进行改造提速，也由于生产线自身基础结构问题导致产品成品率低、变形大等诸多问题[1]。针对这些问题研究数控冲压生产线是非常有必要的。
1. 汽车薄板冲压生产线概述
大部分家庭轿车车体由高强度薄钢板冲压成形，有关数据统计超过六成汽车冲压件直接采用薄板冷冲压成形，少量部件采用热压成型和铸造成型，极少数高级车身采用3D打印等技术[2]。随着消费者对车辆审美观点的变化，车身冲压件设计外形轮廓越来越复杂，尤其是很多高端汽车制造厂商公开宣传一体冲压成形车身的概念，将安全和美感概念向消费者推销，同时车型更新也越来越快，尤其是竞争激烈的中端车市场，几乎每季度都要推出新车型，新型对冲压质量和成型精度要求相应增加，尤其是我国是一个汽车工业发展较晚的国家，汽车薄板冲压是自主汽车生产企业的难点和痛点，如何改进薄板冲压生产线引起了社会广泛关注。
2.汽车薄板冲压生产线现状与分析
我国自主汽车品牌获得极大发展，但是诸多国外知名企业参与到汽车市场竞争，竞争激烈化导致新产品趋于批量小、品种多，且一种车型在市场存在的寿命也大大缩短。作为主要车体成型技术-薄板冲压成形的地位日益提高，冲压件多样化已经成为常见的要求[3]。尽管不同厂商提出了多种制造方法，但是仍有问题存在，主要表现在一下几个方面：
2.1.生产效率低。很多管理者将冲压生产线视为传统老旧工艺制品，为了降低成本，不重视其后续投资和改进，生产线设备老化，新设备和老设备之间工艺衔接性较差，造成部分机床利用率低，而有的长期超负荷运转的状态，此类瓶颈造成冲压线产生效率偏低。有的管理者会贪图眼前利益，采用增加操作者劳动时间来提高产能，忽视了合理布置设备的作用。
2.2.产品质量差。较为复杂零件冲压的传统工序为将工序多次分割，但是每次更换冲头和夹具都会增加一次误差累计，且对操作者的技术和经验依赖性大，每切换一次产品都需要较长的适应时间，在冲压生产线调整试验新产品，不仅影响正常生产，也不容易很好把握产品质量，很难适应现有变化多样的市场需求。
2.3.产线柔性不足。传统薄板冲压生产线工业布局采用单工位单工步设计模式，一台设备仅仅完成一个工序，对于形状简单且批量化冲压作业这种生产线完全可以胜任，但是很难适应小批量、多品种的市场化需求，尤其是冲压形状复杂且精度较高的作业，需要进行多次更换冲头和夹具，不仅效率低、难度大，也不能如期完工，进而影响汽车制造商的市场竞争力。
3汽车薄板冲压生产线数控技术应用策略
随着数控机床的普及，数字化薄板冲压成形技术成为柔性加工技术相对成功的一种，信息技术的进一步发展，网络技术将机械、制造工艺和控制技术通过网路串联，并将制造技术获得极大提升和改善。薄板冲压技术需要依靠新方法，新思路利用数控技术进行提升，主要从三方面进行：
3.1.依照数控技术特点设计新的工艺方法。数控控制冲压和人工控制相比，可以在设定的程序下精确完成任意位置的到达和停止，重复运动精度和可靠性得到极大提高，因此编制工艺方案时将多个工序编制在一个工位，并设置同一冲头不同的工艺参数，即可实现连续自动冲压，也可实现对不同形状产品的冲压，避免了频繁更新模具或机床，既增加了制造柔性，也降低了辅助时间，提高了生产效率。通常制造企业数控冲床采用的控制系统可分成单片机控制系统、PLC控制系统和带有运动控制卡控制系统，其中运动控制卡的控制系统拓展功能丰富，且价格适中，甚至可以实现即插即用，单片机和PLC控制系统结构简单、兼容性好，编程简单快捷可以满足大多数基本冲压机床的控制要求。依照数控冲床编制加工工艺，必须考虑不使用或者最小范围人工干预因素，以提高数控冲压自动化的要求，设置最小工位节拍，依靠可靠的数控系统取代人工操作，提升生产线运行速度，评估伺服系统、运动元件定位精度，设计新型定位方式，提高定位精度。
3.2.采用仿真技术进行工艺验证。冲压数控编程既要保证产品符合技术要求，还应促进数控设备的高效工作。传统的手工完编程方法可以适应老式生产线的运营模式，新的冲压数控生产线编程变得相对复杂，必须借助计算机辅助技术完成，以减少错误发生，新的数控计算机辅助技术主要由自动编程、有限元数值计算和虚拟制造过程仿真组成。在产品定型后，将冲压件的模型进行结构分析，确定基本的工艺方案，根据现有设备进行工艺分解，并设计相应的冲头、模具和夹具;制造方法确定后对新的工艺进行有限元数值计算，对存在的死角、应力危险区域进行改进;最终采用现有冲压生产线配套软件进行工艺过程仿真和节拍验证，最大限度较少投产前的试运行和工艺方法改进，也防止冲压产品存在制造缺陷。
3.3.設计新的数控系统。综合考虑系统的各个部件的相对运动及生产节拍，根据运动方式设计相应的计算机控制系统、伺服系统和机械传动系统，每一级进给均采用快速进给方式，设置冲头运动和进给运动不能同步运动，防止出现意外事故;设置冲头和工件夹具同步控制器，保证夹持和冲压工作的同步性，防止工件跑偏。使用廉价的开环控制，在每个工位点设置点位控制，以消除开环控制系统带来的累计误差。采用通用的控制系统，通过网络系统完成程序传输和各个工位运行状态监控。进给系统和传动系统采用低阻尼、高刚度的机械结构，并使用可消除机械间隙机构，设置弹性联轴器消除丝杠和电机主轴不共轴的影响，计算运动部件、工作部件和基座的固有频率，防止与冲压用薄板出现共振问题。
4.结论
随着国内汽车行业的迅速发展和消费者审美观念的改变，新款式汽车推出频率也越来越高，相应的薄板冲压生产线技术要求也越来越高，因此冲压生产线普及数控技术已经迫在眉睫，结合数控技术编制新的工艺方法，提高冲压生产线的柔度和效率，并引入计算机辅助技术进行数控冲压过程的计算仿真分析，压缩生产线调试和试运行周期，并引入适当的数控系统，合理配置相应控制系统和机械系统，保证冲压过程动作的准确性，对提升制造企业竞争力，降低生产成本有一定的指导意义。。
参考文献
[1]陶鹏.基于PLC的汽车冲压生产线自动化控制技术及其应用研究[D].东南大学工程硕士学位论文，2014.
[2] 张启森. 浅谈汽车车身材料的发展趋势[J]. 汽车维护与保养，2012（7）： 58-59。
[3]王莉. 金属薄板直壁件数字化渐进成形机理及工艺的研究[D].华中科技大学硕士论文.2004.
作者简介：王士敏（1986-7—），女 ，本科，2009年7月毕业于山东理工大学，助理工程师，研究方向：机械设计制造及其自动化。
关键词：冲压生产线：数控技术;薄板;仿真分析
引言
随着我国工业发展和人民生活水平提高，汽车逐渐成为普通家庭的标配，十年内汽车市场规模急剧增加，面对如此巨大的消费群体，各大汽车制造商都在通过各种途径提升产能，制造商进行工厂扩建、增加设备和员工等一些列手段后，缺点也非常明显，为提高产量只能增加劳动者工作时间和劳动强度，但效果均不够理想，强行对传统冲压生产线进行改造提速，也由于生产线自身基础结构问题导致产品成品率低、变形大等诸多问题[1]。针对这些问题研究数控冲压生产线是非常有必要的。
1. 汽车薄板冲压生产线概述
大部分家庭轿车车体由高强度薄钢板冲压成形，有关数据统计超过六成汽车冲压件直接采用薄板冷冲压成形，少量部件采用热压成型和铸造成型，极少数高级车身采用3D打印等技术[2]。随着消费者对车辆审美观点的变化，车身冲压件设计外形轮廓越来越复杂，尤其是很多高端汽车制造厂商公开宣传一体冲压成形车身的概念，将安全和美感概念向消费者推销，同时车型更新也越来越快，尤其是竞争激烈的中端车市场，几乎每季度都要推出新车型，新型对冲压质量和成型精度要求相应增加，尤其是我国是一个汽车工业发展较晚的国家，汽车薄板冲压是自主汽车生产企业的难点和痛点，如何改进薄板冲压生产线引起了社会广泛关注。
2.汽车薄板冲压生产线现状与分析
我国自主汽车品牌获得极大发展，但是诸多国外知名企业参与到汽车市场竞争，竞争激烈化导致新产品趋于批量小、品种多，且一种车型在市场存在的寿命也大大缩短。作为主要车体成型技术-薄板冲压成形的地位日益提高，冲压件多样化已经成为常见的要求[3]。尽管不同厂商提出了多种制造方法，但是仍有问题存在，主要表现在一下几个方面：
2.1.生产效率低。很多管理者将冲压生产线视为传统老旧工艺制品，为了降低成本，不重视其后续投资和改进，生产线设备老化，新设备和老设备之间工艺衔接性较差，造成部分机床利用率低，而有的长期超负荷运转的状态，此类瓶颈造成冲压线产生效率偏低。有的管理者会贪图眼前利益，采用增加操作者劳动时间来提高产能，忽视了合理布置设备的作用。
2.2.产品质量差。较为复杂零件冲压的传统工序为将工序多次分割，但是每次更换冲头和夹具都会增加一次误差累计，且对操作者的技术和经验依赖性大，每切换一次产品都需要较长的适应时间，在冲压生产线调整试验新产品，不仅影响正常生产，也不容易很好把握产品质量，很难适应现有变化多样的市场需求。
2.3.产线柔性不足。传统薄板冲压生产线工业布局采用单工位单工步设计模式，一台设备仅仅完成一个工序，对于形状简单且批量化冲压作业这种生产线完全可以胜任，但是很难适应小批量、多品种的市场化需求，尤其是冲压形状复杂且精度较高的作业，需要进行多次更换冲头和夹具，不仅效率低、难度大，也不能如期完工，进而影响汽车制造商的市场竞争力。
3汽车薄板冲压生产线数控技术应用策略
随着数控机床的普及，数字化薄板冲压成形技术成为柔性加工技术相对成功的一种，信息技术的进一步发展，网络技术将机械、制造工艺和控制技术通过网路串联，并将制造技术获得极大提升和改善。薄板冲压技术需要依靠新方法，新思路利用数控技术进行提升，主要从三方面进行：
3.1.依照数控技术特点设计新的工艺方法。数控控制冲压和人工控制相比，可以在设定的程序下精确完成任意位置的到达和停止，重复运动精度和可靠性得到极大提高，因此编制工艺方案时将多个工序编制在一个工位，并设置同一冲头不同的工艺参数，即可实现连续自动冲压，也可实现对不同形状产品的冲压，避免了频繁更新模具或机床，既增加了制造柔性，也降低了辅助时间，提高了生产效率。通常制造企业数控冲床采用的控制系统可分成单片机控制系统、PLC控制系统和带有运动控制卡控制系统，其中运动控制卡的控制系统拓展功能丰富，且价格适中，甚至可以实现即插即用，单片机和PLC控制系统结构简单、兼容性好，编程简单快捷可以满足大多数基本冲压机床的控制要求。依照数控冲床编制加工工艺，必须考虑不使用或者最小范围人工干预因素，以提高数控冲压自动化的要求，设置最小工位节拍，依靠可靠的数控系统取代人工操作，提升生产线运行速度，评估伺服系统、运动元件定位精度，设计新型定位方式，提高定位精度。
3.2.采用仿真技术进行工艺验证。冲压数控编程既要保证产品符合技术要求，还应促进数控设备的高效工作。传统的手工完编程方法可以适应老式生产线的运营模式，新的冲压数控生产线编程变得相对复杂，必须借助计算机辅助技术完成，以减少错误发生，新的数控计算机辅助技术主要由自动编程、有限元数值计算和虚拟制造过程仿真组成。在产品定型后，将冲压件的模型进行结构分析，确定基本的工艺方案，根据现有设备进行工艺分解，并设计相应的冲头、模具和夹具;制造方法确定后对新的工艺进行有限元数值计算，对存在的死角、应力危险区域进行改进;最终采用现有冲压生产线配套软件进行工艺过程仿真和节拍验证，最大限度较少投产前的试运行和工艺方法改进，也防止冲压产品存在制造缺陷。
3.3.設计新的数控系统。综合考虑系统的各个部件的相对运动及生产节拍，根据运动方式设计相应的计算机控制系统、伺服系统和机械传动系统，每一级进给均采用快速进给方式，设置冲头运动和进给运动不能同步运动，防止出现意外事故;设置冲头和工件夹具同步控制器，保证夹持和冲压工作的同步性，防止工件跑偏。使用廉价的开环控制，在每个工位点设置点位控制，以消除开环控制系统带来的累计误差。采用通用的控制系统，通过网络系统完成程序传输和各个工位运行状态监控。进给系统和传动系统采用低阻尼、高刚度的机械结构，并使用可消除机械间隙机构，设置弹性联轴器消除丝杠和电机主轴不共轴的影响，计算运动部件、工作部件和基座的固有频率，防止与冲压用薄板出现共振问题。
4.结论
随着国内汽车行业的迅速发展和消费者审美观念的改变，新款式汽车推出频率也越来越高，相应的薄板冲压生产线技术要求也越来越高，因此冲压生产线普及数控技术已经迫在眉睫，结合数控技术编制新的工艺方法，提高冲压生产线的柔度和效率，并引入计算机辅助技术进行数控冲压过程的计算仿真分析，压缩生产线调试和试运行周期，并引入适当的数控系统，合理配置相应控制系统和机械系统，保证冲压过程动作的准确性，对提升制造企业竞争力，降低生产成本有一定的指导意义。。
参考文献
[1]陶鹏.基于PLC的汽车冲压生产线自动化控制技术及其应用研究[D].东南大学工程硕士学位论文，2014.
[2] 张启森. 浅谈汽车车身材料的发展趋势[J]. 汽车维护与保养，2012（7）： 58-59。
[3]王莉. 金属薄板直壁件数字化渐进成形机理及工艺的研究[D].华中科技大学硕士论文.2004.
作者简介：王士敏（1986-7—），女 ，本科，2009年7月毕业于山东理工大学，助理工程师，研究方向：机械设计制造及其自动化。