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深度解析丨高端柔性制造技术全揽2014-12-23 制造业电商
导读：随着科技的发展和制造工艺的进步，产品呈现出市场寿命缩短，更新换代加速，最终导致中小批量生产的比重明显增加。
而这一特点在机械制造业尤为突出，其产品的多品种小批量情况更是占据很大的比例，传统的生产模式受到挑战。为解决这一现象，柔性制造技术应运而生。柔性制造技术也称柔性集成制造技术，是现代先进制造技术的统称。柔性制造技术集自动化技术、信息技术和制作加工技术于一体，把以往企业中相互孤立的工程设计、制造、经营管理等过程，在计算机及其软件和数据库的支持下，构成一个覆盖整个企业的有机系统。所谓“柔性”，即灵活性，主要表现在：
（1）产设备的加工能力能够适应大部分同类产品；
（2）能力能够根据批量进行调整；
（3）工产品的性能参数可迅速改变并及时投入生产；
（4）效地应对各类新产品的制作；
（5）对用户、贸易伙伴和供应商的需求变化及特殊要求能迅速做出反应
采用柔性制造技术的企业，闲时能满足品种多变而批量很小的生产需求，忙时能迅速扩大生产能力。柔性制造设备可在无需大量追加投资的条件下为新产品开发提供制造解决方案。柔性制造技术的应用，既解决了小批量和大批量多品种加工自动化的问题，亦很好地适应了产品不断迅速更新的需求。现实表明，柔性制造技术具有如下特点：
（1）具有较高的柔性、机构性和通用性；
（2）转产快、准备时间短；
（3）设备利用率高，可实现无人看管24h连续工作；
（4）加工质量高且稳定；
（5）运营费用低；
（6）相同产量占地面积是传统设备的60%。
由此可见，正是由于柔性制造技术的这种高效、灵活的特性使其成为实施敏捷制造、并行工程、精益生产和智能制造系统的基础，且应用日益广泛．已成为整个机械制造领域的核心技术。
钣金行业柔性制造技术应用
钣金至今为止尚未有一个比较完整的定义，根据国外专业资料，可以简单概括为：钣金是针对金属薄板的一种综合冷加工工艺，其工艺包括剪切、冲压、折弯、焊接、铆接、拼接、成形等工艺，其原材料包括碳素钢、不锈钢、铜、铝等，其显著的特征就是同一零件材质与厚度一致。钣金具有重量轻、强度高、导电（能够用于电磁屏蔽）、成本低、大规模量产性能好等特点，在电子电器、通信、交通工具、装饰、医疗器械等领域得到了广泛应用，例如在门窗、电脑机箱、汽车、家具、家电中，钣金是必不可少的组成部分。随着人们的生活水平不断提高，对产品的外形更多的追求个性化，因而钣金行业也逐渐从过去的大批量生产向中小批量生产转变，然而钣金件的需求量却不断增加。这种产量与批量的矛盾在20世纪末催生了基于钣金的柔性制造技术。
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（开卷机、校平机、去毛刺机、拉铆枪等）。过去这个设备独立成为个体对工艺进行实现，设备的加工能力单一，加工手段简单，加工范围有限，如需变更加工能力，只能通过更换模具、调换机床或调整参数来满足。而且传统的钣金加工更多的是劳动密集型作业，对操作者的依赖度过高，而钣金柔性制造技术的出现可以有效地解决以上问题。
基于钣金加工的柔性制造技术是在综合考虑产品加工需求范围的前提下，通过对钣金加工设备的开发或组合，从而建立一套能够既兼顾加工能力，又能满足生产需求的生产线。钣金柔性制造技术的发展史要追溯到20世纪30年代美国的威德曼公司研制出世界上第一台冲模回转头压力机，这标志着钣金加工行业的柔性制造技术发展开始。之后几十年，随着CNC技术的不断发展，数控冲床、数控剪板机、数控折弯机等应运而生。然而这些设备虽然对于单一工序而言，设备的加工柔性大大提高，但是这些设备仅仅属于柔性制造单元范畴，工序与工序之间的加工还是要通过人工来调度。以上情况大大制约了此后很长一段时间钣金加工技术的发展。时至今天，数控冲床、数控剪板机、数控折弯机等设备还是作为钣金生产的主要设备来使用，而我国对以上设备的开发还是更多的借鉴外国的经验，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。下面介绍几个基于钣金柔性制造技术的典型的应用案例。
萨瓦尼尼“太空船”
萨瓦尼尼公司（SALVAGNINI）由意大利著名工程师萨瓦尼尼先生创建于1963年，是世界上制造钣金柔性加工系统的最杰出代表之一。目前，萨瓦尼尼的主要产品包括S4系列冲剪复合中心，P4系列多边折弯中心，S4+P4“太空船”金属板材柔性加工生产线，S2高速冲压中心，P2/P1系列紧凑型多边折弯中心，机器人一体化的折弯机ROBOformER以及L1Xe、L3、L5光纤激光切割机等等。
作为世界金属板材柔性加工技术的典范，意大利萨瓦尼尼公司的S4+P4金属板材柔性加工线集成了萨瓦尼尼多列立体仓库，S4Xe冲剪复合中心，P4Xe多边折弯中心，各类堆垛装置和翻转装置，是最有效的金属板材生产方式之一。它最大限度地减少了原材料的物流管理，同时最大限度地提高了生产效率。无需任何中间处理，S4+P4柔性加工线即可完成对标准板材的冲压，剪切和折弯，从而生成金属板材成形零件。初始板料自动上料，而完工后的工件可以在生产线的末端直接收集。在不占用生产时间的前提下，可灵活的编程和自动设置，使得小批量的生产变得经济而且可行，乃至批量为一亦可。
S4Xe冲剪复合中心配有一套复合冲头库，冲头无需更换，最多可以同时安装46副模具，每一副模具都有一套冲压装置，能独立于其他模具，在其位置上精确地进行冲孔加工，所以整个过程无需冲头更换时间。与传统冲床相比，萨瓦尼尼复合冲头库可以大大提高生产效率，缩短加工时间；同时减少了模具的磨损，延长模具使用寿命。精确并且强大的机械手装置，使整个加工过程精度保持一致。独特的直角剪刀可以对X/Y轴进行单独或者同时剪切，剪切尺寸可以任意组合，从而实现最大的柔性。
P4Xe多边折弯中心配有萨瓦尼尼专利ABT折弯技术，这项专利技术从本质上来说是将一组原件、公式、运算法则和装置集成于多边折弯中心中，它赋予了机床可靠的性能和一致的精度，提高了机床的生产效率。一幅通用的万能折弯模具，无需更换就可以完成大部分折弯形状；全自动的上压料器调整装置ABA技术，可以在辅助运行时间内完成板料的定位和零秒调整时间。
S4+P4柔性加工线可以配置在不同的模块解决方案中，从简单到复杂以及高度自动化的配置方案。自动化方案可以带有从自动仓库上料或卸料到自动加工的装置。这使得整套设备极其富有柔性，并且它完全可以根据可用的有效空间和客户的生产加工过程的特点来进行配置。S4+P4系统可以用作冲、剪和折弯金属的组合加工中心，也同样可以作为独立的系统在一端用于冲剪毛坯板材，同时在另一端折弯不同的板材，加工柔性非常广泛。
Amada组合式柔性加工系统
日本天田株式会社（Amada）是一家集产品开发、设计、制造、教育培训、售后服务于一体并具备营销网络的集团性上市公司，其总部设在日本神奈川县。该司主营数控冲床、折弯机、剪板机、激光切割机等钣金加工机械，以及相应的模具、备件、切削产品等。2011年基于客户定制化需求，AMADA开发了第一条钣金柔性生产线。该生产线是进行板材的镶板加工的生产线，由材料收纳架、进行切断加工的剪板机、冲切加工的转塔冲床以及进行折弯加工的自动折弯中心构成。设备的加工柔性是通过一套先进的系统综合体现的。其生产过程是根据生产需求在升降货架上获取板材，然后每张板供给到下个工程，再由剪切机进行条料切割，由转塔冲床进行冲孔与开槽及成形加工后，进行旋转，由折弯机进行折弯加工，然后作为产品搬到管状滚轮台面上完成生产。该设备通过程序的变化能够根据不同的产品加工需求进行变更，从而实现加工柔性。其加工特点和萨瓦尼尼生产线相近，这里不再叙述。
该生产线的最大特点是由剪板机到转塔冲床再到折弯机以及所有物流系统均采用伺服电机控制并提供动力，从而摆脱液压系统为设备带来的诸如漏油、压力不均、过热、噪声、速度慢、能耗高等问题。设备的环保性能更高。
芬兰芬宝FINN-POWER“午夜快车”
FINN-POWER在80年代初开始生产液压冲床，至今已经有30年的钣金设备制造经验。作为一家在钣金加工自动化领域业已获得证实的领导者，FINN-POWER公司已经设计并向世界级的制造商和国际性的加工工厂提供了广大范围的先进柔性制造单元和柔性制造系统。其中，该公司所制造的“午夜快车”钣金柔性生产线在全球范围内是萨瓦尼尼生产线的主要竞争对手。FINN-POWER的“午夜快车”钣金柔性生产线采用与萨瓦尼尼公司一样的冲剪复合加工技术和基于快速换模的多边折弯技术。两种产品唯一的不同点在于FINN-POWER在冲压技术上依然采用成熟的转塔冲床技术。虽然采用转塔冲床作为冲压加工模式后在冲压过程中等待模具变化的时间增加，但由于该技术非常成熟，因此设备稳定性高，从而较好的避免了S4设备故障率高的问题。
荷兰WEMO钣金柔性加工系统
WEMO公司是一家专注于设计与制造的钣金加工设备系统集成商。该公司所制造的设备具有高度定制化的特点。该公司所生产的设备加工柔性较差，然而基于客户定制化柔性设备的设计和由于高度定制而凸显的生产速度，却使得在批量大且结构变化小的钣金加工企业具备广泛市场。WEMO的钣金加工生产线具备原材料上料、板材冲压、板材折弯乃至装配等功能。其设备的加工效率可以达到以上三个案例的数倍。WEMO公司所制造的钣金柔性加工设备在充分彰显生产刚性的同时，也能够解决一定范围内同类产品的生产，是钣金柔性加工市场的重要补充。
结语
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。在过去10年，中国的钣金柔性生产线市场由原来的2台/年发展到现在的50台/年，中国悄然成为继美国之后全球第二大的钣金柔性生产线需求国。因此了解并认识基于钣金的柔性制造技术尤为重要。上文简要介绍了柔性制造技术的发展与基于钣金的柔性制造技术的发展情况，并介绍了4个在世界范围内应用较广，综合实力较强的案例，望以上阐述对钣金同业者有一定的借鉴作用。
