張禮峰 萬 燦

（江蘇金方圓數(shù)控機床有限公司，揚州 225127）

目前，鈑金加工設備正處于快速發(fā)展階段，尤其激光加工技術在鈑金加工方面得到了廣泛應用，市場需求也越來越多。但是，很多工廠面臨一些問題：一是招工難，人員流動性大；二是技術工人熟練度不高，生產(chǎn)效率低；三是產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。此背景下，客戶對鈑金加工生產(chǎn)線的個性化需求不斷提高，使得激光切割機單機加工朝著智能化和自動化的鈑金柔性生產(chǎn)線方向不斷發(fā)展。本文主要介紹一種懸臂型自動化設備及其在激光切割加工中的幾種應用布局，通過統(tǒng)一的信息化控制，將其與激光切割機有機結(jié)合，能夠提升生產(chǎn)效率，降低用工成本，最大限度提升設備的綜合產(chǎn)能。

1 懸臂型自動化設備

懸臂型自動化設備由提升機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、上下料復合機械手、測雙料裝置、上料定位裝置、安全防護以及電氣通信部分組成。此自動化設備優(yōu)勢明顯，可與3 m×1.5 m或4 m×2 m臺面的激光切割機配套，最大處理板厚可達到12 mm（420 kg或750 kg），能夠滿足客戶大部分的需求。此外，該設備開放性好，方便原材料放置和下料碼垛的成品轉(zhuǎn)運[1]。

1.1 提升機構(gòu)

提升機構(gòu)是懸臂型自動化設備的主要部件。它的立柱由大截面、高強度的型鋼制作而成，具有強度高和穩(wěn)定性好的優(yōu)點。整個設備在運行過程中可靠性好，振動小，無噪聲。提升機構(gòu)采用重載直線導軌進行導向。鏈輪鏈條傳動結(jié)構(gòu)通過配重結(jié)構(gòu)設計，在提升機構(gòu)設計選型時能夠有效控制減速電機的大小，同時可以提高提升機構(gòu)的動態(tài)性能，并通過變頻器+編碼器的閉環(huán)控制方式保證運動精度。

1.2 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)

旋轉(zhuǎn)機構(gòu)由懸臂梁、回轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)以及插銷定位機構(gòu)組成。其中：懸臂梁由高強度厚板折彎焊接而成，強度高，變形量??；回轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)為大小傘齒輪傳動結(jié)構(gòu)，同時回轉(zhuǎn)中心采用關節(jié)軸承支撐結(jié)構(gòu)，承載高，穩(wěn)定性好，可保證整個旋轉(zhuǎn)運動平穩(wěn)流暢；插銷定位機構(gòu)可在懸臂梁旋轉(zhuǎn)至設定位置時進行精確定位，定位精度高。

1.3 上下料復合機械手

上下料復合機械手是懸臂型自動化設備的重要部件，由上料機械手和下料機械手復合而成。上料機械手由鋁型材拼裝而成，結(jié)構(gòu)簡單，外觀美觀，并配備一定數(shù)量的真空吸盤。真空吸盤位置可根據(jù)板材實際尺寸進行調(diào)整，且采用了分區(qū)控制方式，可滿足客戶大部分標準規(guī)格板材的要求。下料機械手采用對叉的結(jié)構(gòu)方式，直線導軌導向+鏈輪鏈條的驅(qū)動結(jié)構(gòu)，結(jié)合減速電機雙邊驅(qū)動的方式，運動穩(wěn)定可靠。下料貨叉由工業(yè)鋼管組成，鋼管布置密度高，拆卸方便，與激光切割機工作臺齒板密度匹配，可滿足小料的下料需要。下料機械手具有下料高度自適應功能，可根據(jù)下料碼垛的高度實時調(diào)整下料機械手的卸料高度，以滿足下料碼垛整齊的要求，還能在一定程度上減少零件劃傷[2]。

1.4 測雙料裝置

測雙料裝置通過夾爪機構(gòu)利用位移傳感器測量板材厚度。機械手吸取板材時，夾爪機構(gòu)會夾緊板材。位移傳感器將模擬量信號發(fā)送至數(shù)控系統(tǒng)，系統(tǒng)將從位移傳感器提取的數(shù)據(jù)與預先設置的數(shù)據(jù)進行比對，判斷機械手是否只吸取了一張板材。此裝置可防止機械手一次性吸取兩張或多張板材，避免后續(xù)加工環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常事故。

2 懸臂型自動化設備在激光切割加工中的幾種應用布局

此懸臂型自動化設備應用布局多樣，可根據(jù)客戶的個性化定制需求和客戶廠房的空間要求，選擇不同的應用布局。下面介紹幾種主要的布局。

2.1 三工位布局

懸臂型激光切割生產(chǎn)線三工位布局是最經(jīng)典的布局方式。上料、下料各一個工位，激光切割機工作臺一個工位，三者分布在互相垂直的3個方向上，具體布局如圖1所示。

圖1 三工位布局

2.1.1 自動上料

人工通過叉車或行車將一垛原材料放置在上料工位，并與X、Y兩個方向定位裝置靠齊。操作人員確認加工前準備工作都完成的情況下，在激光切割機操作界面上點擊“加工開始”按鈕，使激光切割機向懸臂自動化設備發(fā)送上料請求信號[3]。

上料機械手下降至板材上表面時，提升機構(gòu)停止動作，真空系統(tǒng)根據(jù)板材規(guī)格大小打開對應的真空吸盤吸取板材。在這個過程中，板材氣動分張機構(gòu)開始作業(yè)，將第一張板材與下面的板材分開，然后測雙料機構(gòu)檢測板材厚度。經(jīng)過數(shù)據(jù)對比，如果確認是單張板材，則繼續(xù)執(zhí)行上料動作。成功吸取板材后，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)旋轉(zhuǎn)至激光工作臺上方，真空系統(tǒng)斷氣，隨后將板材放置在激光切割機工作臺上，提升機構(gòu)抬起并返回上料工位。再次執(zhí)行上料流程，對激光切割機的另一工作臺進行上料。

2.1.2 激光切割加工

上料完成后，發(fā)送信號給激光切割機。激光切割機接收到信號后，使帶有板料的工作臺自動移動至激光切割區(qū)域啟動加工程序，此時激光切割機開始對板材進行切割加工。

2.1.3 自動下料

激光切割加工完成后，激光工作臺開出加工區(qū)域，然后給懸臂型自動化設備發(fā)送下料請求信號。接收到信號后，下料機械手旋轉(zhuǎn)至工作臺上方，打開下料貨叉并將切割的零件叉起旋轉(zhuǎn)至下料工位，啟動卸料高度自適應功能，將切割好的工件整齊碼垛在下料工位。自動上料、激光切割加工、自動下料循環(huán)，可實現(xiàn)整個激光切割加工的全自動化與無人化。

2.2 配單列庫三工位布局

配單列庫三工位布局（見圖2）可實現(xiàn)長時間無人化工作。單列倉庫主要具備板材存儲管理和自動轉(zhuǎn)運功能，可提高倉儲利用率，大幅降低物流強度和土地成本，使員工專注于核心工作，從而獲得更穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量和更高的生產(chǎn)效益[4]。

圖2 配單列庫三工位布局

2.2.1 單列庫存儲和板料轉(zhuǎn)運

（1）存儲。人工通過叉車或行車將一垛板材放置在單列庫入庫口，并與定位桿靠齊。堆垛機將垛板料轉(zhuǎn)運至倉庫指定貨格，并在操作系統(tǒng)中輸入板材規(guī)格信息。以此循環(huán)操作，將激光切割加工所需板料全部存儲至單列庫貨格。

（2）轉(zhuǎn)運。根據(jù)激光切割機發(fā)送的上料請求信號，單列庫將對應規(guī)格的一垛板料從貨格中取出，并通過出料機構(gòu)自動轉(zhuǎn)運至懸臂自動化設備上料工位。

2.2.2 無人化工作

根據(jù)生產(chǎn)計劃任務對板材規(guī)格的要求，此布局可通過單列倉庫自動切換原材料板材規(guī)格，實現(xiàn)24 h無人化工作，大大降低了設備對人員的依賴，提高了生產(chǎn)效率。

2.3 三工位零件自動分揀碼垛布局

下料碼垛后，前述兩種布局會導致零件和廢料疊加在一起，需要進行人工分揀，嚴重影響了工作效率，且不能滿足切割好的零件自動轉(zhuǎn)至折彎工序的要求[5]。在此背景下，介紹一種三工位零件自動分揀碼垛布局方案，如圖3所示。

圖3 三工位零件自動分揀碼垛布局

2.3.1 自動分揀

激光切割加工完成后，上下料機械手旋轉(zhuǎn)至工作臺上方。上料機械手的所有真空吸盤都通過總線閥組單獨控制。分揀碼垛軟件解析零件加工程序，根據(jù)解析結(jié)果確認加工零件的位置和形狀信息，并根據(jù)這些信息控制總線閥組系統(tǒng)打開對應的真空吸盤，將切割好的零件分揀吸起。

2.3.2 廢料自動下料和零件自動碼垛

下料機械手將廢料叉起，機械手旋轉(zhuǎn)至下料及分揀工位，同時廢料車移動至此工位。機械手先將廢料卸載到廢料車上，待廢料車開離下料及分揀工位，機械手再將零件整齊碼垛在分揀工位上。如此循環(huán)，可實現(xiàn)上料、激光切割加工、分揀碼垛以及下料等一系列自動化操作流程。

3 結(jié)語

本文介紹了一種懸臂型自動化設備及其與激光切割機配套的幾種布局方案。通過分析可知，該設備與激光切割機組成的柔性生產(chǎn)線不但能增加產(chǎn)能，提高生產(chǎn)效率和設備回報率，還能讓企業(yè)在未來的市場競爭中占據(jù)優(yōu)勢地位。