激光切割機自動(dòng)上下料設備的研究

二十一世紀以來(lái)，在鈑金加工領(lǐng)域，CO2激光切割機逐步被光纖激光切割機所取代。高質(zhì)量、高精度、高效率、大幅面、低成本成為光纖激光切割機的發(fā)展趨勢，同時(shí)隨著(zhù)企業(yè)人工成本增加和人工效率低等缺點(diǎn)的持續突顯，機械加工的自動(dòng)化應運而生。

本文介紹了光纖激光切割機自動(dòng)上下料設備，該設備主要包括可移動(dòng)式原料(成品)臺車(chē)、機架部件、吸料裝置、叉料裝置等，具有自動(dòng)上下料、扳角分層、自動(dòng)進(jìn)出料等功能，有效降低了生產(chǎn)過(guò)程對人的依賴(lài)程度。

設計原理及參數

針對雙工作臺式光纖激光切割機，配套的自動(dòng)上下料設備其結構如圖1、圖2所示，采用控制系統進(jìn)行控制，可以實(shí)現手動(dòng)或自動(dòng)上下料的整套流程操作，同時(shí)可實(shí)現不同長(cháng)寬、厚度板材的精確定位。

激光上下料工藝流程

自動(dòng)上下料設備具有智能化的控制系統，激光主機與上下料系統配套工作，可手動(dòng)實(shí)現原料臺車(chē)進(jìn)退、成品臺車(chē)進(jìn)退、叉料收張、吸盤(pán)分區開(kāi)關(guān)、X軸點(diǎn)動(dòng)移動(dòng)、Z軸點(diǎn)動(dòng)移動(dòng)等操作。

自動(dòng)運行時(shí)，原料臺車(chē)預上料—原料臺車(chē)開(kāi)進(jìn)、成品臺車(chē)開(kāi)出—Z軸下行、吸盤(pán)吸料—吸盤(pán)上料—交換工作臺—尋邊、切割—交換工作臺—成品臺車(chē)開(kāi)進(jìn)—下料至成品臺車(chē)臺面，可以實(shí)現一整套動(dòng)作的全自動(dòng)循環(huán)運行，前提是需要切割機發(fā)送上料或下料信號，配合主機使用。

主要組成部分及功能

橫梁傳動(dòng)

橫梁在機架上的傳動(dòng)可以采用兩種方式，一種是采用進(jìn)口高精度直線(xiàn)導軌作導向，以精密齒輪齒條作傳動(dòng)裝置（圖3），保證了機床的定位精度和重復定位精度，上下料方向（X軸方向）可與激光切割機機身方向平行或垂直，由伺服電機控制，可以精確保證叉料叉齒間距與激光工作臺齒距相匹配。

另一種是采用鏈條鏈輪傳動(dòng)的方式，以滾輪或直線(xiàn)導軌作導向，采用鏈輪帶動(dòng)短節距精密滾子鏈實(shí)現傳動(dòng)，上下料方向（X軸方向）只可與激光切割機機身方向垂直，用于傳動(dòng)精度要求不高的場(chǎng)合，同時(shí)也分為兩種情況：⑴鏈條與橫梁固定，鏈輪與電機放置于機架上，帶動(dòng)橫梁沿X軸方向移動(dòng)，如圖4所示；⑵鏈條與機架固定，鏈輪、電機放置于橫梁上，帶動(dòng)橫梁沿X軸方向移動(dòng)，如圖5所示。

吸料裝置

吸料裝置構成如圖6所示，板材位于原料臺車(chē)上，原料臺車(chē)上的強力磁鐵將板材分層；吸料裝置經(jīng)電機驅動(dòng)，水平運動(dòng)至原料臺車(chē)正上方；Z軸經(jīng)電機驅動(dòng)，豎直向下運動(dòng)，平衡氣缸下腔體受壓排氣，吸盤(pán)架落至原料臺車(chē)待加工板材上，同時(shí)叉齒張開(kāi)；吸盤(pán)由真空發(fā)生器抽真空（吸住板材）；扳角氣缸運動(dòng)，將板材翻板，便于分層；吸料裝置上行至一定高度同時(shí)叉齒收縮，經(jīng)X軸電機驅動(dòng)并運動(dòng)至激光切割機交換工作臺正上方；Z軸下行，叉齒張開(kāi)，吸力解除，完成上料工作。

叉料裝置

叉料裝置主要由料叉伸張驅動(dòng)機構、擋料架、料叉組成，如圖7所示，在激光切割機完成板材切割加工以后，X軸電機驅動(dòng)叉料裝置運動(dòng)至交換(升降)工作臺上方，Z軸下行，料叉張開(kāi)隨后在工作臺齒距間隙中收縮，并將板材托起；叉料裝置上行，經(jīng)X軸電機驅動(dòng)至成品臺車(chē)上方；Z軸下行，料叉張開(kāi)，將已加工板材放于成品臺車(chē)上；料叉收緊，叉料裝置上行，完成下料操作。

移動(dòng)式臺車(chē)

移動(dòng)式臺車(chē)由原料臺車(chē)和成品臺車(chē)組成，如圖8所示，原料臺車(chē)負責放置未加工板材，成品臺車(chē)用于放置已加工的板材，兩車(chē)分類(lèi)擺放。在放置大幅面板材時(shí)，考慮到多張板材放置于小車(chē)上重量較重的情況，兩個(gè)移動(dòng)式臺車(chē)都采用鏈輪鏈條式傳動(dòng)，避免采用摩擦傳動(dòng)易出現打滑的現象。如果板材幅面較小如3000mm×1500mm，重量較輕，可以使用減速電機通過(guò)鏈條傳動(dòng)帶動(dòng)鏈輪轉動(dòng)，使得移動(dòng)式臺車(chē)實(shí)現滾輪滾動(dòng)運行。

激光切割機

本設計中使用的光纖激光切割機采用龍門(mén)式結構、鑄鋁橫梁、日本高精度直線(xiàn)導軌、進(jìn)口精密斜齒輪齒條和絲杠傳動(dòng)，保證了定位精度和重復定位精度?？刂葡到y可自由選配，采用IPG光纖激光發(fā)生器，隨動(dòng)系統采用非接觸式電容傳感器，切割機具有反應快、精度高等特點(diǎn)。

當自動(dòng)上下料設備將待加工板材放至激光切割機交換工作臺后，數控系統接收到有料信號，將有板材的工作臺移動(dòng)至激光切割頭下方，對板材進(jìn)行加工。加工完成后，驅動(dòng)電機與叉料裝置配合完成下料操作。

自動(dòng)上下料設備的優(yōu)勢及發(fā)展前景

⑴吸盤(pán)自動(dòng)上料。傳統人工上料時(shí)，例如3m×1.5m薄板至少需要三個(gè)工人抬板上料，過(guò)重的板材需使用電葫蘆輔助上料，一張板材所耗費的時(shí)間至少為三分鐘，且安全風(fēng)險很大。使用吸盤(pán)自動(dòng)上料后，只需人工按鍵操作，耗時(shí)10秒即可完成上料，因設備的人機工程及安全防護措施到位，人身傷害及安全事故為零，非常好的避免了開(kāi)放式生產(chǎn)易對人身造成傷害的弊病，同時(shí)提高了工作效率，降低了人工成本。

⑵可以滿(mǎn)足用戶(hù)多樣化的需求。生產(chǎn)場(chǎng)地狹長(cháng)時(shí)，設備可采用從機身工作臺后方上料的方式；場(chǎng)地較寬敞時(shí)，可采用從機身側面上料的方式；根據用戶(hù)不同的需求，滿(mǎn)足多樣化的生產(chǎn)條件，實(shí)現柔性化生產(chǎn)，同時(shí)還能夠保證結構緊湊，占地面積小。

⑶系統整體自動(dòng)化程度高。激光切割機自動(dòng)上下料設備通過(guò)一鍵操作即可實(shí)現板材上料-切割-下料整個(gè)流程的循環(huán)操作，也可以手動(dòng)操作，分步進(jìn)行，可搭配立體料庫，將不同厚度的材料智能分層管理，控制方便。

⑷可以隨時(shí)進(jìn)行功能拓展，實(shí)現多臺機器共線(xiàn)生產(chǎn)。一臺自動(dòng)上下料設備可給多臺激光切割機上下料，后期如擴大生產(chǎn)可采用多臺并聯(lián)的方式，在不改變固有結構的情況下，增加切割機數量，提高生產(chǎn)能力。

⑸裝備自動(dòng)化程度高，提升公司品牌形象，有助于增強企業(yè)的市場(chǎng)競爭優(yōu)勢。

結束語(yǔ)

激光切割機自動(dòng)上下料設備在自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)中占有重要地位，本設計只是提供了一種簡(jiǎn)單的上下料方案，以此為參考，可以衍生出與多臺激光切割機并聯(lián)，并配立體料庫的自動(dòng)上下料方案，相信激光自動(dòng)上下料設備會(huì )在自動(dòng)化發(fā)展中越來(lái)越好。