一種卷料激光切割自動(dòng)化生產(chǎn)線

洪 超，周鵬飛，崔 凱，曹 歡

（江蘇揚(yáng)力數(shù)控機(jī)床有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225127）

目前激光切割市場傳統(tǒng)的加工方式是購買卷料鋼板開卷矯平制作成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的板料，再將板料運(yùn)輸?shù)杰囬g的激光切割機(jī)上進(jìn)行切割加工。其缺點(diǎn)是中間轉(zhuǎn)運(yùn)過程較多、板料采購成本高、板材利用率低、自動(dòng)化程度低。當(dāng)前激光切割機(jī)市場總體呈快速上升趨勢，隨著客戶產(chǎn)品批量生產(chǎn)而對降低成本、自動(dòng)化生產(chǎn)的不斷追求，具有一體化自動(dòng)生產(chǎn)的卷料激光切割自動(dòng)化生產(chǎn)線將成為市場新寵。本文結(jié)合我公司最新的CL2513F卷料激光切割機(jī)研發(fā)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)了可直接使用卷料鋼板進(jìn)行套裁省料切割的卷料自動(dòng)化生產(chǎn)線，系統(tǒng)分析了卷料激光自動(dòng)化生產(chǎn)線的各個(gè)組成部分。

1 設(shè)計(jì)方案

卷料激光切割自動(dòng)化生產(chǎn)線的主要部件包括：卷料架及上料臺(tái)車、矯平裝置、送料裝置、主機(jī)身、橫梁切割裝置、滾齒輸送裝置、固定臺(tái)裝置、下料分揀裝置（圖1）。卷料固定在卷料架中，經(jīng)過矯平裝置輸出平整的鋼帶板料，將板料通過送料裝置直接推進(jìn)激光切割工作區(qū)，使用已編好的切割套裁程序，按照單個(gè)或多個(gè)工件的尺寸進(jìn)行激光切割套裁加工，當(dāng)切割區(qū)域中的板材加工完畢后，控制系統(tǒng)給送料裝置發(fā)出送料命令信號，送料裝置自動(dòng)將下一個(gè)加工幅面的板料送至激光切割工作區(qū)域，同時(shí)控制系統(tǒng)也會(huì)給下料分揀裝置發(fā)出取料命令信號，下料分揀系統(tǒng)自動(dòng)將各種加工好的工件分別按設(shè)定好的位置進(jìn)行堆垛擺放，重復(fù)進(jìn)行送料、切割、取料的循環(huán)工序，直至整個(gè)卷料全部加工完畢，由此實(shí)現(xiàn)從鋼卷材料到成品工件的全自動(dòng)化加工過程。該生產(chǎn)線主要參數(shù)如表1所示。

圖1 生產(chǎn)線工作分布圖

2 生產(chǎn)線主要部件

2.1 卷料矯平系統(tǒng)

如圖2所示，卷料矯平系統(tǒng)是切割板料上料部分，主要由卷料架、矯平裝置、送料裝置組成。卷料架設(shè)于主機(jī)身前側(cè)，其放料采用變頻器控制，放料動(dòng)作更趨平穩(wěn)，使板料在放料過程中不易受力產(chǎn)生變形扭曲，支架為懸臂機(jī)構(gòu)，整體焊接成形后去應(yīng)力退火處理。卷料采用液壓擴(kuò)張卷料內(nèi)圈的方式固定在卷料架上，同時(shí)配有液壓上料臺(tái)車，通過上料臺(tái)車來安裝鋼帶卷料。卷料架設(shè)計(jì)有壓料臂用來保障料卷開卷時(shí)的安全，其通過感應(yīng)開關(guān)的檢測，自動(dòng)釋放鋼帶。矯平裝置設(shè)于卷料架與主機(jī)身之間，其內(nèi)部中裝有軸承鋼制造的矯正輥，在鋼帶通過該裝置時(shí)進(jìn)行矯平。送料裝置安裝于主機(jī)身上，配用同步皮帶傳動(dòng)，通過送料輪輸送鋼帶進(jìn)入主機(jī)身加工區(qū)域，同時(shí)兩側(cè)配有鋼帶定位裝置，入料口設(shè)計(jì)有雙向絲桿手搖擋料輪，保證卷料輸送的直線度。

表1 卷料激光切割自動(dòng)化生產(chǎn)線主要參數(shù)

圖2 卷料矯平系統(tǒng)

2.2 激光切割系統(tǒng)

圖3 激光切割系統(tǒng)

如圖3所示，激光切割系統(tǒng)主要由主機(jī)身、橫梁、切割裝置、滾齒式工作臺(tái)、固定臺(tái)等組成。主機(jī)身采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，與橫梁配合的兩側(cè)分別安裝有導(dǎo)軌、齒條，橫梁通過兩側(cè)電機(jī)的同步驅(qū)動(dòng)沿X方向運(yùn)動(dòng)。主機(jī)身與送料機(jī)的安裝面處設(shè)計(jì)有定位槽，使送料裝置與主機(jī)身安裝的定位準(zhǔn)確，保證了鋼帶向主機(jī)身切割區(qū)域輸送的穩(wěn)定性。橫梁是激光切割機(jī)的基礎(chǔ)部件之一，性能良好的橫梁應(yīng)該具有較小的質(zhì)量和較大的剛度，本次設(shè)計(jì)的橫梁采用鋼板焊接箱式結(jié)構(gòu)，具有剛度好、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，其設(shè)計(jì)特點(diǎn)為：①兩側(cè)配有伺服電機(jī)、減速機(jī)、齒輪，其雙側(cè)驅(qū)動(dòng)保證了橫梁X軸方向的平穩(wěn)運(yùn)行；②上側(cè)面和前側(cè)面各安裝一根導(dǎo)軌，并在上側(cè)面安裝一根齒條，其保證了橫梁X軸方向帶動(dòng)切割裝置運(yùn)動(dòng)時(shí)，以及切割裝置在橫梁上沿Y軸方向運(yùn)動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性。切割裝置中配有Z軸方向的絲杠和導(dǎo)軌，該設(shè)計(jì)讓其搭載的光纖激光切割頭具有X、Y、Z三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)能力。在板料加工過程中，利用激光束聚焦形成的高功率密度光斑，對進(jìn)入加工區(qū)域的鋼帶快速加熱穿孔，控制光束與材料的相對移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)零件輪廓的激光切割加工。滾齒式工作臺(tái)安裝于主機(jī)身內(nèi)側(cè)，該裝置（圖4）使用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速機(jī)帶動(dòng)兩側(cè)鏈輪沿X軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)，在鏈條上安裝有圓弧形波浪齒條，齒條齒尖等高于送料裝置的出料平臺(tái)面，鏈條帶動(dòng)齒條循環(huán)滾動(dòng)，同時(shí)送料裝置的電機(jī)配合其X方向同步轉(zhuǎn)動(dòng)，未加工的板料將通過送料裝置及工作臺(tái)齒條的滾動(dòng)進(jìn)入切割區(qū)域。固定臺(tái)裝置與主機(jī)身后側(cè)連接，通過滾齒式工作臺(tái)與機(jī)身相連，加工好的產(chǎn)品會(huì)自動(dòng)輸送到固定臺(tái)上側(cè)。

圖4 滾齒輸送裝置

2.3 下料分揀系統(tǒng)

下料分揀系統(tǒng)位于固定臺(tái)裝置的一側(cè)，該裝置包括機(jī)器人、鋁合金架、吸盤、真空發(fā)生器、電磁閥。具體步驟為：系統(tǒng)發(fā)出取料信號；機(jī)器人將鋁合金架運(yùn)行到固定臺(tái)上方；電磁閥控制真空發(fā)生器工作；吸盤吸起滾齒工作臺(tái)上方的工件；系統(tǒng)確認(rèn)工件吸取信號；機(jī)器人將工件按設(shè)定好的位置搬運(yùn)堆垛擺放；電磁閥控制真空發(fā)生器關(guān)閉，吸盤與工件分開。

圖5 下料分揀系統(tǒng)

3 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了一種卷料激光切割自動(dòng)化生產(chǎn)線，較為詳細(xì)地介紹了其機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理。該生產(chǎn)線沒有工件加工長度的限制，可以實(shí)現(xiàn)從卷料到成品的批量自動(dòng)化加工，具有高效生產(chǎn)能力，大幅度提高板料的利用率，無上下料的時(shí)間損耗，提高了客戶在生產(chǎn)過程中的競爭優(yōu)勢。