板材沖壓自動送料與上料一體化系統(tǒng)設計

重慶機電職業(yè)技術大學電氣與電子學院 張 華 楊 川 陳 華

沖壓加工是機械加工中的一種常見的成型制造方法，和其他成型技術比較，沖壓成型方式擁有生產效率高、速度快、材料利用率高、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)點，尤其是汽車行業(yè)得到廣泛的應用。沖壓過程的自動化，是提高沖壓生產率，保證安全生產的重要方式。沖壓自動化改善了勞動條件，減輕工人的體力勞動；提高了勞動生產效率；提高了沖床的利用率，從而節(jié)約了電力，降低了成本；保證了生產安全，用機械代替了人工，使操作者雙手脫離開沖床工作危險區(qū)；降低了工時的消耗，延長了沖模的使用壽命，減少了坯件堆放面積。本文主要針對企業(yè)需求，設計板材沖壓數(shù)控送料與上料工作站。

企業(yè)生產的異形板零件厚度3至6mm不等?，F(xiàn)有工藝為人工將大塊鋼板放置到沖床中，多次沖壓，加工多個所需的異形板類零件。目前人工沖壓生產的安全性，產品的質量，生產的效率，人工的勞動強度，均無法滿足企業(yè)的需求。企業(yè)提出在原有沖壓設備工藝的基礎上進行沖壓自動化改造。要求加工效率大于人工，一個人工可以操作加工多臺改造后得工作站。

1 工作站總體設計

工作站總體組成如圖1所示，由沖床，產品落料滑道，零件成品倉，板材廢料倉，數(shù)控送料機，板材上料機械手組成。工作過程為，上料機械手從板材料倉中抓取板材放入數(shù)控送料機中，送料機抓手組夾緊板材，將板材送入沖床內，進行逐個沖壓，沖壓加工完成的零件通過滑道劃入零件成品倉內，板料沖壓完成后，送料機將板材廢料放入板材廢料倉內，送料機回到板材上料位置，以此工作循環(huán)。

圖1 工作站總體組成

2 數(shù)控送料機的設計

2.1 送料機總體設計

數(shù)控送料機由左抓手組，右抓手組，X軸滑臺，底座，Y軸滑臺組成。X，Y軸滑臺均由伺服電機驅動，采用絲桿加雙導軌的傳動方式，左右抓手由氣缸驅動。左右抓手用于分別夾緊原料板。X，Y滑臺帶動加工板材在平面內定位運動，將加工板材精確的送到沖壓位置。

2.2 X軸伺服電機參數(shù)

X軸滑臺采用絲桿傳動，傳動安裝方式為水平。根據(jù)設計的要求，傳動的相關參數(shù)如表1所示。通過參數(shù)計算出電機的最高轉速，負荷轉矩計算，啟動轉矩，啟動必須轉矩。

表1 絲桿模組傳動參數(shù)

必須轉矩計：

必須轉TM=(TL+TS)*S=2.23Nm。

根據(jù)計算的結果對伺服電機選型在滿足功能要求安全保障的前提下，從企業(yè)熟悉程度，經濟性角度考慮。選臺達公司伺服電機，ECMA低慣量交流伺服電機ECMA-C10807ES，配置驅動器C10807ES。輸出扭矩為2.39Nm，功率為0.75kw。

2.3 X軸滑臺結構設計

X軸滑臺結構由左抓手組，支架，Y軸絲桿，Y軸伺服電機，導軌，右抓手組組成。主要作用驅動抓手組帶動加工板材Y向定位移動。由伺服電機驅動，使用絲桿加雙圓導軌的方式傳動。Y軸伺服電機的計算與X軸相同。

2.4 抓手組設計

抓手組由左右抓手組組成，伸縮氣缸，滑塊，導軌，夾手1號，夾手1號氣缸，夾手2號，由于在沖壓的過程中，抓手組夾持的部位會和沖壓位置發(fā)送干涉。故采用左右抓手組的設計方式，當加工左邊部分時，由右抓手組夾持，左抓手組縮回避開干涉位置，伸縮氣缸的作用即帶動抓手組前后伸縮。加工右邊相反。

夾手夾持結構左抓手組為夾緊狀態(tài)，右抓手組為打開狀態(tài)。通過夾手氣缸開合帶動夾手對加工板材夾持。

2.5 氣動系統(tǒng)設計

數(shù)控送料機氣動系統(tǒng)如圖2所示。選擇原則，在滿足功能需求的前提下，盡量少設計非標機構，選擇成品的常用件氣缸，再考慮經濟性和成本。左右抓手組氣缸1號和2號，選用方形單作用氣缸，安裝方便，控制簡單，參考亞德客公司產品為ACQ系列氣缸。電磁閥選二位三通單電控彈簧復位。伸縮氣缸選用標準圓形氣缸，參照亞德客公司產品SC系列氣缸。電磁閥選用二為五通單電控彈簧復位。

圖2 數(shù)控送料機氣動系統(tǒng)

3 上料機械手結構設計

3.1 總體結構設計

上料機械手總體結構由原料板料倉，機架，X軸模組1，Y軸模組，5X軸模組2，Z軸模組，抓手吸盤。上料機械手主要將原料板料倉中的加工板材準確送入到數(shù)控送料機的上料位置。

3.2 X軸龍門控制

X軸采用龍門結構設計形式，由于龍門跨度較大，采用雙伺服電機控制。龍門控制，重點在控制模組的兩軸必需等速移動，若兩軸間的移動有太大的差異量，則會造成機構的損壞。伺服系統(tǒng)選用臺達ASDA-A2系列。他所提供的內建龍門（Gantry）控制功能，可以實現(xiàn)雙軸同步?？刂破鲗⒆孕凶魍降淖冯S，當位置偏差量超過設定的容許值時，則會發(fā)出異常警告，停止系統(tǒng)的運作。

4 系統(tǒng)總體控制構架

總控系統(tǒng)將數(shù)控送料機與上料機械手使用獨立的PLC進行控制。兩個系統(tǒng)使用PLC的硬件IO口進行通訊。兩個設備具有獨立觸摸屏，這樣使得設備的調試，維修使用更為簡單便利。使用數(shù)控送料機與沖床通訊，通訊方式為硬件IO通訊。

結束語：本文針對沖壓加工企業(yè)提出的需求，設計異形板類零件沖壓加工的自動化工作站。工作站從板材的上料，到多次板材送料加工，異形板類零的下料存放，板材廢料存放均實現(xiàn)了自動化。工作站可減少人工，降低人工勞動強度，提高操作的安全性，并提高沖壓的效率，降低成本。工作站結構方案可推廣應用到其他的板料加工。