激光切割機自動上下料設(shè)備的研究

二十一世紀以來，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，同時隨著企業(yè)人工成本增加和人工效率低等缺點的持續(xù)突顯，機械加工的自動化應(yīng)運而生。

本文介紹了光纖激光切割機自動上下料設(shè)備，該設(shè)備主要包括可移動式原料(成品)臺車、機架部件、吸料裝置、叉料裝置等，具有自動上下料、扳角分層、自動進出料等功能，有效降低了生產(chǎn)過程對人的依賴程度。

設(shè)計原理及參數(shù)

針對雙工作臺式光纖激光切割機，配套的自動上下料設(shè)備其結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，采用控制系統(tǒng)進行控制，可以實現(xiàn)手動或自動上下料的整套流程操作，同時可實現(xiàn)不同長寬、厚度板材的精確定位。

激光上下料工藝流程

自動上下料設(shè)備具有智能化的控制系統(tǒng)，激光主機與上下料系統(tǒng)配套工作，可手動實現(xiàn)原料臺車進退、成品臺車進退、叉料收張、吸盤分區(qū)開關(guān)、X軸點動移動、Z軸點動移動等操作。

自動運行時，原料臺車預(yù)上料—原料臺車開進、成品臺車開出—Z軸下行、吸盤吸料—吸盤上料—交換工作臺—尋邊、切割—交換工作臺—成品臺車開進—下料至成品臺車臺面，可以實現(xiàn)一整套動作的全自動循環(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

橫梁在機架上的傳動可以采用兩種方式，一種是采用進口高精度直線導(dǎo)軌作導(dǎo)向，以精密齒輪齒條作傳動裝置（圖3），保證了機床的定位精度和重復(fù)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的方式，以滾輪或直線導(dǎo)軌作導(dǎo)向，采用鏈輪帶動短節(jié)距精密滾子鏈實現(xiàn)傳動，上下料方向（X軸方向）只可與激光切割機機身方向垂直，用于傳動精度要求不高的場合，同時也分為兩種情況：⑴鏈條與橫梁固定，鏈輪與電機放置于機架上，帶動橫梁沿X軸方向移動，如圖4所示；⑵鏈條與機架固定，鏈輪、電機放置于橫梁上，帶動橫梁沿X軸方向移動，如圖5所示。

吸料裝置

吸料裝置構(gòu)成如圖6所示，板材位于原料臺車上，原料臺車上的強力磁鐵將板材分層；吸料裝置經(jīng)電機驅(qū)動，水平運動至原料臺車正上方；Z軸經(jīng)電機驅(qū)動，豎直向下運動，平衡氣缸下腔體受壓排氣，吸盤架落至原料臺車待加工板材上，同時叉齒張開；吸盤由真空發(fā)生器抽真空（吸住板材）；扳角氣缸運動，將板材翻板，便于分層；吸料裝置上行至一定高度同時叉齒收縮，經(jīng)X軸電機驅(qū)動并運動至激光切割機交換工作臺正上方；Z軸下行，叉齒張開，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(qū)動機構(gòu)、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(qū)動叉料裝置運動至交換(升降)工作臺上方，Z軸下行，料叉張開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(qū)動至成品臺車上方；Z軸下行，料叉張開，將已加工板材放于成品臺車上；料叉收緊，叉料裝置上行，完成下料操作。

移動式臺車

移動式臺車由原料臺車和成品臺車組成，如圖8所示，原料臺車負責放置未加工板材，成品臺車用于放置已加工的板材，兩車分類擺放。在放置大幅面板材時，考慮到多張板材放置于小車上重量較重的情況，兩個移動式臺車都采用鏈輪鏈條式傳動，避免采用摩擦傳動易出現(xiàn)打滑的現(xiàn)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鏈條傳動帶動鏈輪轉(zhuǎn)動，使得移動式臺車實現(xiàn)滾輪滾動運行。

激光切割機

本設(shè)計中使用的光纖激光切割機采用龍門式結(jié)構(gòu)、鑄鋁橫梁、日本高精度直線導(dǎo)軌、進口精密斜齒輪齒條和絲杠傳動，保證了定位精度和重復(fù)定位精度?？刂葡到y(tǒng)可自由選配，采用IPG光纖激光發(fā)生器，隨動系統(tǒng)采用非接觸式電容傳感器，切割機具有反應(yīng)快、精度高等特點。

當自動上下料設(shè)備將待加工板材放至激光切割機交換工作臺后，數(shù)控系統(tǒng)接收到有料信號，將有板材的工作臺移動至激光切割頭下方，對板材進行加工。加工完成后，驅(qū)動電機與叉料裝置配合完成下料操作。

自動上下料設(shè)備的優(yōu)勢及發(fā)展前景

⑴吸盤自動上料。傳統(tǒng)人工上料時，例如3m×1.5m薄板至少需要三個工人抬板上料，過重的板材需使用電葫蘆輔助上料，一張板材所耗費的時間至少為三分鐘，且安全風險很大。使用吸盤自動上料后，只需人工按鍵操作，耗時10秒即可完成上料，因設(shè)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，非常好的避免了開放式生產(chǎn)易對人身造成傷害的弊病，同時提高了工作效率，降低了人工成本。

⑵可以滿足用戶多樣化的需求。生產(chǎn)場地狹長時，設(shè)備可采用從機身工作臺后方上料的方式；場地較寬敞時，可采用從機身側(cè)面上料的方式；根據(jù)用戶不同的需求，滿足多樣化的生產(chǎn)條件，實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)，同時還能夠保證結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。

⑶系統(tǒng)整體自動化程度高。激光切割機自動上下料設(shè)備通過一鍵操作即可實現(xiàn)板材上料-切割-下料整個流程的循環(huán)操作，也可以手動操作，分步進行，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可以隨時進行功能拓展，實現(xiàn)多臺機器共線生產(chǎn)。一臺自動上下料設(shè)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(jié)構(gòu)的情況下，增加切割機數(shù)量，提高生產(chǎn)能力。

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

結(jié)束語

激光切割機自動上下料設(shè)備在自動化生產(chǎn)線中占有重要地位，本設(shè)計只是提供了一種簡單的上下料方案，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上下料方案，相信激光自動上下料設(shè)備會在自動化發(fā)展中越來越好。