激光切割机自动上下料设备的研究

二十一世纪以来，在钣金加工领域，CO2激光切割机逐步被光纤激光切割机所取代。高质量、高精度、高效率、大幅面、低成本成为光纤激光切割机的发展趋势，同时随着企业人工成本增加和人工效率低等缺点的持续突显，机械加工的自动化应运而生。本文介绍了光纤激光切割机自动上下料设备，该设备主要包括可移动式原料(成品)台车、机架部件、吸料装置、叉料装置等，具有自动上下料、扳角分层、自动进出料等功能，有效降低了生产过程对人的依赖程度。设计原理及参数针对双工作台式光纤激光切割机，配套的自动上下料设备其结构如图1、图2所示，采用控制系统进行控制，可以实现手动或自动上下料的整套流程操作，同时可实现不同长宽、厚度板材的精确定位。图1激光切割机自动上下料结构图2激光切割机自动上下料区域划分激光上下料工艺流程自动上下料设备具有智能化的控制系统，激光主机与上下料系统配套工作，可手动实现原料台车进退、成品台车进退、叉料收张、吸盘分区开关、X轴点动移动、Z轴点动移动等操作。自动运行时，原料台车预上料—原料台车开进、成品台车开出—Z轴下行、吸盘吸料—吸盘上料—交换工作台—寻边、切割—交换工作台—成品台车开进—下料至成品台车台面，可以实现一整套动作的全自动循环运行，前提是需要切割机发送上料或下料信号，配合主机使用。主要组成部分及功能横梁传动横梁在机架上的传动可以采用两种方式，一种是采用进口高精度直线导轨作导向，以精密齿轮齿条作传动装置（图3），保证了机床的定位精度和重复定位精度，上下料方向（X轴方向）可与激光切割机机身方向平行或垂直，由伺服电机控制，可以精确保证叉料叉齿间距与激光工作台齿距相匹配。图3齿轮齿条传动机构另一种是采用链条链轮传动的方式，以滚轮或直线导轨作导向，采用链轮带动短节距精密滚子链实现传动，上下料方向（X轴方向）只可与激光切割机机身方向垂直，用于传动精度要求不高的场合，同时也分为两种情况：⑴链条与横梁固定，链轮与电机放置于机架上，带动横梁沿X轴方向移动，如图4所示；⑵链条与机架固定，链轮、电机放置于横梁上，带动横梁沿X轴方向移动，如图5所示。图4链轮链条传动机构一图5链轮链条传动机构二吸料装置吸料装置构成如图6所示，板材位于原料台车上，原料台车上的强力磁铁将板材分层；吸料装置经电机驱动，水平运动至原料台车正上方；Z轴经电机驱动，竖直向下运动，平衡气缸下腔体受压排气，吸盘架落至原料台车待加工板材上，同时叉齿张开；吸盘由真空发生器抽真空（吸住板材）；扳角气缸运动，将板材翻板，便于分层；吸料装置上行至一定高度同时叉齿收缩，经X轴电机驱动并运动至激光切割机交换工作台正上方；Z轴下行，叉齿张开，吸力解除，完成上料工作。图6吸料装置叉料装置叉料装置主要由料叉伸张驱动机构、挡料架、料叉组成，如图7所示，在激光切割机完成板材切割加工以后，X轴电机驱动叉料装置运动至交换(升降)工作台上方，Z轴下行，料叉张开随后在工作台齿距间隙中收缩，并将板材托起；叉料装置上行，经X轴电机驱动至成品台车上方；Z轴下行，料叉张开，将已加工板材放于成品台车上；料叉收紧，叉料装置上行，完成下料操作。移动式台车移动式台车由原料台车和成品台车组成，如图8所示，原料台车负责放置未加工板材，成品台车用于放置已加工的板材，两车分类摆放。在放置大幅面板材时，考虑到多张板材放置于小车上重量较重的情况，两个移动式台车都采用链轮链条式传动，避免采用摩擦传动易出现打滑的现象。如果板材幅面较小如3000mm×1500mm，重量较轻，可以使用减速电机通过链条传动带动链轮转动，使得移动式台车实现滚轮滚动运行。图7叉料装置激光切割机本设计中使用的光纤激光切割机采用龙门式结构、铸铝横梁、日本高精度直线导轨、进口精密斜齿轮齿条和丝杠传动，保证了定位精度和重复定位精度。控制系统可自由选配，采用IPG光纤激光发生器，随动系统采用非接触式电容传感器，切割机具有反应快、精度高等特点。当自动上下料设备将待加工板材放至激光切割机交换工作台后，数控系统接收到有料信号，将有板材的工作台移动至激光切割头下方，对板材进行加工。加工完成后，驱动电机与叉料装置配合完成下料操作。自动上下料设备的优势及发展前景⑴吸盘自动上料。传统人工上料时，例如3m×1.5m薄板至少需要三个工人抬板上料，过重的板材需使用电葫芦辅助上料，一张板材所耗费的时间至少为三分钟，且安全风险很大。使用吸盘自动上料后，只需人工按键操作，耗时10秒即可完成上料，因设备的人机工程及安全防护措施到位，人身伤害及安全事故为零，非常好的避免了开放式生产易对人身造成伤害的弊病，同时提高了工作效率，降低了人工成本。⑵可以满足用户多样化的需求。生产场地狭长时，设备可采用从机身工作台后方上料的方式；场地较宽敞时，可采用从机身侧面上料的方式；根据用户不同的需求，满足多样化的生产条件，实现柔性化生产，同时还能够保证结构紧凑，占地面积小。⑶系统整体自动化程度高。激光切割机自动上下料设备通过一键操作即可实现板材上料-切割-下料整个流程的循环操作，也可以手动操作，分步进行，可搭配立体料库，将不同厚度的材料智能分层管理，控制方便。⑷可以随时进行功能拓展，实现多台机器共线生产。一台自动上下料设备可给多台激光切割机上下料，后期如扩大生产可采用多台并联的方式，在不改变固有结构的情况下，增加切割机数量，提高生产能力。⑸装备自动化程度高，提升公司品牌形象，有助于增强企业的