棒料剪斷機自動化改造

安江華

（成都電力金具總廠，四川成都 610100）

在模鍛件、輥鍛件、輾壓件和冷、溫狀態擠壓件等生產批量比較大的制造部門中，棒料是生產中的主要原材料，棒料剪斷機就是為這些鍛壓工藝準備坯料的主要設備.棒料剪斷機是一種高生產效率的剪切下料設備，一般可剪切棒料的直徑為φ20mm～φ200mm，對于大直徑的棒料，每分鐘可剪切幾件、十幾件，小直徑的棒料每分鐘可剪切五六十件.以φ80mm棒料為例，鋸切與剪切的單件工時比率約為1：20，剪切比鋸切的材料利用率可提高15%～20%.用于碳素鋼或低合金鋼在冷狀態或熱狀態下剪切，都比較容易實現機械化與自動化.所以從生產效率和材料的利用率等方面來比較，棒料剪切工藝較其他切斷工藝具有明顯的經濟效果.

現有一臺老式棒料剪斷機（設備實物見下頁圖1），該機購買于2002年初，購買價格24萬元，最大剪切直徑為80mm，該棒料剪斷機是一家制造企業的主要下料設備，主要為該廠的鍛壓車間供應φ32mm～φ80mm坯料.因此，棒料剪斷機在該廠的生產環節中起著重要的作用.該機型在購買之初未帶有自動循環生產功能，且已經使用了8年，主要存在以下問題.

1）輥道傳送不能正常工作，且隨著棒料長度的增加，已經不能實現進料.

2）上料不方便，由于無輔助設施，上料時需要頻繁占用龍門吊，影響其他工序作業，降低了龍門吊的使用效益.

3）由于無自動循環作業功能，需工人頻繁操作按鈕，占用人力.

4）剪切后無傳輸帶輔助，需人工撿料，占用人力且勞動強度大.

針對上述問題，以“減員增效、精益化管理”為方向，通過加裝電子傳感器和傳輸帶等輔助工具，實現將老型設備實現機械化和自動化的改造，以降低勞動成本并提高設備的工作效率.其中本人參與了這個項目，通過了解和分析棒料剪斷機的工作原理及當下所面臨的問題，針對具體問題進行逐項改進.

1 棒料剪斷機工作原理

該棒料剪斷機屬于機械傳動式，其機構主要包括機身、三級傳動系統、平衡器、壓料器、擋料器、托料器和給料系統.其工作原理如下頁圖2所示.

圖2中被剪棒料1由輥道2的輥子帶動，通過上刀片5和下刀片10的刃口，送入棒料剪斷機，直到碰到擋料器6后棒料停止運動，按動按鈕，滑塊4下行、同時壓料器3也下行，將棒料向下前方壓緊.固定在滑塊上的上刀片隨滑塊下行，到一定位置和托料器7一起將棒料抱緊.上刀片繼續下行，直到將棒料剪斷為止.滑塊到達下死點后返程，托料器返回原來位置，等待下一個剪切命令.此為一次剪切過程.

圖1 棒料剪斷機實物圖

圖2 棒料剪斷機原理圖

2 棒料剪斷機使用現狀及情況分析

通過現場觀察和與操作工人交流后，發現設備主要存在以下問題.

2.1 輥道進給失效

輥道的作用是通過摩擦力為棒料的進給提供動力.由于設備的長期使用磨損，當棒料靠近棒料剪斷機前段時，輥道已不能提供足夠的動力推動棒料，加上現在加工的材料比較長，棒料重心靠近輥道后端，造成棒料不能持續進給，需要人工干預，間接地增加工作人員勞動量，降低了工作效率.

2.2 上料困難

購買時，原設備未設計自動上料裝置，致使現在每次上料都需兩人抬或利用龍門吊吊裝.這樣就占用勞動力，增加人力成本和勞動強度；頻繁占用龍門吊，影響其他工序，使車間龍門吊的效益降低.

2.3 自動循環功能缺失

由于原設備未帶有此項功能，而設備長期失修，機床已不能自動循環作業，每次剪切都需要工人按動一次按鈕，操作頻繁，占用人力，有違企業“減員增效、走精益化管理”的目標.

2.4 落料無法入框

剪切后的棒料通過簡易的斜板滑落至地面，然后人工數數后碼放至料框中，工人勞動強度大，人工計數容易出現問題.

3 棒料剪斷機的改進措施

從設備存在的以上問題可以看出，現在的設備狀況造成了工人勞動強度加大和輔助時間增加，降低了棒料剪斷機整體的剪切效率.針對以上問題，通過與技術人員、操作人員的溝通交流，確定了低成本的棒料剪斷機自動化改進方案.

1）加裝備料架

通過加裝備料架和氣缸輔助機構，降低工人勞動強度和對龍門吊的依賴程度，實現減少輔助時間的目的.首先制作了有一定斜度的備料架，然后再備料架上加裝了氣缸頂起裝置，實現將備料架上的棒料推至輥道上.如圖3、圖4.

圖3 備料架三維效果圖

圖4 推料裝置平面效果圖

2）實現自動進料

針對長棒料和輥輪的磨損問題，一是加長輥道，使棒料靠重力作用于輥道上，增加摩擦力即增加推動力；二是在靠近剪切口位置增加3個滾輪，避免當棒料過短時輥道無法繼續輸送的問題.

3）實現自動剪切

對原設備的擋料器進行了修改，在擋料器上加裝光電感應開關，當棒料觸碰到感應開關時，信號回饋給控制系統，實現“棒料進給→觸碰光電感應開關→信號回饋→棒料剪切”的加工循環，這樣工人無需頻繁按動開關，降低工作間隔時間，提升效率.

4）加裝落料輸送帶

針對原來棒料經剪切后，需要人工撿取再放至料框的情況，設計了一條可調速傳輸帶，根據棒料大小、長度等調節變頻器來控制傳輸帶的電機，通過傳輸帶將剪切后的棒料自動收集入框.首先在托料器前下方加裝了與床身成30°的下行梭板，使剪斷后的棒料能夠順著梭板滑行到設計的輸送帶上，然后通過輸送帶將棒料帶至料框，實現棒料入框的自動化.傳輸帶的設計數據見圖5.

圖5 傳輸帶

5）自動計數功能

通過分析，為準確反映下料件數，決定從棒料剪斷機剪切的電路中采集剪切電信號，轉化為數據信號，然后由簡單數顯裝置完成計數顯示.棒料剪斷機每剪切一次都會發出一次電信號驅動設備工作，通過采集剪切指令能夠比較準確的反映剪切次數即下料件數.

4 總 結

通過和其他技術人員的集體努力，確立了具體的實施方案，實現了上述措施中的全部功能.實施改造方案后的棒料剪斷機工作現場見圖6.

圖6 棒料剪斷機改造后的工作現場

此方案中，主要的花費項目為：料架（主要為角鋼）、輥輪、輸送帶、光電感應開關、控制線路和數顯儀器；總金額為29 800元.

通過上述改進措施，在有效控制成本的前提下，實現了棒料剪斷機的自動化改造，達到了預期效果.

[1]中國機械工程學會鍛壓學會.鍛壓手冊（第3卷）[M].北京：機械工業出版社，1993.