卷板機自動送料技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

李軍

（戴蔚（上海）商貿(mào)有限公司技術(shù)部，上海 200000）

卷板機是一種比較常見的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，而卷板機自動送料技術(shù)可實現(xiàn)在卷板機卷制板材時物料的自動傳送，其不僅安全性高，而且工作效率高，對于提升卷板機的板材卷制質(zhì)量和板材卷制的自動化水平具有積極的意義。為此，本文對卷板機自動送料技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢進行了研究。

1 卷板機

卷板機屬于一種對板材實施連續(xù)點彎曲的塑形機床，可以生產(chǎn)出不同形狀的板材，如多段R型、U型、O型等。卷板機的工作原理：對稱式卷板機上輥在兩下輥中央對稱位置，利用液壓缸內(nèi)的液壓油對活塞產(chǎn)生垂直升降作用，再借助主減速機的末級齒輪來驅(qū)動兩下輥齒輪嚙合產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，為板材的卷制提供扭矩。卷板機規(guī)格平整的塑性金屬板在卷板機3根工作輥的作用下，即1根上輥和2根下輥，利用下輥的旋轉(zhuǎn)作用和上輥的下壓作用，在多次連續(xù)彎曲的作用下，使金屬板出現(xiàn)永久性的塑性變形，從而生成所需的錐筒、圓筒或其中一部分。這種液壓式三輥卷板機存在一定的缺陷，就是必須利用其它設(shè)備來實現(xiàn)板材端部的預(yù)彎。根據(jù)應(yīng)用的領(lǐng)域不同，卷板機的類型也有所差別，從輥數(shù)上來說，卷板機主要包括三輥與四輥。從傳動上來說，三輥卷板機主要包括液壓式與機械式，而其中機械式三輥卷板機又包括非對稱與對稱兩種。

2 卷板自動送料的構(gòu)造

板料傳輸機構(gòu)、板料小車、輔助機構(gòu)及執(zhí)行機構(gòu)等是組成卷板機自動送料設(shè)備的主要部分。執(zhí)行機構(gòu)主要負責(zé)把板料小車上的待卷制板材輸送至進料平臺上，輸送板材需要使用到真空吸盤拾取裝置及直角坐標式機械手。在工業(yè)自動化系統(tǒng)中，常常需要輸送、拾取工件，而比較常見的一種吸盤式機械手就是真空吸盤。直角坐標式機械手的傳動模式主要包括3種，即氣壓傳動、直線電機傳動以及機械傳動，而機械傳動主要包括滾珠絲杠傳動、同步帶傳動以及齒輪齒條傳動等。輔助機構(gòu)主要負責(zé)提升板材卷制的準確度，如位移檢測裝置、推送裝置和板料中心對正裝置等，均是使用較為廣泛的輔助機構(gòu)。板料小車主要負責(zé)存放待卷制板材。而板料傳輸機構(gòu)主要負責(zé)傳輸待卷制板材，如萬向球傳輸及滾輪軸傳輸?shù)染鞘褂幂^為廣泛的板料傳輸機構(gòu)。

3 卷板機自動送料技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

（1）國內(nèi)卷板機自動送料技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。現(xiàn)階段，國內(nèi)卷板機生產(chǎn)廠商生產(chǎn)的產(chǎn)品主要是單機，極少生產(chǎn)與卷板機配套設(shè)備相關(guān)的產(chǎn)品。王國強，邯鄲長治鋼鐵集團董事會管理咨詢委員會召集人（主任）、高級經(jīng)濟師，其于2011年首次將CP1H-XA40DR型PLC、光柵尺及NT20觸摸屏等裝置使用于兩軸自動液壓滾彎機床的控制方案設(shè)計中，利用推料缸的缸縮、推料以及吸盤的吸料、上升、放料、下降等動作，實現(xiàn)了對板料的卸載與進給。次年，國內(nèi)首個W10二輥自動生產(chǎn)線也隨之被應(yīng)用于南通超力卷板機制造有限公司，其開始逐步把自動送料設(shè)備和卷板機單機整合起來，使對料、取料、出料、上料、卷制等一系列動作實現(xiàn)了自動化操作，然而，該設(shè)備也存在一定的缺陷，其輸送板料的平穩(wěn)性較差，且結(jié)構(gòu)較為笨重。之后，上海理工大學(xué)的張文華等于2014年研發(fā)出了一種全自動兩輥液壓卷板機，把卷板機和自動送料裝置充分整合在一起，此裝置主要包括進料氣缸、板料校正機構(gòu)及萬向球的臺面等3部分。因為此裝置是通過上置聚氨酯輥輪的方式來實現(xiàn)自動進料，所以為了確保聚氨酯輥下壓時進料的順暢性，必須使進料臺面和地面之間保持一定的角度。

（2）國外卷板機自動送料技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。意大利、日本及美國等均是卷板機自動送料技術(shù)發(fā)展較為成熟的一些國家，由于那些國家的卷板機自動送料技術(shù)起步較早，積累了大量的技術(shù)經(jīng)驗，其自動化水平及產(chǎn)品加工精度均相對較高，其生產(chǎn)的卷板機品牌在全球均享有盛譽，如美國的SAHILER、荷蘭的DELEM、意大利的DAVI、FACCIN、日本的FANUC及安川電機等。意大利FACCIN公司生產(chǎn)的全自動液壓式HCU系列兩軸滾彎機可實現(xiàn)全自動生產(chǎn)操作，屬于一整套全自動彎卷單元，如卸料、進料、送料以及滾彎等生產(chǎn)操作均可實現(xiàn)自動進行。因為此種全自動液壓式HCU具備獨特的液壓機械輥提升系統(tǒng)，其可產(chǎn)生持續(xù)的成形壓力，保證反復(fù)的精準彎曲，可以生產(chǎn)出長200cm、厚0．5cm的中型、大型鋼管，借助柔性輥產(chǎn)生的動態(tài)壓力，可以把板料滾彎成形。標準HCU/S的自動送料機械每分鐘可輸送5件。意大利DAVI公司也設(shè)計出了一種小型四輥機，此種機具備獨特的創(chuàng)新型設(shè)計，其可以對厚度1～1．5cm左右的板料進行加工處理。此種MCA型號小型四輥機主要是利用入門級的用戶友好界面CNC進行控制，可以實現(xiàn)自動卷制操作，可以實現(xiàn)包括丙端預(yù)彎在內(nèi)的一次卷制成形。MCA型號小型四輥機主要是通過把單機和自動送料設(shè)備整合在一起，形成自動加工單元，此種設(shè)備主要是通過水平方向來傳輸板材，利用自動裝卸系統(tǒng)與送料平臺來實現(xiàn)對板料的水平傳輸、生產(chǎn)。國外的自動送料機構(gòu)均較為科學(xué)，主要是通過整合氣缸和伺服電機來實現(xiàn)運動，再由氣缸驅(qū)動豎直方向的運動。

4 卷板機自動送料關(guān)鍵技術(shù)

（1）真空吸盤拾取技術(shù)。真空吸盤是板料傳輸機械手的末端執(zhí)行器，主要由氟化橡膠、硅橡膠、丁腈橡膠及聚氨酯等制作而成，主要包括風(fēng)琴型、深凹形及平直型等3種結(jié)構(gòu)。在卷制板料的過程中，由于板料尺寸規(guī)格多樣，為了保證真空吸盤拾取裝置拾取板料的安全性及可靠性，可采取8個吸盤分2行均勻分布，保證兩兩之間距離可調(diào)的方案。同時，還應(yīng)將真空發(fā)生器設(shè)置于對角2個吸盤內(nèi)，如此一來，當其中1組吸盤抽真空發(fā)生故障時，其他吸盤依舊可以正常工作。

（2）直角坐標式機械手技術(shù)。目前，主要是利用工業(yè)機械手來搬運板料，而直角坐標式機械手與關(guān)節(jié)式機械手均是比較常見的搬運機械手，由于直角坐標式機械手的經(jīng)濟性較好，故被廣泛使用于卷板機自動送料生產(chǎn)操作中。直角坐標式機械手的運動軸主要通過如下幾種方式進行傳動，即螺旋傳動、同步帶傳動以及齒輪齒條傳動。同步帶傳動不僅具備鏈傳動的優(yōu)勢，同時也具備普通帶傳動的優(yōu)勢，其有大量嚙合齒分布于帶輪外周及同步帶的工作面上，主要利用輪齒和同步帶齒的嚙合作用來實現(xiàn)傳動。同步帶傳動無需潤滑，而且傳動平穩(wěn)、傳動比精準、傳動效率高、噪音小，被廣泛應(yīng)用于機器人運動傳動中，但也存在一定缺陷，如在長期承載工作下，帶的變形量會逐漸增加，同時，對安裝的要求也比較高。螺旋傳動具有傳動靈敏、平穩(wěn)、效率高、摩擦阻力矩小等特點，但也存在一定的缺陷，當在垂直方向傳動場合使用螺旋傳動時，必須借助自鎖機構(gòu)或制動機構(gòu)來確保操作的安全。齒輪齒條傳動具有精準度高、承載力大等特性，在物料搬運裝置及加工車間的自動上下料桁架機器人等生產(chǎn)中，均得到了較為廣泛的使用。而且對于長行程應(yīng)用場合而言，齒輪齒條傳動擁有其他傳動模式所不具備的優(yōu)勢，其可以相互拼接達到任意長度的行程。齒輪齒條傳動離不開滾輪導(dǎo)軌的支撐，只有將二者結(jié)合起來，才能提升其結(jié)構(gòu)剛度和運動導(dǎo)向性。

5 卷板機自動送料技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著人工成本的不斷遞增、卷板機板料卷制技術(shù)的快速發(fā)展，人們對卷制板料的自動水平也提出了越來越高的要求。傳統(tǒng)的助力吊送料及人工送料模式必將被自動送料技術(shù)所取代。未來卷板機自動送料技術(shù)應(yīng)朝著以下幾方面發(fā)展。

（1）自動送料機的智能化和柔性化。由于卷制件的尺寸規(guī)格各不相同，未來自動送料機必將趨于智能化、柔性化發(fā)展，真空吸盤機構(gòu)也必將實現(xiàn)自動或手動調(diào)節(jié)，以滿足各種規(guī)格板料的要求；同時，必須全面強化人機交互功能和智能化，實現(xiàn)操作程序的進一步簡化。

（2）有限元分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)。其主要是借助計算機技術(shù)來對自動送料機構(gòu)的性能、參數(shù)和結(jié)構(gòu)等實施優(yōu)化設(shè)計。執(zhí)行機構(gòu)在傳輸板料的過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)對機構(gòu)危險工作狀態(tài)的分析。因為豎直軸和板料的質(zhì)量主要有橫梁負載，所以，非常有必要對其實施動靜態(tài)受力分析，評估其可能對橫梁上的傳動機構(gòu)產(chǎn)生的影響。同時，必須對有關(guān)結(jié)構(gòu)及尺寸參數(shù)進行優(yōu)化，以提升工作的可靠性及機構(gòu)的剛度。

（3）開放式數(shù)控系統(tǒng)。由于人們對卷制產(chǎn)品的工藝提出了越來越高的要求，所以，必須全面提升卷析單元數(shù)控系統(tǒng)的控制精度。借助開放式數(shù)控系統(tǒng)，再整合板料卷制過程和自動送料過程，可以有效的提升卷制材料的生產(chǎn)效率、自動化水平，有助于增加產(chǎn)品的市場占有份額。開放式數(shù)控系統(tǒng)具有加工準確度高、數(shù)據(jù)處理高效等優(yōu)勢，是未來卷板機自動送料技術(shù)的發(fā)展趨勢之一。

（4）伺服控制技術(shù)。卷析機工作時需要平穩(wěn)搬運板料，因此，對直角坐標式機械手運動平穩(wěn)性的要求非常高。借助伺服電機帶動傳動機構(gòu)，再利用伺服控制技術(shù)來優(yōu)化機械手運動軸的回頭速控制算法模型，可以大大提升機械手搬運板料動作的平穩(wěn)性和安全性。

6 結(jié)語

卷板機自動送料技術(shù)可以實現(xiàn)板料卷制時板料的自動化裝卸，是實現(xiàn)自動化板料卷制生產(chǎn)的技術(shù)保障。從卷板機自動送料技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀來看，目前國內(nèi)大部分的研究均是關(guān)于卷板機單機，極少牽涉到整線設(shè)備。未來我國的卷板機自動送料技術(shù)必將朝著伺服控制技術(shù)、柔性化、智能化的方向發(fā)展，這樣方能縮短與發(fā)達國家之間的差距，進一步提升我國社會主義經(jīng)濟的發(fā)展水平。

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[2]郭鐘華．接觸式真空吸取技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]．真空，2015，（2）．