一種數(shù)控沖激復合加工柔性生產(chǎn)線

張禮峰

（江蘇金方圓數(shù)控機床有限公司，揚州 225127）

數(shù)控沖床的優(yōu)勢在于標準模具下的沖壓速度。激光切割機優(yōu)勢在于長距離的直線或曲線切割速度。在此背景下，本文將介紹一種數(shù)控沖激復合加工柔性生產(chǎn)線，結合數(shù)控沖床和激光切割機的優(yōu)勢，通過統(tǒng)一的信息控制系統(tǒng)，將數(shù)控沖床、數(shù)控激光切割機及自動化設備進行復合，實現(xiàn)金屬板材從存儲、轉運、沖壓、切割以及自動上下料的全過程自動化。它是集光、機、電、氣以及自動化等技術于一體的柔性成套設備[1]。

1 生產(chǎn)線介紹及主要參數(shù)

數(shù)控沖激復合加工柔性生產(chǎn)線主要由中央計算機管理控制系統(tǒng)、立體倉庫單元、數(shù)控沖床及其上下料單元、激光切割機及其上下料單元、物流系統(tǒng)、視覺定位系統(tǒng)等6個部分組成，具有多種操作控制方式，如圖1所示。該生產(chǎn)線顯著提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了大量人力。

數(shù)控沖激復合加工柔性生產(chǎn)線主要具有以下幾種功能：數(shù)控沖床及與其配套的自動化設備可單獨使用；激光切割機及與其配套的自動化設備可單獨使用；通過自動化設備和物流系統(tǒng)，數(shù)控沖床與激光切割機可實現(xiàn)單張板材加工過程自動化；通過自動化設備和物流系統(tǒng)，數(shù)控沖床與激光切割機可實現(xiàn)整垛板材加工過程自動化[2]。

2 生產(chǎn)線工作流程

生產(chǎn)線主要工作流程如下[3]：

（1）人工使用叉車或行車把一垛板料放置在立體倉庫入庫口，并與定位桿靠齊；

（2）堆垛機將這垛板料轉運至倉庫指定貨格，并在操作系統(tǒng)中輸入板材規(guī)格信息，以此類推，將生產(chǎn)線加工所需板料全部存儲到立體倉庫貨格中；

圖1 數(shù)控沖激復合加工柔性生產(chǎn)線構成

（3）數(shù)控沖床發(fā)送上料請求信號，立體倉庫將對應規(guī)格的一垛板料從貨格中取出，通過出料機構將這垛板料自動轉運至沖床上料單元的上料工位處；

（4）沖床上料單元的吸盤機械手通過分層、測雙料等工藝步驟，把一張原材料鋼板放置在數(shù)控沖床的工作臺上，并通過專用推板吸盤模仿人手動作將原材料推入沖床夾鉗鉗口；

（5）數(shù)控沖床根據(jù)程序把需要沖孔的孔沖完，并把板料輸送到下料位置；

（6）沖床下料單元把半成品板料從數(shù)控沖床下料區(qū)域拖出，落放到下料的其中一個物料交換臺車上（物流交換臺車采用高低車設計，可全行程工作）；

（7）當物流交換車上的板料堆放到一定高度后，自動運行到激光上料機械手下方，同時另一個物流交換車運行到數(shù)控沖床下料單元下方；

（8）激光切割機自動上料單元的上料吸盤機械手，從物流交換車上把半成品通過分層、測雙料等工藝步驟吸起，旋轉90°后放置在輥式定位臺上；

（9）輥式定位臺動作，將半成品板料在X/Y方向定位靠齊，保證后道視覺定位系統(tǒng)定位精度；

（10）激光上料單元上料吸盤機械手再次將半成品板料吸起，然后將其轉運至激光切割機交換工作臺上；

（11）激光交換工作臺進入激光切割機切割區(qū)域，輔助夾鉗夾緊板材；

（12）激光切割機切割頭上配置的視覺識別系統(tǒng)通過照相方式確定孔的位置，通過軟件修正半成品工件的零點位置及坐標系；

（13）激光切割機根據(jù)程序切割需要切割的孔和零件外形；

（14）激光切割完成后交換工作臺移出切割區(qū)域，同時另一張半成品工件隨著另一個交換臺進入切割區(qū)，重復定位切割動作；

（15）激光切割自動下料單元下料貨叉從交換工作臺上把成品零件叉走，放置到下料臺車上；

（16）下料臺車承載高度到達設置高度或根據(jù)需要開出工作區(qū)域，人工通過叉車整垛叉出，人工進行分揀；

（17）通過兩個物流交換臺車，人工可通過叉車把原材料放置在任一臺物流交換車上，激光也可以單獨切割無孔原材料，同時數(shù)控沖床工作不受影響，并將數(shù)控沖床下料成品或半成品放置到另一個物流交換車上。

3 生產(chǎn)線的主要組成

3.1 立體倉庫

立體倉庫主要是實現(xiàn)板料的存儲管理和轉運，可實現(xiàn)高倉儲利用率。此立體倉庫可以與多種鈑金自動化上料機構配套使用，通過堆垛機方便地存儲和取出對應的板材物料，并將其轉運至相應位置，與下道工序實現(xiàn)無縫銜接。

立體倉庫主要由庫體及托盤、提升機構、堆垛機、出料機構及倉儲控制系統(tǒng)組成，結構如圖2所示。

圖2 立體倉庫結構

庫體由優(yōu)質矩形鋼材焊接而成，給運動系統(tǒng)提供一個穩(wěn)固精密的運動平臺。堆垛機垂直升降軸采用精密大負載滾輪導向和雙鏈條同步驅動技術。控制系統(tǒng)采用編碼器和伺服系統(tǒng)的雙確認信號，保證堆垛機定位精度和重復定位精度。倉庫配有出料工機構，當需要出料時，堆垛機輸送到出料機構上，將整垛板材輸送出倉庫。

3.2 數(shù)控沖床及其上下料單元

數(shù)控沖床搭載自動上下料單元可實現(xiàn)長時間不間斷無人化連續(xù)作業(yè)。上下料單元包括上料單元與下料單元兩個部分，分別布置于沖床的兩側。它的功能是利用自動上料單元將原料板材運送到?jīng)_床工作臺上，沖床夾鉗夾緊后按程序加工，加工結束后利用自動下料單元把工件碼放在下料臺上。

沖床上料單元主要由桁架、上下料驅動、上料機械手及控制系統(tǒng)組成。沖床下料單元主要由下料架、下料驅動、下料機械手及毛刷臺板等組成，結構如圖3所示。

沖床上料單元采用高強度厚壁型鋼作為大梁，剛性好。輕量化上料驅動部件，可確保實現(xiàn)高速高動態(tài)機械手運動。采用齒條和齒輪結構，滿足高速高精度線性移動定位的需求，動態(tài)性能好。上料機械手采用全鋁合金型材組合式框架，吸盤可根據(jù)需求增減，可移位，以適應不同需求，且可自動適應板材規(guī)格。下料單元采用懸臂結構，結構簡潔。配備下料可移位夾鉗2只，確保下小料（寬向400 mm及以上）[4]。移動毛刷臺架采用鋁合金型材拼裝，雙無桿氣缸驅動，重量小，運動平穩(wěn)且美觀。

圖3 沖床上料單元

3.3 數(shù)控激光切割機及其上下料單元

數(shù)控激光切割機搭載自動上下料單元可實現(xiàn)長時間不間斷無人化連續(xù)作業(yè)。此上下料單元采用上、下料單獨機械手結構形式，將一垛原料板材放置在上料臺車上并與定位桿靠齊，通過吸盤上料機械手將原料板材運送到激光切割機工作臺上。激光切割機工作臺交換后按程序加工，加工結束后通過下料貨叉將切割工件運送至下料工位處。

激光上下料單元主要包括桁架、上料機械手、下料機械手、輥式定位臺、視覺定位系統(tǒng)、下料臺車以及控制系統(tǒng)等，結構如圖4所示。

激光上下料單元采用單梁高剛性桁架結構，具有足夠的強度、剛性和穩(wěn)定性。水平軸與垂直軸的運動采用“伺服電機+減速機+齒輪齒條”驅動結構，傳動速度快，可實現(xiàn)高速高負載平穩(wěn)運動。上料機械手采用“RV減速機+伺服電機”結構形式，可實現(xiàn)旋轉運動。下料機械手由工業(yè)鋼管組成，鋼管排布密度大，結構簡單，調整方便[5]。

圖4 激光上下料單元

輥式定位臺主要用于板材X/Y向機械定位，保證后道工序視覺定位系統(tǒng)的精度。機器視覺定位系統(tǒng)是將沖壓完成后的半成品轉運至激光切割機后，采用該功能實現(xiàn)高精度的二次定位。利用工業(yè)高分辨率相機對沖壓原點進行拍照，通過軟件對拍照圖像進行數(shù)據(jù)處理，可在激光切割機上迅速找到?jīng)_壓原點和相對偏角，實現(xiàn)沖壓功能和切割功能的高精度復合。

4 結語

本文介紹了一種數(shù)控沖激復合加工柔性生產(chǎn)線，利用立體倉庫、上下料單元、物流系統(tǒng)及機器視覺定位技術等，充分發(fā)揮數(shù)控沖床和數(shù)控激光切割機的加工優(yōu)勢。該沖激復合加工精度可達到±0.3 mm。該生產(chǎn)線使用模式多變，既可以沖激復合聯(lián)機加工使用，又可以沖床自動化單元和激光自動化單元各自單獨使用。靈活多變的使用模式，充分滿足了客戶的各種生產(chǎn)加工需求，已被廣泛應用于高低壓開關柜等行業(yè)。