國(guó)內(nèi)鈑金加工設(shè)備的新發(fā)展

柔性制造系統(tǒng)代表了先進(jìn)的加工制造技術(shù)，本文擬通過(guò)對(duì)C1型鈑材柔性制造系統(tǒng)的概括介紹，引導(dǎo)鈑材柔性制造系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)板金加工領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。

引言

  柔性制造系統(tǒng)是一個(gè)由計(jì)算機(jī)集成管理和控制、高效率地制造某一類中小批量多品種零部件的自動(dòng)化制造

系統(tǒng)。它具有兩種或兩種以上的加工工藝方式；一套物料存儲(chǔ)運(yùn)輸系統(tǒng)，可以在機(jī)床和物料存儲(chǔ)設(shè)備之間輸送原輔料、工件、刀具等；運(yùn)行信息的輸功能等基本特點(diǎn)。聯(lián)合國(guó)歐經(jīng)委對(duì)其定義為：由兩個(gè)或兩個(gè)以上的柔性加工單元構(gòu)成，有自動(dòng)傳輸系統(tǒng)通往工件庫(kù)和刀具庫(kù)，并在機(jī)床之間傳送托盤、工件和工具，整個(gè)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制管理。

上世紀(jì)七、八十年代，鈑材柔性制造系統(tǒng)已在國(guó)外開始應(yīng)用。九十年代初，濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所設(shè)計(jì)開發(fā)出我國(guó)第一臺(tái)以數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床和數(shù)控直角剪床為主機(jī)的鈑材柔性制造系統(tǒng)，并在天水長(zhǎng)城開關(guān)廠運(yùn)行至今，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。在去年底德國(guó)漢諾威舉行的第18屆國(guó)際鈑金加工技術(shù)展覽會(huì)上，國(guó)外著名的鈑金加工設(shè)備制造商如德國(guó)TRUMPF、意大利SALVAGNINI、芬蘭FINN-POWER、日本AMADA等，均展出了其最先進(jìn)的代表不同技術(shù)特點(diǎn)的鈑材柔性制造系統(tǒng)，充分表明了鈑金制造技術(shù)正朝著數(shù)字化、集成化和智能信息化的方向發(fā)展，體現(xiàn)為鈑金加工設(shè)備由單機(jī)型向數(shù)控多機(jī)復(fù)合型轉(zhuǎn)化，由多工序加工、人工輔助操作型向全過(guò)程一體化加工方式轉(zhuǎn)化，由一般的過(guò)程自動(dòng)化控制向網(wǎng)絡(luò)化、智能化的自治管理的方向發(fā)展。為適應(yīng)當(dāng)前國(guó)內(nèi)鈑金加工領(lǐng)域迅速發(fā)展，促進(jìn)國(guó)內(nèi)巿場(chǎng)對(duì)柔性制造系統(tǒng)的需求，濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所最新開發(fā)研制出C1型鈑材柔性制造系統(tǒng)，它具有沖剪復(fù)合、快速高效、緊湊完整、技術(shù)先進(jìn)等特點(diǎn)，該設(shè)備已在今年第九屆中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上成功展出，并進(jìn)一步推向巿場(chǎng)。

圖1 C1型鈑材柔性制造系統(tǒng)

C1型鈑材FMS的組成與特點(diǎn)

   C1型鈑材柔性制造系統(tǒng)以數(shù)控沖剪復(fù)合機(jī)為主機(jī)，配置有自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)、自動(dòng)上料裝置、數(shù)控分選碼垛單元及其他輔助裝置，由計(jì)算機(jī)及數(shù)控系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行單元及全線控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)鈑料的自動(dòng)加工過(guò)程。

該設(shè)備具有以下功能及特點(diǎn)：

1、鈑料成垛出入庫(kù)，能在很短時(shí)間內(nèi)補(bǔ)充庫(kù)存。

2、鈑料入庫(kù)作業(yè)不影響全線運(yùn)行。

3、能自動(dòng)校正鈑料位置。

4、省時(shí)省料的鈑料一體化沖剪加工。

5、工件分選細(xì)致并自動(dòng)整齊碼垛。

6、自動(dòng)監(jiān)控完善，保證設(shè)備安全。

7、遠(yuǎn)距離程序傳輸。

8、操作方式靈活。

9、軟件可靠，可自動(dòng)或人工優(yōu)化排料。

10、全線結(jié)構(gòu)緊湊精巧，占地面積小。

該設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)列表如下：



C1型鈑材FMS各組成部分的結(jié)構(gòu)和功能

   立體倉(cāng)庫(kù)由料架、鈑料分層裝置、鈑料定位裝置、存取升降機(jī)、鋼木托盤、進(jìn)出料臺(tái)車等組成，自動(dòng)完成待加工鈑料的存入提取、管理統(tǒng)計(jì)、分層定位等，為吸盤上料裝置作準(zhǔn)備。

   料架的貨格上安放了托盤，以存放不同規(guī)格鈑料。底層為進(jìn)出料臺(tái)車，它是倉(cāng)庫(kù)與外部交換鈑料的載體，可沿鋪設(shè)在地面上的地軌在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)外兩個(gè)位置自動(dòng)運(yùn)行，向倉(cāng)庫(kù)存取鈑料。其上方為吸盤上料層，將托盤及鈑料存放於此供吸盤上料裝置吸提鈑料向主機(jī)傳送。該層側(cè)面安裝了磁力分層及初定位裝置，可有效防止鈑料被吸起時(shí)的粘連和偏移。

   存取升降機(jī)由平移和升降裝置兩部分組成。前者將貨格或臺(tái)車上的托盤推入或拉出，後者使平移裝置選擇不同位置的托盤，兩者共同完成托盤及鈑料的存取過(guò)程。

   上料裝置主要由運(yùn)行橫梁和吸盤支架兩部分組成。運(yùn)行橫梁聯(lián)接於倉(cāng)庫(kù)貨架并伸展至主機(jī)工作臺(tái)上方，帶動(dòng)吸盤支架作水平和升降運(yùn)動(dòng)。吸盤支架底面分布有多只真空吸盤，能自動(dòng)適應(yīng)大小幅面鋼鈑的吸提，而外側(cè)的一組吸盤還能擺動(dòng)，這樣與磁力分層裝置配合，可有效地避免雙層鈑料被同時(shí)吸起。
 
   主機(jī)為新型數(shù)控液壓沖剪復(fù)合機(jī)，它包含沖、剪兩部分，是在數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床和數(shù)控直角剪床兩種單機(jī)的基礎(chǔ)上復(fù)合而成。沖、剪主機(jī)相對(duì)獨(dú)立，基本功能也與其單機(jī)相同，而共用一套伺服送進(jìn)系統(tǒng)、承料工作臺(tái)、液壓系統(tǒng)以及數(shù)控系統(tǒng)。沖、剪主機(jī)的運(yùn)行與轉(zhuǎn)換，由加工程序自動(dòng)控制，將沖剪兩道工序緊密融合。設(shè)備運(yùn)行中，鈑料由伺服送進(jìn)系統(tǒng)的夾鉗夾持著，先在沖床主機(jī)中完成程序中的所有沖壓加工，然無(wú)需重新定位，直接轉(zhuǎn)入剪床主機(jī)中進(jìn)行分剪，并將成品件及廢料及時(shí)由輸送機(jī)自動(dòng)輸出，連續(xù)完成整個(gè)加工過(guò)程。它具有快速、高效、低成本以及軟件功能強(qiáng)等特點(diǎn)，很好地滿足了柔性制造系統(tǒng)的要求。

   數(shù)控分選碼垛單元由皮帶分選輸送機(jī)、輥式輸送定位臺(tái)及數(shù)控吸料碼垛機(jī)、交換式臺(tái)車及托盤等部分組成。

   皮帶分選輸送機(jī)位於主機(jī)輸送工作臺(tái)之，可翻轉(zhuǎn)抬起與落下，從而打開與關(guān)閉落料通道，實(shí)現(xiàn)分選與輸送功能，它包含廢料和小件兩個(gè)分選通道。

   輥式輸送臺(tái)位於皮帶分選輸送機(jī)之，并安裝有數(shù)控定位裝置，對(duì)輸送來(lái)的工件進(jìn)行定位。

   數(shù)控吸料碼垛機(jī)為兩軸數(shù)控，通過(guò)伺服電機(jī)控制吸盤架的移動(dòng)定位，將輥式輸送臺(tái)上的工件吸起，并按照程序指令整齊碼垛在托盤上的指定位置。對(duì)於較大工件，數(shù)控碼垛機(jī)能夠直接從主機(jī)工作臺(tái)及大鈑下料輔助臺(tái)上吸取碼垛，提高了效率。

   工件碼垛托盤有兩個(gè)可交替選用，托盤由電動(dòng)臺(tái)車承載，從其上取走工件很方便。

圖2 C1型板材FMS控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

C1型鈑材FMS的控制系統(tǒng)和工作流程

    電氣控制系統(tǒng)主要包括中央控制計(jì)算機(jī)、倉(cāng)庫(kù)及上料PLC控制器、主機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、分選PLC控制器，加工管理軟件、自動(dòng)編程軟件，以及相關(guān)通訊接口和其他局部控制裝置等。從下面的圖表中可以看出，中央控制計(jì)算機(jī)作為柔性加工系統(tǒng)的控制中樞，對(duì)其他各部分進(jìn)行集中管理和監(jiān)控，通過(guò)計(jì)劃管理軟件和自動(dòng)編程軟件，生成相應(yīng)的程序并傳送至倉(cāng)庫(kù)、上料、主機(jī)及分選單元的控制部分執(zhí)行。采用日本三菱Q02H型PLC控制器，控制倉(cāng)庫(kù)及上料部分的運(yùn)行；主機(jī)應(yīng)用日本FANUC 18i 型數(shù)控系統(tǒng)，除控制主機(jī)的五個(gè)數(shù)控軸外，還同時(shí)控制分選單元的三個(gè)伺服軸；另外，分選單元還配置有日本三菱Q02H型PLC控制器，提供更全面的控制方式和功能。以上各部分相互協(xié)作，即可實(shí)現(xiàn)全線自動(dòng)運(yùn)行，又可由自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)及上料裝置與主機(jī)聯(lián)合組成沖剪加工單元，單獨(dú)工作。

    用戶在中央控制計(jì)算機(jī)上由計(jì)劃管理軟件制訂出加工計(jì)劃，通過(guò)自動(dòng)編程軟件，對(duì)工藝過(guò)程、材料利用率等進(jìn)行優(yōu)化，并直接由工件圖形生成完整的沖剪一體化加工程序，控制全線自動(dòng)循環(huán)運(yùn)行。其一般步驟為：倉(cāng)庫(kù)中托盤升降存取裝置運(yùn)行，將存放有待加工鈑料的托盤由貨格中取出，放入倉(cāng)庫(kù)的吸盤上料位。磁力分層裝置靠近鈑垛側(cè)面，使最表層兩張鈑料彼此分離。鈑料定位裝置動(dòng)作，將最上層鈑料靠緊定位柱。上料裝置運(yùn)行至上料托盤上方停止，吸盤架下行，并在吸盤吸住鋼鈑返回，同時(shí)擺動(dòng)吸盤動(dòng)作，防止吸提雙料。上料裝置吸提鈑料運(yùn)行至主機(jī)工作臺(tái)上方停止，工作臺(tái)原點(diǎn)定位擋塊升起，鈑料夾鉗打開。吸盤架帶動(dòng)鈑料靠緊定位擋塊，接著夾鉗移動(dòng)夾緊鈑料，完成上料過(guò)程。上料裝置釋放鈑料向倉(cāng)庫(kù)返回，根據(jù)程序指令選擇到位停止或進(jìn)入下一次吸鈑循環(huán)。主機(jī)啟動(dòng)，執(zhí)行加工程序，鈑料先被完全沖壓，然由剪床將工件及廢料分剪并由皮帶輸送機(jī)輸出，進(jìn)入數(shù)控分選碼垛單元并按鈑料規(guī)格自動(dòng)選擇不同的方式處理。廢料落入廢料箱，較小工件落入小件料箱，一般工件先在輥式輸送臺(tái)上定位，然由數(shù)控碼垛機(jī)吸放於下料臺(tái)車托盤上的指定位置。下料過(guò)程完成，主機(jī)復(fù)位，重新進(jìn)入下一個(gè)加工循環(huán)。