一种卷料激光切割自动化生产线

目前激光切割市场传统的加工方式是购买卷料钢板开卷矫平制作成标准规格的板料，再将板料运输到车间的激光切割机上进行切割加工。其缺点是中间转运过程较多、板料采购成本高、板材利用率低、自动化程度低。当前激光切割机市场总体呈快速上升趋势，随着客户产品批量生产而对降低成本、自动化生产的不断追求，具有一体化自动生产的卷料激光切割自动化生产线将成为市场新宠。本文结合我公司最新的CL2513F卷料激光切割机研发项目，设计了可直接使用卷料钢板进行套裁省料切割的卷料自动化生产线，系统分析了卷料激光自动化生产线的各个组成部分。

1 设计方案

卷料激光切割自动化生产线的主要部件包括：卷料架及上料台车、矫平装置、送料装置、主机身、横梁切割装置、滚齿输送装置、固定台装置、下料分拣装置（图1）。卷料固定在卷料架中，经过矫平装置输出平整的钢带板料，将板料通过送料装置直接推进激光切割工作区，使用已编好的切割套裁程序，按照单个或多个工件的尺寸进行激光切割套裁加工，当切割区域中的板材加工完毕后，控制系统给送料装置发出送料命令信号，送料装置自动将下一个加工幅面的板料送至激光切割工作区域，同时控制系统也会给下料分拣装置发出取料命令信号，下料分拣系统自动将各种加工好的工件分别按设定好的位置进行堆垛摆放，重复进行送料、切割、取料的循环工序，直至整个卷料全部加工完毕，由此实现从钢卷材料到成品工件的全自动化加工过程。该生产线主要参数如表1所示。

图1 生产线工作分布图

2 生产线主要部件

2.1 卷料矫平系统

如图2所示，卷料矫平系统是切割板料上料部分，主要由卷料架、矫平装置、送料装置组成。卷料架设于主机身前侧，其放料采用变频器控制，放料动作更趋平稳，使板料在放料过程中不易受力产生变形扭曲，支架为悬臂机构，整体焊接成形后去应力退火处理。卷料采用液压扩张卷料内圈的方式固定在卷料架上，同时配有液压上料台车，通过上料台车来安装钢带卷料。卷料架设计有压料臂用来保障料卷开卷时的安全，其通过感应开关的检测，自动释放钢带。矫平装置设于卷料架与主机身之间，其内部中装有轴承钢制造的矫正辊，在钢带通过该装置时进行矫平。送料装置安装于主机身上，配用同步皮带传动，通过送料轮输送钢带进入主机身加工区域，同时两侧配有钢带定位装置，入料口设计有双向丝杆手摇挡料轮，保证卷料输送的直线度。

表1 卷料激光切割自动化生产线主要参数

图2 卷料矫平系统

2.2 激光切割系统

图3 激光切割系统

如图3所示，激光切割系统主要由主机身、横梁、切割装置、滚齿式工作台、固定台等组成。主机身采用钢板焊接结构设计，与横梁配合的两侧分别安装有导轨、齿条，横梁通过两侧电机的同步驱动沿X方向运动。主机身与送料机的安装面处设计有定位槽，使送料装置与主机身安装的定位准确，保证了钢带向主机身切割区域输送的稳定性。横梁是激光切割机的基础部件之一，性能良好的横梁应该具有较小的质量和较大的刚度，本次设计的横梁采用钢板焊接箱式结构，具有刚度好、质量轻等优点，其设计特点为：①两侧配有伺服电机、减速机、齿轮，其双侧驱动保证了横梁X轴方向的平稳运行；②上侧面和前侧面各安装一根导轨，并在上侧面安装一根齿条，其保证了横梁X轴方向带动切割装置运动时，以及切割装置在横梁上沿Y轴方向运动时的稳定性。切割装置中配有Z轴方向的丝杠和导轨，该设计让其搭载的光纤激光切割头具有X、Y、Z三个方向的运动能力。在板料加工过程中，利用激光束聚焦形成的高功率密度光斑，对进入加工区域的钢带快速加热穿孔，控制光束与材料的相对移动，实现零件轮廓的激光切割加工。滚齿式工作台安装于主机身内侧，该装置（图4）使用伺服电机驱动减速机带动两侧链轮沿X轴方向转动，在链条上安装有圆弧形波浪齿条，齿条齿尖等高于送料装置的出料平台面，链条带动齿条循环滚动，同时送料装置的电机配合其X方向同步转动，未加工的板料将通过送料装置及工作台齿条的滚动进入切割区域。固定台装置与主机身后侧连接，通过滚齿式工作台与机身相连，加工好的产品会自动输送到固定台上侧。

图4 滚齿输送装置

2.3 下料分拣系统

下料分拣系统位于固定台装置的一侧，该装置包括机器人、铝合金架、吸盘、真空发生器、电磁阀。具体步骤为：系统发出取料信号；机器人将铝合金架运行到固定台上方；电磁阀控制真空发生器工作；吸盘吸起滚齿工作台上方的工件；系统确认工件吸取信号；机器人将工件按设定好的位置搬运堆垛摆放；电磁阀控制真空发生器关闭，吸盘与工件分开。

图5 下料分拣系统

3 结束语

本文设计了一种卷料激光切割自动化生产线，较为详细地介绍了其机械结构特点、工作原理。该生产线没有工件加工长度的限制，可以实现从卷料到成品的批量自动化加工，具有高效生产能力，大幅度提高板料的利用率，无上下料的时间损耗，提高了客户在生产过程中的竞争优势。