李軍

（戴蔚（上海）商貿(mào)有限公司技術(shù)部，上海 200000）

卷板機(jī)是一種比較常見的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，而卷板機(jī)自動(dòng)送料技術(shù)可實(shí)現(xiàn)在卷板機(jī)卷制板材時(shí)物料的自動(dòng)傳送，其不僅安全性高，而且工作效率高，對(duì)于提升卷板機(jī)的板材卷制質(zhì)量和板材卷制的自動(dòng)化水平具有積極的意義。為此，本文對(duì)卷板機(jī)自動(dòng)送料技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了研究。

1 卷板機(jī)

卷板機(jī)屬于一種對(duì)板材實(shí)施連續(xù)點(diǎn)彎曲的塑形機(jī)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(jī)的工作原理：對(duì)稱式卷板機(jī)上輥在兩下輥中央對(duì)稱位置，利用液壓缸內(nèi)的液壓油對(duì)活塞產(chǎn)生垂直升降作用，再借助主減速機(jī)的末級(jí)齒輪來驅(qū)動(dòng)兩下輥齒輪嚙合產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，為板材的卷制提供扭矩。卷板機(jī)規(guī)格平整的塑性金屬板在卷板機(jī)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(jī)存在一定的缺陷，就是必須利用其它設(shè)備來實(shí)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(jī)的類型也有所差別，從輥數(shù)上來說，卷板機(jī)主要包括三輥與四輥。從傳動(dòng)上來說，三輥卷板機(jī)主要包括液壓式與機(jī)械式，而其中機(jī)械式三輥卷板機(jī)又包括非對(duì)稱與對(duì)稱兩種。

2 卷板自動(dòng)送料的構(gòu)造

板料傳輸機(jī)構(gòu)、板料小車、輔助機(jī)構(gòu)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等是組成卷板機(jī)自動(dòng)送料設(shè)備的主要部分。執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要負(fù)責(zé)把板料小車上的待卷制板材輸送至進(jìn)料平臺(tái)上，輸送板材需要使用到真空吸盤拾取裝置及直角坐標(biāo)式機(jī)械手。在工業(yè)自動(dòng)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(jī)械手就是真空吸盤。直角坐標(biāo)式機(jī)械手的傳動(dòng)模式主要包括3種，即氣壓傳動(dòng)、直線電機(jī)傳動(dòng)以及機(jī)械傳動(dòng)，而機(jī)械傳動(dòng)主要包括滾珠絲杠傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)以及齒輪齒條傳動(dòng)等。輔助機(jī)構(gòu)主要負(fù)責(zé)提升板材卷制的準(zhǔn)確度，如位移檢測(cè)裝置、推送裝置和板料中心對(duì)正裝置等，均是使用較為廣泛的輔助機(jī)構(gòu)。板料小車主要負(fù)責(zé)存放待卷制板材。而板料傳輸機(jī)構(gòu)主要負(fù)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(jī)構(gòu)。

3 卷板機(jī)自動(dòng)送料技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

（1）國內(nèi)卷板機(jī)自動(dòng)送料技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀?，F(xiàn)階段，國內(nèi)卷板機(jī)生產(chǎn)廠商生產(chǎn)的產(chǎn)品主要是單機(jī)，極少生產(chǎn)與卷板機(jī)配套設(shè)備相關(guān)的產(chǎn)品。王國強(qiáng)，邯鄲長治鋼鐵集團(tuán)董事會(huì)管理咨詢委員會(huì)召集人（主任）、高級(jí)經(jīng)濟(jì)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(dòng)液壓滾彎機(jī)床的控制方案設(shè)計(jì)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(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)板料的卸載與進(jìn)給。次年，國內(nèi)首個(gè)W10二輥?zhàn)詣?dòng)生產(chǎn)線也隨之被應(yīng)用于南通超力卷板機(jī)制造有限公司，其開始逐步把自動(dòng)送料設(shè)備和卷板機(jī)單機(jī)整合起來，使對(duì)料、取料、出料、上料、卷制等一系列動(dòng)作實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)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(dòng)兩輥液壓卷板機(jī)，把卷板機(jī)和自動(dòng)送料裝置充分整合在一起，此裝置主要包括進(jìn)料氣缸、板料校正機(jī)構(gòu)及萬向球的臺(tái)面等3部分。因?yàn)榇搜b置是通過上置聚氨酯輥輪的方式來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)料，所以為了確保聚氨酯輥下壓時(shí)進(jìn)料的順暢性，必須使進(jìn)料臺(tái)面和地面之間保持一定的角度。

（2）國外卷板機(jī)自動(dòng)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(jī)自動(dòng)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(jī)自動(dòng)送料技術(shù)起步較早，積累了大量的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，其自動(dòng)化水平及產(chǎn)品加工精度均相對(duì)較高，其生產(chǎn)的卷板機(jī)品牌在全球均享有盛譽(yù)，如美國的SAHILER、荷蘭的DELEM、意大利的DAVI、FACCIN、日本的FANUC及安川電機(jī)等。意大利FACCIN公司生產(chǎn)的全自動(dòng)液壓式HCU系列兩軸滾彎機(jī)可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)操作，屬于一整套全自動(dòng)彎卷單元，如卸料、進(jìn)料、送料以及滾彎等生產(chǎn)操作均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)行。因?yàn)榇朔N全自動(dòng)液壓式HCU具備獨(dú)特的液壓機(jī)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(zhǔn)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(dòng)態(tài)壓力，可以把板料滾彎成形。標(biāo)準(zhǔn)HCU/S的自動(dòng)送料機(jī)械每分鐘可輸送5件。意大利DAVI公司也設(shè)計(jì)出了一種小型四輥機(jī)，此種機(jī)具備獨(dú)特的創(chuàng)新型設(shè)計(jì)，其可以對(duì)厚度1～1．5cm左右的板料進(jìn)行加工處理。此種MCA型號(hào)小型四輥機(jī)主要是利用入門級(jí)的用戶友好界面CNC進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)卷制操作，可以實(shí)現(xiàn)包括丙端預(yù)彎在內(nèi)的一次卷制成形。MCA型號(hào)小型四輥機(jī)主要是通過把單機(jī)和自動(dòng)送料設(shè)備整合在一起，形成自動(dòng)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(dòng)裝卸系統(tǒng)與送料平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)對(duì)板料的水平傳輸、生產(chǎn)。國外的自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)均較為科學(xué)，主要是通過整合氣缸和伺服電機(jī)來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，再由氣缸驅(qū)動(dòng)豎直方向的運(yùn)動(dòng)。

4 卷板機(jī)自動(dòng)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(jī)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(gè)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(shí)，還應(yīng)將真空發(fā)生器設(shè)置于對(duì)角2個(gè)吸盤內(nèi)，如此一來，當(dāng)其中1組吸盤抽真空發(fā)生故障時(shí)，其他吸盤依舊可以正常工作。

（2）直角坐標(biāo)式機(jī)械手技術(shù)。目前，主要是利用工業(yè)機(jī)械手來搬運(yùn)板料，而直角坐標(biāo)式機(jī)械手與關(guān)節(jié)式機(jī)械手均是比較常見的搬運(yùn)機(jī)械手，由于直角坐標(biāo)式機(jī)械手的經(jīng)濟(jì)性較好，故被廣泛使用于卷板機(jī)自動(dòng)送料生產(chǎn)操作中。直角坐標(biāo)式機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軸主要通過如下幾種方式進(jìn)行傳動(dòng)，即螺旋傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)以及齒輪齒條傳動(dòng)。同步帶傳動(dòng)不僅具備鏈傳動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也具備普通帶傳動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，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(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。同步帶傳動(dòng)無需潤滑，而且傳動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)比精準(zhǔn)、傳動(dòng)效率高、噪音小，被廣泛應(yīng)用于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)中，但也存在一定缺陷，如在長期承載工作下，帶的變形量會(huì)逐漸增加，同時(shí)，對(duì)安裝的要求也比較高。螺旋傳動(dòng)具有傳動(dòng)靈敏、平穩(wěn)、效率高、摩擦阻力矩小等特點(diǎn)，但也存在一定的缺陷，當(dāng)在垂直方向傳動(dòng)場合使用螺旋傳動(dòng)時(shí)，必須借助自鎖機(jī)構(gòu)或制動(dòng)機(jī)構(gòu)來確保操作的安全。齒輪齒條傳動(dòng)具有精準(zhǔn)度高、承載力大等特性，在物料搬運(yùn)裝置及加工車間的自動(dòng)上下料桁架機(jī)器人等生產(chǎn)中，均得到了較為廣泛的使用。而且對(duì)于長行程應(yīng)用場合而言，齒輪齒條傳動(dòng)擁有其他傳動(dòng)模式所不具備的優(yōu)勢(shì)，其可以相互拼接達(dá)到任意長度的行程。齒輪齒條傳動(dòng)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(yùn)動(dòng)導(dǎo)向性。

5 卷板機(jī)自動(dòng)送料技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著人工成本的不斷遞增、卷板機(jī)板料卷制技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)卷制板料的自動(dòng)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(dòng)送料技術(shù)所取代。未來卷板機(jī)自動(dòng)送料技術(shù)應(yīng)朝著以下幾方面發(fā)展。

（1）自動(dòng)送料機(jī)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(dòng)送料機(jī)必將趨于智能化、柔性化發(fā)展，真空吸盤機(jī)構(gòu)也必將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)，以滿足各種規(guī)格板料的要求；同時(shí)，必須全面強(qiáng)化人機(jī)交互功能和智能化，實(shí)現(xiàn)操作程序的進(jìn)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(jì)算機(jī)技術(shù)來對(duì)自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的性能、參數(shù)和結(jié)構(gòu)等實(shí)施優(yōu)化設(shè)計(jì)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)在傳輸板料的過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)機(jī)構(gòu)危險(xiǎn)工作狀態(tài)的分析。因?yàn)樨Q直軸和板料的質(zhì)量主要有橫梁負(fù)載，所以，非常有必要對(duì)其實(shí)施動(dòng)靜態(tài)受力分析，評(píng)估其可能對(duì)橫梁上的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的影響。同時(shí)，必須對(duì)有關(guān)結(jié)構(gòu)及尺寸參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以提升工作的可靠性及機(jī)構(gòu)的剛度。

（3）開放式數(shù)控系統(tǒng)。由于人們對(duì)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(dòng)送料過程，可以有效的提升卷制材料的生產(chǎn)效率、自動(dòng)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(zhǔn)確度高、數(shù)據(jù)處理高效等優(yōu)勢(shì)，是未來卷板機(jī)自動(dòng)送料技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一。

（4）伺服控制技術(shù)。卷析機(jī)工作時(shí)需要平穩(wěn)搬運(yùn)板料，因此，對(duì)直角坐標(biāo)式機(jī)械手運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的要求非常高。借助伺服電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，再利用伺服控制技術(shù)來優(yōu)化機(jī)械手運(yùn)動(dòng)軸的回頭速控制算法模型，可以大大提升機(jī)械手搬運(yùn)板料動(dòng)作的平穩(wěn)性和安全性。

6 結(jié)語

卷板機(jī)自動(dòng)送料技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)板料卷制時(shí)板料的自動(dòng)化裝卸，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化板料卷制生產(chǎn)的技術(shù)保障。從卷板機(jī)自動(dòng)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(jī)單機(jī)，極少牽涉到整線設(shè)備。未來我國的卷板機(jī)自動(dòng)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(dá)國家之間的差距，進(jìn)一步提升我國社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)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(shì)[J]．真空，2015，（2）．