MFC2011－剪板机和机器人终于集成到一起
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剪板机和机器人终于集成到一起 ?????有公司将柔性自动化装置集成到剪板机上 作者：乔恩.克里斯 韦恩,斯威夫特 译者：刘明星 2011年2月25日 莱恩钢铁有限公司（Lane Steel Co.）成功地将一台剪板机和一个机器人配对，从而消除了生产车间的一个主要瓶颈，获得了更高的产量，更好的质量和更大的生产灵活性。
图1：一个负重能力为1000公斤的库卡机器人正在把板料装载到剪板机的工作台上. 剪板机是传统钣金生产的标志物。机床本身及其控制系统在不断发展，但是工人的操作方式却几十年来没有什么变化。莱恩钢铁公司的经理意识这一点，开始寻求突破。. 他们在宾夕法尼亚州的McKees Rocks金属服务中心看到许多操作工人围着剪板机在进行重复、枯燥和费力的工作。一两个工人通常在吊车的帮助下，从料架上取下板料，在剪板机的工作台定位，用一个带标尺的前挡料或者后挡料手动设置剪切参数，推动板料到刀具下剪断。如果板料不止一个边需要剪断，他们还需要旋转板料。 去年，莱恩公司的合伙人和执行副总迈克.戈登拜访了自动化机器人系统公司（ABS），这是一家靠近匹兹堡的自动化集成商。他回忆说，当他看到ABS的自动化成形生产线的时候，突然有了触动：既然机器人可以给自动化的压力机喂料，为什么同样的理念不能应用到剪板机上呢？ 缓解生产瓶颈 尽管机器人应用于钣金生产已经有很多年的历史了，但是在一台从前面进料的剪板机上集成机器人还是新鲜事物。这并不是因为现有的剪切系统和料架不适合采用机器人进料，根据笔者的理解，这仅仅是因为一直没有人尝试把这二者结合起来。 不过，这已经是老黄历了。 这家公司已经把柔性自动化机器人集成到剪切操作上，这样做是有充分理由的。剪切操作通常是打包和运输之前的最后一道工序，是工厂满负荷运转时的瓶颈环节。此前，自动化的卷料进料校平和下料线推动产品向下游走，但是到了剪切环节就不得不停下来，因为要得到顾客想要的剪切尺寸，板料必须经过手动在剪板机上剪切。
目前，剪切终于再也不用手工操作了。这家公司有一个自动化单元，包括一台标准的剪板机和一台由位于匹兹堡的中大西洋公司生产的罐式料架，一台库卡六轴机器人，手臂承重能力为1000公斤，从料架上抓取板料，放置在剪板机的工作台上（见图1和图2）。机器人和一个外置的第七轴连接，那是放在装载工作台上的一个伺服电机。事实上，一旦机器人往工作台上移动并定位板料之后，软件向伺服电机发信号执行一些程序，把板料需要剪切的部位精确地推到剪板机的刀具下。 超高精度地剪切
图3：一旦板材放置在工作台上，在图中蓝色遮罩下有四个伺服驱动的夹钳，马上对板材进行误差在0.000127米（±0.005英寸）的精确定位。 统的核心是在工作台上数以千次的记号或者刻度。设想一个尺子有4.2672米(14英尺)长，每一个最小的刻度是0.000127米(0.005英寸)，折合有33,600单独的标记。机器人手臂固定板料，这样板料就可以被四个夹钳夹紧。和机器人控制器协作的一个可编程控制器向四个夹钳发信号，让它们相应地张合。伺服电机然后控制板料的运动，使之进入剪板机（见图3）。 假设一个程序要求板料被剪成顶头的一小段料为0.0254米（1英寸）宽，然后切出一系列0.2032米（8英寸）宽的成品板料。对于这1英寸的下料，伺服电机推动板料的前端向前进200个刻度。剪板机闭合，然后一英寸宽的废料就切下来了。然后再切8英寸宽的料时，伺服电机向前移动1600个刻度然后停止。剪板机再次剪切，最终剪下的合乎尺寸的板料就被放置在堆垛机上了。系统继续向前推进1600个刻度然后继续切割，以此类推，直到所有的板料完成。 当板料不止一个边需要剪切的时候，机器人的手臂就返回重新抓住板料，当剪板机剪完一个边之后，机器人迅速把材料调转一个方向。因此这个系统可以在剪切最后一刀之前，对有毛边的板料的三个边进行剪切，获得一个方形的材料。 当一个切片被清理的时候，系统给堆垛机一个信号，后者随即打开一个门来接受废料。成品零件将堆积在一个已经根据成品的长宽调换过的箱子里。 假设有一个板料是0.003175 米厚，1.524米宽，3.6576米长（0.125英寸厚，60英寸宽144英寸长。在控制器的帮助下，操作工人选择一个程序，或者生产计划。当从小推车上取一个板料的时候，机器人能够确保板料的宽边与剪刀线平行。它从工作台上移动板料，然后在一些方形拴的帮助下，把材料的末端放置到四个夹钳套里。一旦接近开关确定了材料的排列，夹子就开始控制材料的运动。与此同时，机器人返回到小车取下一个板料。 比如说这个生产计划中包含了一个顶边的材料作废；总共8.48995米（334.25英寸）的零件切割完毕，一块0.06985米（2.75英寸）的尾料作废。伺服驱动系统、剪板机、堆垛机和机器人协调一致完成这个复杂的操作。顶头的边被切掉，随后有33块板料切得大小合适，然后切掉尾料。一块板完成之后，机器人已经准备好下一个周期的工作了。 从头到尾，剪板机和自动化设备之间只发生一次沟通，即机器人的控制系统给剪板机下达一个剪切的指令。剪完之后，剪板机的控制器回传一个信号，表示它已经准备好下一个剪切动作。这样简单明了的联线有一个额外的优点：那就是这套自动化设备可以和任何现有的商用的剪板机集成到一起。 总的来说，这套自动化系统可以处理0.0006096－0.00635米（0.024－0.25英寸）厚、起始尺寸1.52米乘以3.66米（5英尺X12英尺）的钢板，能够剪切的成品最小尺寸是0.0254米X0.3048米。它夹持的公差能够稳定地控制在±0.000127米（±0.005英寸）之内，这是手工操作根本不可能达到的精度。 更快，更安全 戈登说，过去按照顾客的要求完成剪切订单是一件有挑战的工作，因为手动剪切是一个缓慢的过程，不过现在自动化系统帮助他们能够及时交货。 当生产加速的时候，安全隐患通常会加重。但是机器人在一个封闭的笼子里工作，这就消除了很多潜在的危险了。从材料离开地面，一直到成品放置到堆垛机里，材料由一个自动化的智能系统处理，减少了对人力的需求以及潜在的生产事故。此外，如果工人试图进入正在生产中的自动化单元所在的区域，他们会触发安全光栅，从而迫使机器人和伺服驱动立即停机。 第一次尝试的创举 戈登说：“这是第一个勇于吃螃蟹的尝试，没人愿意做第一个。”他补充说，工程师们还在消除各种小缺陷，主要是解决机器人的手臂如何把钢板放置到剪板机的工作台上，不过问题并不算太严重，在业内领先采用技术革新的好处也是很多的。 他说：“我们一致在尝试各种机会来保持领先，这可以让我们和竞争对手区分开来。” 最为重要的是，事实上，这个系统的12个机器人定位程序能以任何设想的方式够对板材进行操作。戈登说，最大的好处是机器人能够转动板材，和人工操作一样灵活，而且不会拉伤工人的背部肌肉。以前的时候，往往需要三个人的小团队来处理超重的材料，如一叠0.00635米（0.25英寸）厚，1.52米乘以3.66米的钢板，每块重285公斤。在手工作业时，三个人需要大约5分钟把板材放置到起重装置上，然后放进剪板机。设想一下，如果一个工作需要日复一日整天地举起这么重的东西，任何人都不会对这样的职业生涯会有热情，但是机器人丝毫不在乎这些。事实上，它可以非常高的精度执行同一个操作，每次仅仅需要20秒钟。 本文图片由莱恩钢铁公司提供。 相关公司展示厅： Related Company Showrooms: Related Company Showrooms: 刘明星注：本文为《钣金与制作》杂志翻译，电子版首次在译言网发布，供专业人士学习。无法限制您不转载，但是请务必注明作者信息和译者信息，谢谢支持。更多专业内容请登陆中国锻压协会的中国国际金属成形展览会（2011年8月23－26日 上海世博展览馆）官网www.china-metalform.com |
