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東莞市AG亚游集团激光機械設備有限公司

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激光切割自動上下料係統研究

發布時間:2017/9/9     信息來源:http://www.mediaworksasia.com   作者:激光切割機    0

針對激光切割機人工上下料效率低、勞動強度大以及原材料利用率低的特點,通過應用自動上下料庫以及集中排版解決此問題。本文以我司生產現狀為例進行研究,結果表明:自動上下料的應用顯著地提高了上下料的效率,降低了員工勞動強度。

激光切割

激光切割誕生於20世紀70年代,切割源主要有CO2、光纖激光器,其工作原理主要為激光器輸出高能量密度的激光束聚集在工件的表麵上,使工件上被超細焦點照射的區域瞬間熔化和氣化,同時用與激光束同軸的壓縮氣體吹走被熔化材料,通過數控機械係統移動光斑照射位置而實現自動切割,形成一定形狀的切縫。設備主要由激光器、機床、數控、冷水機、冷幹機、空壓機等構成。其發展方向為低成本、高功率、大幅麵、高效率、高精度和高智能化。

行業也基本經曆了二氧化碳激光到光纖激光到大功率光纖激光的發展曆程。特別是大功率光纖激光,其能量轉化率在30%左右(傳統CO2激光為10%),且功率大,切割速度快,空走速度快(120m/min),瞬間穿孔(對於6mm以下鋼板),配備氮氣切割效率更高,國內已有部分廠家在使用。在激光切割機的使用過程中,人工上下料產生了效率低和勞動強度大的問題。同時排版不規範,未充分利用板幅也造成了原材料的浪費。隨著激光的廣泛應用,這些問題開始日益突出和明顯。

本文將重點介紹自動上下料對效率和勞動強度的影響,以及集中排版對材料利用率帶來的提升。並以我司的自動上下料庫的開發和應用為例進行研究。

自動上下料係統

傳統的激光設備供料方式為單台設備分散供料,上下料效率低。鋼板存放方式為鋼板散放(圖1),上料方式為人工吸盤上板(圖2),下料方式為每台激光設備加工完成後各自進行人工分揀(圖3)。任務處理方式為激光加工時進行N+1任務排版編程,人工U盤拷貝到激光設備,啟動。

 

圖1 鋼板存放

 

圖2 上料

 

圖3 下料

其主要存在以下三點問題:

(1)上板時人工吊板,效率低。

(2)鋼板多小片散放,占用場地多。

(3) 2人排版/4台,4人分揀/4台,占用人員多。

引進立體料庫和自動化輸送係統,聯網激光切割機,為多台激光設備自動集中配料,可形成以設備為主體的自動化流水線,實現激光自動上下料少人化直至無人化運行。可以實現物料集中分揀,提高上下料效率。鋼板存放方式為立體存放,信息輸入數據庫。上料方式為上料移載機自動上板。下料方式為下料移載機將已加工整板物料搬運到分揀台進行人工集中分揀。任務處理方式為集中排版編程,程序放入控製係統進行自動分配,人工幹預調整。

整套設備主要由自動立體料庫(圖4),激光切割機,編程控製單元,吸盤上料裝置(圖5),料叉下料裝置(圖6),成品分揀台組成,可實現從編程到原材料存儲(圖7),原材料上料,切割,切割後工件以及廢料的搬送,實現自動化和按計劃運轉,提高生產效率,節省操作人員,降低勞動強度,節約場地。圖8為某公司產品線示意圖。

 

圖4 自動立體料庫

 

圖5 吸盤上料裝置

 

圖6 料叉下料裝置

 

圖7 實現從編程到原材料存儲

 

圖8 產品線示意圖

其主要有以下八大優勢:

(1)自動上板,提高效率。

(2)鋼板分層存放在料庫,節約場地。

(3)係統集中排版、控製,集中分揀,1人排版/4台,2人分揀/4台,可以發揮人員集中的優勢。

(4)實現自動化操作,提高機床利用率。

(5)不同厚度材料智能分層管理,較小的麵積,提高空間使用率。

(6)可隨時進行拓展,實現多台機器共線生產,提高生產能力。

(7)降低勞動強度,減少操作人員,安全高效。

(8)自動化程度高,提升公司品牌形象。

對比分析

下麵從三個方麵對此係統應用前後進行對比分析:

優劣勢對比分析

配備立體自動化料庫,可進一步實現自動上下料,提高上板效率,減少操作人員,降低勞動強度,節約場地。經綜合分析,以一拖三為例,上板效率可提升78%,同時可節省操作人員及場地,有效降低勞動強度,改善員工工作環境。

(1)工藝對比。

舊工藝:鋼板散放,激光機布局分散、工作台與綠色通道平行;人工分批次多次編程,分配到每台設備進行加工,人工上板,人工下料。

新工藝:鋼板分層存儲在立體料庫中,激光機集中布置、工作台與綠色通道垂直;人工編程後批量導入工控機以及激光主機,具有智能化的控製係統,自動分配任務,通過激光主機與上下料係統配套工作,實現“料庫預上料—吸盤吸料—上料—交換工作台—切割—交換工作台—下料”的全自動循環運行,可以自動,切割循環自動進行,也可選擇手動,隻完成一個切割循環。

(2)人員、效率對比。

舊工藝:編程(分批次多次處理)—人工為每台激光機分配任務—拷貝切割程序到激光機—人工吊板—對中—人工交換工作台—啟動切割—人工交換工作台—成品料人工分揀。

效率:舊工藝上板、對中效率低,實際測算上板以及對中時間總和約為5min。

新工藝:集中編程—將當日所有待加工任務導入工控機—任務自動分配—上料移載機自動上板—自動交換工作台—啟動切割—自動交換工作台—下料移載機將成品料叉到分揀台—人工分揀。

效率:使用立體自動化料庫平均上板時間為1.1min(3台上板共需要200s)。

(3)占地麵積對比。

舊工藝:鋼板散放,激光機布局分散且工作台與綠色通道平行。如采用與前期通快激光機相同的布置方式,單台激光機占地約104m2(長11.25m,寬9.25m),3台激光機需占地:104×3=312m2;為滿足鋼板不同料厚和材質的存放需求,鋼板實際存放占地104m2(長11.25m,寬9.25m)。

則共需場地:312+104=416m2。

新工藝:鋼板分層存儲在立體料庫中,激光工作台與綠色通道垂直。整套生產線占地麵積:30m×9.25m=277.5m2。

新工藝相比於舊工藝可以節省場地:416-277.5=138.5m2。

(4)勞動強度對比。

1)舊工藝人工上板、對中,勞動強度大,新工藝自動上板、對中,勞動強度小。

2)舊工藝在激光機工作台上分揀,必須多人作業及時分揀完,否則影響激光機正常工作,新工藝將成品料全部轉移到分揀台上分揀,可以單張也可以多張分揀,靈活性高。

3)新工藝自動化程度高,員工作業環境好。

控製過程及工藝流程

生產加工控製流程圖,如圖9所示:

 

圖9 生產加工流程圖

工藝流程如下:

1)具有智能化的控製係統,激光主機與上下料係統配套工作,能實現“上料台預上料—吸盤吸料—校正平台校正板料—吸盤上料—交換工作台—尋邊—切割—交換工作台—下料至分揀區”的全自動循環運行,可以選擇自動模式,切割循環自動進行,也可選擇離線模式,隻完成一個切割循環。

2)當自動上下料係統出現故障時,支持手動上下料,且激光主機配合產線任務指派軟件仍可以實現單機“交換工作台—尋邊—切割—交換工作台”的單循環自動運行。

3)產線任務指派軟件將排版生成的加工程序按料厚進行分組排序並生成一個任務單,導入到控製係統時能自動讀取料厚等相關信息。任務單導入後,控製係統給激光機自動分配任務,並根據激光機的運行情況進行實時調整。

4)產線監控管理係統可以記錄激光切割機的工作信息,導出生產報表,報表包括以下內容:板材信息、切割程序物料號、物料數量、開始時間、結束時間、切割時間、設備使用率等,可實時監控管理整條生產線。

5)料庫能自動識別所切割程序對應的板材材質、厚度等信息,切割時能自動選擇料庫中的板料,程序材質切換時,係統可自動完成料庫中的板料切換。

6)料庫根據控製係統的程序分配,自動提前準備下一道程序所需要的鋼板並將其放在預上料工作台上。

7)料庫可根據當前加載的加工單進行自檢,缺板時發出提醒,由人工進行補齊。

8)料庫能自動識別切割程序所對應的板材材質、厚度等信息,切割時能自動選擇料庫中的板料。板材在切換時,係統可自動完成料庫中的板料切換。人工每向料庫中補一次原材料,可通過操作界麵將所補原材料信息維護進係統中。

9)加工過程中生產任務刪除,增加或者根據緊急情況前後調整以及設備出現異常問題時,產線任務指派軟件無需人工幹預可進行自動調配,設備功能恢複後,仍按正常時進行分配。

10)首次開機加工時,可以自動檢測激光機工作台上是否存在板料,根據實際情況按效率最大化的原則開始上板加工。

11)自動分配任務時可避免集中上板,集中下料的情況出現。

12)整套流水線節拍合理,保證設備利用最大化,不會出現待機現象。

經驗教訓

通過對激光機料庫自動上下料的研究和探索,總結經驗教訓,關鍵點如下:

(1)信息交互問題。

料庫與激光切割機最好能夠實現信息的實時交互,也就意味著激光切割機的控製係統要向料庫的控製係統開放端口及信號。具體為:

1)前提:提供上位軟件和機床的通訊接口。

2)提供機床狀態信號(切割運行中、切割準備好、報警)。

3)提供機床工作台交換準備好信號、工作台交換的啟動信號以及工作台交換的完成信號。

4)提供機床切割程序的啟動信號及切割已完成信號。

5)機床能夠接收上位軟件發送給機床的程序,自動調用對應加工材料的切割工藝參數,並且當上位發送給機床切割程序啟動信號後,機床可以調用相應的切割程序進行切割。如部分信號確實無法開放,則會限製以上交互的實現。

(2)激光劍柵與下料料叉匹配問題。

下料裝置為料叉下料,下料過程中既不能出現成品料掉落的問題,也不能出現由於熔渣將激光工作台一同叉起的情況,這就對激光切割機工作台的製造及安裝精度以及料叉的設計提出了更高的要求。下料機料叉間距要與激光劍柵間距匹配,要考慮激光劍柵尺寸誤差的風險應對措施。

其他需要注意的事項如下:

(3)自動生產線的長,寬,高,間距要與現場匹配,布局要與要求一致。

(4)自動生產線主體結構強度分析過程,要與板材的重量相匹配。

(5)料庫層數,料庫托盤尺寸,補板平台尺寸要與原材料數量,尺寸匹配。

(6)對正平台要能實現鋼板對齊的功能。

(7)上料機吸盤分張,斷電保護措施要具備。

(8)上料機布置位置要合理,要方便上料。

(9)下料機料叉結構強度要與板材特點相匹配,要考慮長時間工作後是否變形,如變形如何應對。

(10)分揀台大小數量要足夠。

(11)要具有臨時上下板措施。

(12)整套設備布局要合理,操作方便性要充分考慮。

(13)自動生產線運行過程和邏輯要合理。

(14)整套生產線安全防護措施要到位。

(15)生產線各過程時間,節拍要協調有序,要與切割時間相匹配,不能有明顯的等待現象。

(16)要考慮噪聲,噪聲如不達標,要采取相應的降噪措施。

(17)盡量配備格柵清理機(如圖10所示),防止割渣影響下料。

 

圖10 格柵清理機

結束語

總之,通過激光切割機上下料係統的應用,可顯著提高生產效率,降低操作人員勞動強度,節省設備占用場地,是後續鈑金加工設備自動化、智能化的發展方向。

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