MFC2011－剪板機和機器人終于集成到一起
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剪板機和機器人終于集成到一起 ?????有公司將柔性自動化裝置集成到剪板機上 作者：喬恩.克里斯 韋恩,斯威夫特 譯者：劉明星 2011年2月25日 萊恩鋼鐵有限公司（Lane Steel Co.）成功地將一臺剪板機和一個機器人配對，從而消除了生產車間的一個主要瓶頸，獲得了更高的產量，更好的質量和更大的生產靈活性。
圖1：一個負重能力為1000公斤的庫卡機器人正在把板料裝載到剪板機的工作臺上. 剪板機是傳統鈑金生產的標志物。機床本身及其控制系統在不斷發展，但是工人的操作方式卻幾十年來沒有什么變化。萊恩鋼鐵公司的經理意識這一點，開始尋求突破。. 他們在賓夕法尼亞州的McKees Rocks金屬服務中心看到許多操作工人圍著剪板機在進行重復、枯燥和費力的工作。一兩個工人通常在吊車的幫助下，從料架上取下板料，在剪板機的工作臺定位，用一個帶標尺的前擋料或者后擋料手動設置剪切參數，推動板料到刀具下剪斷。如果板料不止一個邊需要剪斷，他們還需要旋轉板料。 去年，萊恩公司的合伙人和執行副總邁克.戈登拜訪了自動化機器人系統公司（ABS），這是一家靠近匹茲堡的自動化集成商。他回憶說，當他看到ABS的自動化成形生產線的時候，突然有了觸動：既然機器人可以給自動化的壓力機喂料，為什么同樣的理念不能應用到剪板機上呢？ 緩解生產瓶頸 盡管機器人應用于鈑金生產已經有很多年的歷史了，但是在一臺從前面進料的剪板機上集成機器人還是新鮮事物。這并不是因為現有的剪切系統和料架不適合采用機器人進料，根據筆者的理解，這僅僅是因為一直沒有人嘗試把這二者結合起來。 不過，這已經是老黃歷了。 這家公司已經把柔性自動化機器人集成到剪切操作上，這樣做是有充分理由的。剪切操作通常是打包和運輸之前的最后一道工序，是工廠滿負荷運轉時的瓶頸環節。此前，自動化的卷料進料校平和下料線推動產品向下游走，但是到了剪切環節就不得不停下來，因為要得到顧客想要的剪切尺寸，板料必須經過手動在剪板機上剪切。
目前，剪切終于再也不用手工操作了。這家公司有一個自動化單元，包括一臺標準的剪板機和一臺由位于匹茲堡的中大西洋公司生產的罐式料架，一臺庫卡六軸機器人，手臂承重能力為1000公斤，從料架上抓取板料，放置在剪板機的工作臺上（見圖1和圖2）。機器人和一個外置的第七軸連接，那是放在裝載工作臺上的一個伺服電機。事實上，一旦機器人往工作臺上移動并定位板料之后，軟件向伺服電機發信號執行一些程序，把板料需要剪切的部位精確地推到剪板機的刀具下。 超高精度地剪切
圖3：一旦板材放置在工作臺上，在圖中藍色遮罩下有四個伺服驅動的夾鉗，馬上對板材進行誤差在0.000127米（±0.005英寸）的精確定位。 統的核心是在工作臺上數以千次的記號或者刻度。設想一個尺子有4.2672米(14英尺)長，每一個最小的刻度是0.000127米(0.005英寸)，折合有33,600單獨的標記。機器人手臂固定板料，這樣板料就可以被四個夾鉗夾緊。和機器人控制器協作的一個可編程控制器向四個夾鉗發信號，讓它們相應地張合。伺服電機然后控制板料的運動，使之進入剪板機（見圖3）。 假設一個程序要求板料被剪成頂頭的一小段料為0.0254米（1英寸）寬，然后切出一系列0.2032米（8英寸）寬的成品板料。對于這1英寸的下料，伺服電機推動板料的前端向前進200個刻度。剪板機閉合，然后一英寸寬的廢料就切下來了。然后再切8英寸寬的料時，伺服電機向前移動1600個刻度然后停止。剪板機再次剪切，最終剪下的合乎尺寸的板料就被放置在堆垛機上了。系統繼續向前推進1600個刻度然后繼續切割，以此類推，直到所有的板料完成。 當板料不止一個邊需要剪切的時候，機器人的手臂就返回重新抓住板料，當剪板機剪完一個邊之后，機器人迅速把材料調轉一個方向。因此這個系統可以在剪切最后一刀之前，對有毛邊的板料的三個邊進行剪切，獲得一個方形的材料。 當一個切片被清理的時候，系統給堆垛機一個信號，后者隨即打開一個門來接受廢料。成品零件將堆積在一個已經根據成品的長寬調換過的箱子里。 假設有一個板料是0.003175 米厚，1.524米寬，3.6576米長（0.125英寸厚，60英寸寬144英寸長。在控制器的幫助下，操作工人選擇一個程序，或者生產計劃。當從小推車上取一個板料的時候，機器人能夠確保板料的寬邊與剪刀線平行。它從工作臺上移動板料，然后在一些方形拴的幫助下，把材料的末端放置到四個夾鉗套里。一旦接近開關確定了材料的排列，夾子就開始控制材料的運動。與此同時，機器人返回到小車取下一個板料。 比如說這個生產計劃中包含了一個頂邊的材料作廢；總共8.48995米（334.25英寸）的零件切割完畢，一塊0.06985米（2.75英寸）的尾料作廢。伺服驅動系統、剪板機、堆垛機和機器人協調一致完成這個復雜的操作。頂頭的邊被切掉，隨后有33塊板料切得大小合適，然后切掉尾料。一塊板完成之后，機器人已經準備好下一個周期的工作了。 從頭到尾，剪板機和自動化設備之間只發生一次溝通，即機器人的控制系統給剪板機下達一個剪切的指令。剪完之后，剪板機的控制器回傳一個信號，表示它已經準備好下一個剪切動作。這樣簡單明了的聯線有一個額外的優點：那就是這套自動化設備可以和任何現有的商用的剪板機集成到一起。 總的來說，這套自動化系統可以處理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）的鋼板，能夠剪切的成品最小尺寸是0.0254米X0.3048米。它夾持的公差能夠穩定地控制在±0.000127米（±0.005英寸）之內，這是手工操作根本不可能達到的精度。 更快，更安全 戈登說，過去按照顧客的要求完成剪切訂單是一件有挑戰的工作，因為手動剪切是一個緩慢的過程，不過現在自動化系統幫助他們能夠及時交貨。 當生產加速的時候，安全隱患通常會加重。但是機器人在一個封閉的籠子里工作，這就消除了很多潛在的危險了。從材料離開地面，一直到成品放置到堆垛機里，材料由一個自動化的智能系統處理，減少了對人力的需求以及潛在的生產事故。此外，如果工人試圖進入正在生產中的自動化單元所在的區域，他們會觸發安全光柵，從而迫使機器人和伺服驅動立即停機。 第一次嘗試的創舉 戈登說：“這是第一個勇于吃螃蟹的嘗試，沒人愿意做第一個。”他補充說，工程師們還在消除各種小缺陷，主要是解決機器人的手臂如何把鋼板放置到剪板機的工作臺上，不過問題并不算太嚴重，在業內領先采用技術革新的好處也是很多的。 他說：“我們一致在嘗試各種機會來保持領先，這可以讓我們和競爭對手區分開來。” 最為重要的是，事實上，這個系統的12個機器人定位程序能以任何設想的方式夠對板材進行操作。戈登說，最大的好處是機器人能夠轉動板材，和人工操作一樣靈活，而且不會拉傷工人的背部肌肉。以前的時候，往往需要三個人的小團隊來處理超重的材料，如一疊0.00635米（0.25英寸）厚，1.52米乘以3.66米的鋼板，每塊重285公斤。在手工作業時，三個人需要大約5分鐘把板材放置到起重裝置上，然后放進剪板機。設想一下，如果一個工作需要日復一日整天地舉起這么重的東西，任何人都不會對這樣的職業生涯會有熱情，但是機器人絲毫不在乎這些。事實上，它可以非常高的精度執行同一個操作，每次僅僅需要20秒鐘。 本文圖片由萊恩鋼鐵公司提供。 相關公司展示廳： Related Company Showrooms: Related Company Showrooms: 劉明星注：本文為《鈑金與制作》雜志翻譯，電子版首次在譯言網發布，供專業人士學習。無法限制您不轉載，但是請務必注明作者信息和譯者信息，謝謝支持。更多專業內容請登陸中國鍛壓協會的中國國際金屬成形展覽會（2011年8月23－26日 上海世博展覽館）官網www.enmanlin.com.cn |
