激光切割机自动上下料设备的研究

二十一世纪以来，在钣金加工领域，CO2激光切割机逐步被光纤激光切割机所取代。高质量、高精度、高效率、大幅面、低成本成为光纤激光切割机的发展趋势，同时随着企业人工成本增加和人工效率低等缺点的持续突显，机械加工的自动化应运而生。

本文介绍了光纤激光切割机自动上下料设备，该设备主要包括可移动式原料(成品)台车、机架部件、吸料装置、叉料装置等，具有自动上下料、扳角分层、自动进出料等功能，有效降低了生产过程对人的依赖程度。

设计原理及参数

针对双工作台式光纤激光切割机，配套的自动上下料设备其结构如图1、图2所示，采用控制系统进行控制，可以实现手动或自动上下料的整套流程操作，同时可实现不同长宽、厚度板材的精确定位。

激光上下料工艺流程

自动上下料设备具有智能化的控制系统，激光主机与上下料系统配套工作，可手动实现原料台车进退、成品台车进退、叉料收张、吸盘分区开关、X轴点动移动、Z轴点动移动等操作。

自动运行时，原料台车预上料—原料台车开进、成品台车开出—Z轴下行、吸盘吸料—吸盘上料—交换工作台—寻边、切割—交换工作台—成品台车开进—下料至成品台车台面，可以实现一整套动作的全自动循环运行，前提是需要切割机发送上料或下料信号，配合主机使用。

主要组成部分及功能

横梁传动

横梁在机架上的传动可以采用两种方式，一种是采用进口高精度直线导轨作导向，以精密齿轮齿条作传动装置（图3），保证了机床的定位精度和重复定位精度，上下料方向（X轴方向）可与激光切割机机身方向平行或垂直，由伺服电机控制，可以精确保证叉料叉齿间距与激光工作台齿距相匹配。

另一种是采用链条链轮传动的方式，以滚轮或直线导轨作导向，采用链轮带动短节距精密滚子链实现传动，上下料方向（X轴方向）只可与激光切割机机身方向垂直，用于传动精度要求不高的场合，同时也分为两种情况：⑴链条与横梁固定，链轮与电机放置于机架上，带动横梁沿X轴方向移动，如图4所示；⑵链条与机架固定，链轮、电机放置于横梁上，带动横梁沿X轴方向移动，如图5所示。

吸料装置

吸料装置构成如图6所示，板材位于原料台车上，原料台车上的强力磁铁将板材分层；吸料装置经电机驱动，水平运动至原料台车正上方；Z轴经电机驱动，竖直向下运动，平衡气缸下腔体受压排气，吸盘架落至原料台车待加工板材上，同时叉齿张开；吸盘由真空发生器抽真空（吸住板材）；扳角气缸运动，将板材翻板，便于分层；吸料装置上行至一定高度同时叉齿收缩，经X轴电机驱动并运动至激光切割机交换工作台正上方；Z轴下行，叉齿张开，吸力解除，完成上料工作。

叉料装置

叉料装置主要由料叉伸张驱动机构、挡料架、料叉组成，如图7所示，在激光切割机完成板材切割加工以后，X轴电机驱动叉料装置运动至交换(升降)工作台上方，Z轴下行，料叉张开随后在工作台齿距间隙中收缩，并将板材托起；叉料装置上行，经X轴电机驱动至成品台车上方；Z轴下行，料叉张开，将已加工板材放于成品台车上；料叉收紧，叉料装置上行，完成下料操作。

移动式台车

移动式台车由原料台车和成品台车组成，如图8所示，原料台车负责放置未加工板材，成品台车用于放置已加工的板材，两车分类摆放。在放置大幅面板材时，考虑到多张板材放置于小车上重量较重的情况，两个移动式台车都采用链轮链条式传动，避免采用摩擦传动易出现打滑的现象。如果板材幅面较小如3000mm×1500mm，重量较轻，可以使用减速电机通过链条传动带动链轮转动，使得移动式台车实现滚轮滚动运行。

激光切割机

本设计中使用的光纤激光切割机采用龙门式结构、铸铝横梁、日本高精度直线导轨、进口精密斜齿轮齿条和丝杠传动，保证了定位精度和重复定位精度。控制系统可自由选配，采用IPG光纤激光发生器，随动系统采用非接触式电容传感器，切割机具有反应快、精度高等特点。

当自动上下料设备将待加工板材放至激光切割机交换工作台后，数控系统接收到有料信号，将有板材的工作台移动至激光切割头下方，对板材进行加工。加工完成后，驱动电机与叉料装置配合完成下料操作。

自动上下料设备的优势及发展前景

⑴吸盘自动上料。传统人工上料时，例如3m×1.5m薄板至少需要三个工人抬板上料，过重的板材需使用电葫芦辅助上料，一张板材所耗费的时间至少为三分钟，且安全风险很大。使用吸盘自动上料后，只需人工按键操作，耗时10秒即可完成上料，因设备的人机工程及安全防护措施到位，人身伤害及安全事故为零，非常好的避免了开放式生产易对人身造成伤害的弊病，同时提高了工作效率，降低了人工成本。

⑵可以满足用户多样化的需求。生产场地狭长时，设备可采用从机身工作台后方上料的方式；场地较宽敞时，可采用从机身侧面上料的方式；根据用户不同的需求，满足多样化的生产条件，实现柔性化生产，同时还能够保证结构紧凑，占地面积小。

⑶系统整体自动化程度高。激光切割机自动上下料设备通过一键操作即可实现板材上料-切割-下料整个流程的循环操作，也可以手动操作，分步进行，可搭配立体料库，将不同厚度的材料智能分层管理，控制方便。

⑷可以随时进行功能拓展，实现多台机器共线生产。一台自动上下料设备可给多台激光切割机上下料，后期如扩大生产可采用多台并联的方式，在不改变固有结构的情况下，增加切割机数量，提高生产能力。

⑸装备自动化程度高，提升公司品牌形象，有助于增强企业的市场竞争优势。

结束语

激光切割机自动上下料设备在自动化生产线中占有重要地位，本设计只是提供了一种简单的上下料方案，以此为参考，可以衍生出与多台激光切割机并联，并配立体料库的自动上下料方案，相信激光自动上下料设备会在自动化发展中越来越好。