卷板机自动送料技术的现状及发展趋势

李军

（戴蔚（上海）商贸有限公司技术部，上海 200000）

卷板机是一种比较常见的工业生产设备，而卷板机自动送料技术可实现在卷板机卷制板材时物料的自动传送，其不仅安全性高，而且工作效率高，对于提升卷板机的板材卷制质量和板材卷制的自动化水平具有积极的意义。为此，本文对卷板机自动送料技术的现状及其发展趋势进行了研究。

1 卷板机

卷板机属于一种对板材实施连续点弯曲的塑形机床，可以生产出不同形状的板材，如多段R型、U型、O型等。卷板机的工作原理：对称式卷板机上辊在两下辊中央对称位置，利用液压缸内的液压油对活塞产生垂直升降作用，再借助主减速机的末级齿轮来驱动两下辊齿轮啮合产生旋转运动，为板材的卷制提供扭矩。卷板机规格平整的塑性金属板在卷板机3根工作辊的作用下，即1根上辊和2根下辊，利用下辊的旋转作用和上辊的下压作用，在多次连续弯曲的作用下，使金属板出现永久性的塑性变形，从而生成所需的锥筒、圆筒或其中一部分。这种液压式三辊卷板机存在一定的缺陷，就是必须利用其它设备来实现板材端部的预弯。根据应用的领域不同，卷板机的类型也有所差别，从辊数上来说，卷板机主要包括三辊与四辊。从传动上来说，三辊卷板机主要包括液压式与机械式，而其中机械式三辊卷板机又包括非对称与对称两种。

2 卷板自动送料的构造

板料传输机构、板料小车、辅助机构及执行机构等是组成卷板机自动送料设备的主要部分。执行机构主要负责把板料小车上的待卷制板材输送至进料平台上，输送板材需要使用到真空吸盘拾取装置及直角坐标式机械手。在工业自动化系统中，常常需要输送、拾取工件，而比较常见的一种吸盘式机械手就是真空吸盘。直角坐标式机械手的传动模式主要包括3种，即气压传动、直线电机传动以及机械传动，而机械传动主要包括滚珠丝杠传动、同步带传动以及齿轮齿条传动等。辅助机构主要负责提升板材卷制的准确度，如位移检测装置、推送装置和板料中心对正装置等，均是使用较为广泛的辅助机构。板料小车主要负责存放待卷制板材。而板料传输机构主要负责传输待卷制板材，如万向球传输及滚轮轴传输等均是使用较为广泛的板料传输机构。

3 卷板机自动送料技术的发展现状

（1）国内卷板机自动送料技术的发展现状。现阶段，国内卷板机生产厂商生产的产品主要是单机，极少生产与卷板机配套设备相关的产品。王国强，邯郸长治钢铁集团董事会管理咨询委员会召集人（主任）、高级经济师，其于2011年首次将CP1H-XA40DR型PLC、光栅尺及NT20触摸屏等装置使用于两轴自动液压滚弯机床的控制方案设计中，利用推料缸的缸缩、推料以及吸盘的吸料、上升、放料、下降等动作，实现了对板料的卸载与进给。次年，国内首个W10二辊自动生产线也随之被应用于南通超力卷板机制造有限公司，其开始逐步把自动送料设备和卷板机单机整合起来，使对料、取料、出料、上料、卷制等一系列动作实现了自动化操作，然而，该设备也存在一定的缺陷，其输送板料的平稳性较差，且结构较为笨重。之后，上海理工大学的张文华等于2014年研发出了一种全自动两辊液压卷板机，把卷板机和自动送料装置充分整合在一起，此装置主要包括进料气缸、板料校正机构及万向球的台面等3部分。因为此装置是通过上置聚氨酯辊轮的方式来实现自动进料，所以为了确保聚氨酯辊下压时进料的顺畅性，必须使进料台面和地面之间保持一定的角度。

（2）国外卷板机自动送料技术的发展现状。意大利、日本及美国等均是卷板机自动送料技术发展较为成熟的一些国家，由于那些国家的卷板机自动送料技术起步较早，积累了大量的技术经验，其自动化水平及产品加工精度均相对较高，其生产的卷板机品牌在全球均享有盛誉，如美国的SAHILER、荷兰的DELEM、意大利的DAVI、FACCIN、日本的FANUC及安川电机等。意大利FACCIN公司生产的全自动液压式HCU系列两轴滚弯机可实现全自动生产操作，属于一整套全自动弯卷单元，如卸料、进料、送料以及滚弯等生产操作均可实现自动进行。因为此种全自动液压式HCU具备独特的液压机械辊提升系统，其可产生持续的成形压力，保证反复的精准弯曲，可以生产出长200cm、厚0．5cm的中型、大型钢管，借助柔性辊产生的动态压力，可以把板料滚弯成形。标准HCU/S的自动送料机械每分钟可输送5件。意大利DAVI公司也设计出了一种小型四辊机，此种机具备独特的创新型设计，其可以对厚度1～1．5cm左右的板料进行加工处理。此种MCA型号小型四辊机主要是利用入门级的用户友好界面CNC进行控制，可以实现自动卷制操作，可以实现包括丙端预弯在内的一次卷制成形。MCA型号小型四辊机主要是通过把单机和自动送料设备整合在一起，形成自动加工单元，此种设备主要是通过水平方向来传输板材，利用自动装卸系统与送料平台来实现对板料的水平传输、生产。国外的自动送料机构均较为科学，主要是通过整合气缸和伺服电机来实现运动，再由气缸驱动竖直方向的运动。

4 卷板机自动送料关键技术

（1）真空吸盘拾取技术。真空吸盘是板料传输机械手的末端执行器，主要由氟化橡胶、硅橡胶、丁腈橡胶及聚氨酯等制作而成，主要包括风琴型、深凹形及平直型等3种结构。在卷制板料的过程中，由于板料尺寸规格多样，为了保证真空吸盘拾取装置拾取板料的安全性及可靠性，可采取8个吸盘分2行均匀分布，保证两两之间距离可调的方案。同时，还应将真空发生器设置于对角2个吸盘内，如此一来，当其中1组吸盘抽真空发生故障时，其他吸盘依旧可以正常工作。

（2）直角坐标式机械手技术。目前，主要是利用工业机械手来搬运板料，而直角坐标式机械手与关节式机械手均是比较常见的搬运机械手，由于直角坐标式机械手的经济性较好，故被广泛使用于卷板机自动送料生产操作中。直角坐标式机械手的运动轴主要通过如下几种方式进行传动，即螺旋传动、同步带传动以及齿轮齿条传动。同步带传动不仅具备链传动的优势，同时也具备普通带传动的优势，其有大量啮合齿分布于带轮外周及同步带的工作面上，主要利用轮齿和同步带齿的啮合作用来实现传动。同步带传动无需润滑，而且传动平稳、传动比精准、传动效率高、噪音小，被广泛应用于机器人运动传动中，但也存在一定缺陷，如在长期承载工作下，带的变形量会逐渐增加，同时，对安装的要求也比较高。螺旋传动具有传动灵敏、平稳、效率高、摩擦阻力矩小等特点，但也存在一定的缺陷，当在垂直方向传动场合使用螺旋传动时，必须借助自锁机构或制动机构来确保操作的安全。齿轮齿条传动具有精准度高、承载力大等特性，在物料搬运装置及加工车间的自动上下料桁架机器人等生产中，均得到了较为广泛的使用。而且对于长行程应用场合而言，齿轮齿条传动拥有其他传动模式所不具备的优势，其可以相互拼接达到任意长度的行程。齿轮齿条传动离不开滚轮导轨的支撑，只有将二者结合起来，才能提升其结构刚度和运动导向性。

5 卷板机自动送料技术的发展趋势

随着人工成本的不断递增、卷板机板料卷制技术的快速发展，人们对卷制板料的自动水平也提出了越来越高的要求。传统的助力吊送料及人工送料模式必将被自动送料技术所取代。未来卷板机自动送料技术应朝着以下几方面发展。

（1）自动送料机的智能化和柔性化。由于卷制件的尺寸规格各不相同，未来自动送料机必将趋于智能化、柔性化发展，真空吸盘机构也必将实现自动或手动调节，以满足各种规格板料的要求；同时，必须全面强化人机交互功能和智能化，实现操作程序的进一步简化。

（2）有限元分析和结构优化技术。其主要是借助计算机技术来对自动送料机构的性能、参数和结构等实施优化设计。执行机构在传输板料的过程中，能够实现对机构危险工作状态的分析。因为竖直轴和板料的质量主要有横梁负载，所以，非常有必要对其实施动静态受力分析，评估其可能对横梁上的传动机构产生的影响。同时，必须对有关结构及尺寸参数进行优化，以提升工作的可靠性及机构的刚度。

（3）开放式数控系统。由于人们对卷制产品的工艺提出了越来越高的要求，所以，必须全面提升卷析单元数控系统的控制精度。借助开放式数控系统，再整合板料卷制过程和自动送料过程，可以有效的提升卷制材料的生产效率、自动化水平，有助于增加产品的市场占有份额。开放式数控系统具有加工准确度高、数据处理高效等优势，是未来卷板机自动送料技术的发展趋势之一。

（4）伺服控制技术。卷析机工作时需要平稳搬运板料，因此，对直角坐标式机械手运动平稳性的要求非常高。借助伺服电机带动传动机构，再利用伺服控制技术来优化机械手运动轴的回头速控制算法模型，可以大大提升机械手搬运板料动作的平稳性和安全性。

6 结语

卷板机自动送料技术可以实现板料卷制时板料的自动化装卸，是实现自动化板料卷制生产的技术保障。从卷板机自动送料技术发展现状来看，目前国内大部分的研究均是关于卷板机单机，极少牵涉到整线设备。未来我国的卷板机自动送料技术必将朝着伺服控制技术、柔性化、智能化的方向发展，这样方能缩短与发达国家之间的差距，进一步提升我国社会主义经济的发展水平。

[1]鲁世红,金龙,杜超．卷板机自动送料技术的现状及发展趋势[J]．锻压技术 ,2017，(7)．

[2]郭钟华．接触式真空吸取技术研究现状与发展趋势[J]．真空，2015，（2）．