CN103600173B - 一种二工位快台切割的方法及其系统 - Google Patents

Abstract

一种二工位快台方式的切割方法及其系统，包括，两个切割单元，其包括两个平行设置第一、第二移动快台及两台激光切割头；两移动快台分别设一切割位及两个待料位即1#、2#待料位；两个搬运堆垛机器人，分设于两个切割单元两侧，其机器人外部轴与移动快台垂直布置；四个组料上料位，设置于两个搬运堆垛机器人外部轴外侧，组料上料位设组料小车及相应的导轨，导轨与机器人外部轴平行；四个片料下料位，分设于四个组料上料位相邻位置，其包括片料小车及相应的导轨，导轨与机器人外部轴平行；一套废料传送系统，设置于两个切割单元切割位下。本发明可同时实现钢板上料及下料作业，并能有效提高作业节奏和产量。该系统可满足小批量生产要求。

Description

一种二工位快台切割的方法及其系统

技术领域

本发明涉及汽车制造领域的激光加工技术，特别涉及一种钢板上下料和切割的方法及其系统。

背景技术

现有的汽车板落料采用模具落料方式，钢铁厂或汽车整车厂通常拥有开卷剪切堆垛自动生产线。其设备组成主要包括：输送单元、压机单元和堆垛单元。简单的料片形状(如长方形、梯形及弧形)可采用摆切方式，复杂曲线的料片采用模具落料。落料线需要根据车型的料片大小形状配置不同的落料模具，通过更换模具生产不同的料片。汽车板落料线作业效率非常高，在400万片～600万片/每年。按3800小时每年计算，平均每分钟约为25片，适用于普通车型大规模大批量生产。

然而模具落料方式存在一定局限，特别是高额的落料模具制造和保有成本，大量的模具堆放、维护场地空间，庞大的压机设备及设备基础引起的厂房投资等问题。同时，针对一些个性化车型的小批量生产，这种方式显得十分不经济。

近年来，随着激光技术发展迅猛，激光的切割速度(现在厚度1.5mm以内钢板，采用4kW光纤激光发生器，切割速度可保证不低于20m/min)、光电转换效率(目前已经达到20％以上)不断提升；使得激光切割的成本已经达到了一个临界点，从而使激光切割应用于量产化汽车异形钣金落料加工成为可能。

另外，机器人技术的使用也已经越来越普及，成本逐步降低，其高度柔性显示出巨大的优越性。机器人通过控制系统保持与落料过程中的随动及连锁，比如：7轴机器人(即带外部轴的机器人)完成板料的传送翻转、上料下料及堆拆垛等一系列繁重、危险的工作，直角坐标机器人用来完成切割的动作。基于机器人自动化控制开发的搬运系统已经日趋完善，而这种系统应用于落料产线对提高生产效率有独特优势。

因此，结合机器人采用激光切割的方法用于对钢板的搬运、拆垛堆垛及切割的方法与系统已经成为可行。

陆续有国内外一些公司及科研单位开始研究汽车板激光落料方法。例如，中国专利CN102105256A提出了一种用于高速切削的渐进激光切料装置。提出的装置中包含每个门架上至少一个可移动激光头进行激光切割作业。该方法在技术上尚存在诸多难点，比如多台切割头同时高速切削作业在工艺及装备上的实现难度；确保多台设备切割作业的切缝对接难度；切割废料自动剔除的难度；板形走偏对切割形状的影响以及高速切削作业下激光头的随动实现难度等。另外，专利提出的方法中，多台套激光切割器及切割单元的巨额配置以及产线的占地面积形成了高额的设备投资。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二工位快台方式的切割方法及其系统，同时可实现钢板上料及下料作业，并能有效提高作业节奏和产量。该系统可满足小批量生产要求。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种金属板切割系统，其包括，两个切割单元，其包括两个平行设置第一、第二移动快台、相应的两台激光切割头及至少一台激光发生器；所述的两移动快台为可两侧双向进出料，分别设一个切割位及两个待料位即1#、2#待料位；两个搬运堆垛机器人，分设于两个切割单元两侧，搬运堆垛机器人的外部轴与所述移动快台垂直布置；搬运堆垛机器人上设进行拾取和放置作业的端拾器；四个组料上料位，设置于所述两个搬运堆垛机器人外部轴外侧，组料上料位设组料小车及相应的导轨，导轨与搬运堆垛机器人外部轴平行；四个片料下料位，分设于所述四个组料上料位相邻位置，其包括片料小车及相应的导轨，导轨与机器人外部轴平行；两个废料传送系统，分别对应设置于两个切割单元切割位下。

进一步，所述的移动快台的切割位上设可更换的衬板模，衬板模上对应片料及可回收废料的位置下设置支撑装置，其余位置为供落料的留空结构。

所述的四个组料上料位或四个片料下料位两两并列设置于所述两个搬运堆垛机器人外部轴外侧。

所述的废料传送系统包括设置于切割位下或衬板模下、供落料的废料溜槽，对应废料溜槽还设废料输送带。

所述的废料传送系统的废料出料设置在所述两个移动快台侧部。

所述的激光发生器为光纤激光器或碟片激光器。

所述的切割单元切割位设置至少一个可进行烟气分段开启关闭的隔离抽离的分段烟道。

本发明金属板切割系统的切割方法，由搬运堆垛机器人进行组料上料至第一、第二移动快台，由移动快台将组料移动至切割位；根据片料组排情况，激光切割头按已预设定路径切割组料；切割获得的片料由移动快台移出切割位，再由搬运堆垛机器人进行片料下料至片料下料位堆垛垛位，由片料小车外送；切除的废料通过落到下部废料传送系统废料输送带移送出切割区域。

所述的搬运堆垛机器人在第一移动快台、第二移动快台之间交替进行组料上料、片料下料。

两个搬运堆垛机器人同时从组料垛位取料，分别放置在第一移动快台的1#待料位和第二移动快台的2#待料位，两台激光切割头位于切割位；上料完毕，两移动快台移动使第一移动快台1#待料位、第二移动快台的2#待料位移至切割位，两台激光切割头分别根据预设定切割路径对二个切割位组料进行激光切割作业；与此同时，两个搬运堆垛机器人从组料垛位抓取组料放置到第一移动快台2#待料位及第二移动快台1#待料位；上料完毕，两搬运堆垛机器人至下料位待机，准备第一、第二移动快台切割位已切割完毕的片料堆垛工作；切割位上的两台激光切割头对第一、第二移动快台切割位组料切割完毕，两个移动快台移动将第一移动快台2#待料位及第二移动快台1#待料位移动至切割位，由两台激光切割头分别根据预设定切割路径对二个切割位上的组料进行激光切割作业；与此同时，搬运堆垛机器人分别从第一移动快台1#待料位、第二移动快台2#待料位取下切割完毕的片料进行堆垛，堆垛完毕，搬运堆垛机器人再分别从组料垛位取料至第一移动快台1#待料位、第二移动快台2#待料位，上料完毕，搬运堆垛机器人至下料位待机，准备第一、第二移动快台切割位的片料下料、堆垛工作；如此循环，两个移动快台、两台激光切割头及搬运堆垛机器人配合，交替完成片料切割。

所述的搬运堆垛机器人的端拾器采用真空吸盘方式进行拾取和放置作业。

切割过程产生的烟气采用分段隔离抽取方式抽取。

所述的激光切割头的运动机构为直角坐标机器人形式，可沿XYZ三个方向运动。每台激光切割头作业区域为对应的每个切割工作位。

本发明的优点在于：

本发明设置两个切割位可同时作业，两搬运堆垛机器人分别设置两切割位的两侧，布局紧凑，降低了辅助作业时间，同时可以实现切割、组料上料、片料下料共享作业，使作业过程节奏更加紧凑，因此激光切割的作业效率较高。

附图说明

图1为本发明系统实施例的俯视图。

图2为本发明系统实施例的立体示意图。

图3～图10为本发明双快台双工位工艺一实施例的作业流程示意图。

具体实施方式

参见图1、图2，本发明的金属板切割系统，其包括，两个切割单元1、1’，其包括两个平行设置第一、第二移动快台11、12、相应的两台激光切割头13、13’及一台激光发生器14；所述的两移动快台11、12为可两侧双向进出料，分别设一个切割位及两个待料位即1#、2#待料位；两个搬运堆垛机器人2、2’，分设于两个切割单元1、1’两侧，搬运堆垛机器人2、2’的机器人外部轴3、3’与所述移动快台11、12垂直布置；搬运堆垛机器人2、2’上设进行拾取和放置作业的端拾器19、19’；四个组料上料位4、4’、5、5’，两两并列设置于所述两个搬运堆垛机器人机器人外部轴3、3’外侧，组料上料位4、4’、5、5’设组料小车6、6’、7、7’及相应的导轨8、8’，导轨8、8’与搬运堆垛机器人外部轴3、3’平行；四个片料下料位9、9’、10、10’，分设于所述四个组料上料位4、4’、5、5’外端侧，其包括片料小车15、15’、16、16’及相应的导轨17、17’、18、18’，导轨17、17’、18、18’与机器人外部轴3、3’平行；废料传送系统20，分别对应设置于两个切割单元1、1’切割位下。

进一步，所述的移动快台的切割位上设可更换的衬板模，衬板模上对应片料及可回收废料的位置下设置支撑装置，其余位置为供落料的留空结构。

在本实施例中，所述的四个组料上料位4、4’、5、5’两两并列设置于所述两个搬运堆垛机器人外部轴3、3’外侧。四个片料下料位9、9’、10、10’位于四个组料上料位4、4’、5、5’外端侧。

所述的废料传送系统20包括设置于切割单元1、1’切割位下或衬板模下、供落料的废料溜槽，对应废料溜槽还设废料输送带。

所述的废料传送系统20废料出料设置在所述移动快台11、12两侧。

所述的激光发生器14为光纤激光器或碟片激光器。

所述的切割单元1、1’切割位设置至少一个可进行烟气分段开启关闭的隔离抽离的分段烟道21。

本发明金属板切割系统的切割方法，由搬运堆垛机器人进行组料上料至第一、第二移动快台，由移动快台将组料移动至切割位；根据片料组排情况，激光切割头对已预设定路径切割组料；切割获得的片料由移动快台移出切割位，再由搬运堆垛机器人进行片料下料至片料下料位堆垛垛位，由片料小车外送；切除的废料通过落到下部废料传送系统废料输送带移送出切割区域。

所述的搬运堆垛机器人在第一移动快台、第二移动快台之间交替进行组料上料、片料下料。

两个搬运堆垛机器人同时从组料垛位取料，分别放置在第一移动快台的1#待料位和第二移动快台的2#待料位，两台激光切割头位于切割位；上料完毕，两移动快台移动使第一移动快台1#待料位、第二移动快台的2#待料位移至切割位，两台激光切割头分别根据预设定切割路径对二个切割位组料进行激光切割作业；与此同时，两个搬运堆垛机器人从组料垛位抓取组料放置到第一移动快台2#待料位及第二移动快台1#待料位；上料完毕，两搬运堆垛机器人至下料位待机，准备第一、第二移动快台切割位已切割完毕的片料堆垛工作；切割位上的两台激光切割头对第一、第二移动快台切割位组料切割完毕，两个移动快台移动将第一移动快台2#待料位及第二移动快台1#待料位移动至切割位，由两台激光切割头分别根据预设定切割路径对二个切割位上的组料进行激光切割作业；与此同时，搬运堆垛机器人分别从第一移动快台1#待料位、第二移动快台2#待料位取下切割完毕的片料进行堆垛，堆垛完毕，搬运堆垛机器人再分别从组料垛位取料至第一移动快台1#待料位、第二移动快台2#待料位，上料完毕，搬运堆垛机器人至下料位待机，准备第一、第二移动快台切割位的片料下料、堆垛工作；如此循环，两个移动快台、两台激光切割头及搬运堆垛机器人配合，交替完成片料切割。

所述的搬运堆垛机器人2、2’的端拾器19、19’采用真空吸盘方式进行拾取和放置作业。

所述的激光切割头13、13'为直角坐标机器人形式，可沿XYZ三个方向运动。每台激光切割头作业区域为对应的每个切割工作位。

图2为本发明实施例立体示意图，其中，激光切割头13、13'为直角坐标机器人形式，可沿XYZ三个方向运动。每台激光切割头工作行程长4000mm(X轴)×宽2000mm(Y轴)×厚400mm(Z轴)。

本实施例按最大组料3700×1850mm组料进行设计，该组料可切割片料数为1片。参见图3～图10，该组料激光切割作业流程如下：

两台搬运堆垛机器人同时从组料垛位取组料a、b，分别放置在第一移动快台11的1#待料位和第二移动快台12的2#待料位，如图3所示，激光切割头位于切割位。上料完毕，二移动快台移动使第一移动快台11的1#待料位及第二移动快台12的2#待料位至切割位，如图4所示。二台激光切割头分别根据预设定切割路径对二个切割位上的组料a、b进行激光切割作业。

与此同时，搬运堆垛机器人从组料垛位抓取组料a’、b’放置到第一移动快台11的2#待料位和第二移动快台12的1#待料位，如图5所示。

上料完毕，搬运堆垛机器人至下料位待机，准备第一移动快台11的1#待料位及第二移动快台12的2#待料位切割完毕的片料堆垛工作。

二台激光切割头对第一移动快台11的1#待料位及第二移动快台12的2#待料位组料a、b切割完毕，二个移动快台移动，第一移动快台11的2#待料位和第二移动快台12的1#待料位组料a’、b’移动至切割位，二台激光切割头分别根据预设定切割路径对二个切割位上的组料a’、b’进行激光切割作业。与此同时，搬运堆垛机器人分别第一移动快台11的1#待料位及第二移动快台12的2#待料位取下切割完毕的片料A、B进行堆垛，如图6所示。

堆垛完毕，搬运堆垛机器人分别从组料垛位取组料c、d至第一移动快台11的1#待料位及第二移动快台12的2#待料位，上料完毕，搬运堆垛机器人至下料位待机，准备第一移动快台11的2#待料位和第二移动快台12的1#待料位的片料堆垛工作。与此同时，激光切割头对第一移动快台11的2#待料位和第二移动快台12的1#待料位组料a’、b’切割直至完成切割作业，如图7所示，获得片料A’、B’。

二个移动快台移动使装有组料c、d的第一移动快台11的1#待料位及第二移动快台12的2#待料位位于切割位，完成切割的第一移动快台11的2#待料位和第二移动快台12的1#待料位出切割位，对片料A’、B’进行堆垛作业，如图8所示。

激光切割头分别根据预设定切割路径对二个切割位组料c、d进行激光切割作业。与此同时，搬运堆垛机器人从组料垛位抓取组料c’、d’放置到第一移动快台11的2#待料位和第二移动快台12的1#待料位，如图9所示。

切割位的二台激光切割头对组料c、d切割完毕，二移动快台移动使第一移动快台11的2#待料位和第二移动快台12的1#待料位位于切割位，对组料c’、d’进行激光切割作业；组料c、d切割完成获得片料C、D，进行片料堆垛，如图10所示。

如此，二移动快台上各自包含的二个切割位交替往复移动，二台激光切割头在各自切割位进行切割的同时，二个搬运堆垛机器人负责各自方向上二个台面的组料上料及片料下料作业。

当搬运堆垛机器人两侧组料切割完毕即垛料堆放结束，组料小车及片料小车移出切割区域，供给新一批组料，组料到位，片料小车准备就绪，新一轮切割作业开始，重复如上由图3起始的作业流程直至搬运堆垛机器人两侧组料切割完毕即垛料堆放结束。

本发明方法降低了辅助作业时间，使作业过程节奏更加紧凑，因此激光切割的作业效率较高。

Claims (13)

1.一种金属板切割系统，其特征是，包括，

两个切割单元，其包括两个平行设置第一、第二移动快台、相应的两台激光切割头及至少一台激光发生器；所述的两移动快台为可两侧双向进出料，分别设一个切割位及两个待料位即1#、2#待料位；

两个搬运堆垛机器人，分设于两个切割单元两侧，搬运堆垛机器人的外部轴与所述移动快台垂直布置；搬运堆垛机器人上设进行拾取和放置作业的端拾器；

四个组料上料位，设置于所述两个搬运堆垛机器人外部轴外侧，组料上料位设组料小车及相应的导轨，导轨与搬运堆垛机器人外部轴平行；

四个片料下料位，分设于所述四个组料上料位相邻位置，其包括片料小车及相应的导轨，导轨与机器人外部轴平行；

一套废料传送系统，设置于两个切割单元切割位下。

2.如权利要求1所述的金属板切割系统，其特征是，所述的移动快台的切割位上设可更换的衬板模，衬板模上对应片料及可回收废料的位置下设置支撑装置，其余位置为供落料的留空结构。

3.如权利要求1所述的金属板切割系统，其特征是，所述的四个组料上料位或四个片料下料位两两并列设置于所述两个搬运堆垛机器人外部轴外侧。

4.如权利要求1所述的金属板切割系统，其特征是，所述的废料传送系统包括设置于切割位下、供落料的废料溜槽，对应废料溜槽还设废料输送带。

5.如权利要求2所述的金属板切割系统，其特征是，所述的废料传送系统包括设置于衬板模下、供落料的废料溜槽，对应废料溜槽还设废料输送带。

6.如权利要求1或4或5所述的金属板切割系统，其特征是，所述的废料传送系统的废料出料设置在所述两个移动快台侧部。

7.如权利要求1所述的金属板切割系统，其特征是，所述的激光发生器为光纤激光器或碟片激光器。

8.如权利要求1所述的金属板切割系统，其特征是，所述的切割单元切割位设置至少一个可进行烟气分段开启关闭的隔离抽离的分段烟道。

9.如权利要求1所述的金属板切割系统的切割方法，由搬运堆垛机器人进行组料上料至第一、第二移动快台，由移动快台将组料移动至切割位；根据片料组排情况，激光切割头按已预设定路径切割组料；切割获得的片料由移动快台移出切割位，再由搬运堆垛机器人进行片料下料至片料下料位堆垛垛位，由片料小车外送；切除的废料通过落到下部废料传送系统废料输送带移送出切割区域。

10.如权利要求9所述的金属板切割系统的切割方法，其特征是，所述的搬运堆垛机器人在第一移动快台、第二移动快台之间交替进行组料上料、片料下料。

11.如权利要求9所述的金属板切割系统的切割方法，其特征是，两个搬运堆垛机器人同时从组料垛位取料，分别放置在第一移动快台的1#待料位和第二移动快台的2#待料位，两台激光切割头位于切割位；上料完毕，两移动快台移动使第一移动快台1#待料位、第二移动快台的2#待料位移至切割位，两台激光切割头分别根据预设定切割路径对二个切割位组料进行激光切割作业；

与此同时，两个搬运堆垛机器人从组料垛位抓取组料放置到第一移动快台2#待料位及第二移动快台1#待料位；上料完毕，两搬运堆垛机器人至下料位待机，准备第一、第二移动快台切割位已切割完毕的片料堆垛工作；

切割位上的两台激光切割头对第一、第二移动快台切割位组料切割完毕，两个移动快台移动将第一移动快台2#待料位及第二移动快台1#待料位移动至切割位，由两台激光切割头分别根据预设定切割路径对二个切割位上的组料进行激光切割作业；

与此同时，搬运堆垛机器人分别从第一移动快台1#待料位、第二移动快台2#待料位取下切割完毕的片料进行堆垛，堆垛完毕，搬运堆垛机器人再分别从组料垛位取料至第一移动快台1#待料位、第二移动快台2#待料位，上料完毕，搬运堆垛机器人至下料位待机，准备第一、第二移动快台切割位的片料下料、堆垛工作；如此循环，两个移动快台、两台激光切割头及搬运堆垛机器人配合，交替完成片料切割。

12.如权利要求9所述的金属板切割系统的切割方法，其特征是，所述的搬运堆垛机器人的端拾器采用真空吸盘方式进行拾取和放置作业。

13.如权利要求9所述的金属板切割系统的切割方法，其特征是，切割过程产生的烟气采用分段隔离抽取方式抽取。