全自动数控冲剪单元在钣金加工中的应用
随着我国制造业生产水平的不断提高，数控冲床加工作为一种柔性化钣金加工方式，在复杂的定制化商用钣金加工领域扮演着极为重要的角色。为进一步发挥钣金数控加工在整个生产制造中的作用，致力于提高冲床的应用效率，商用钣金加工车间集成应用了数控冲剪复合机，它是一种高效的钣金加工设备，是集计算机控制技术、微电子技术、远程监控技术和精密制造技术于一身的机电一体化设备。该数控冲剪复合机配置了自动上下料装置、自动分拣码垛装置、立体库自动对接装置，并融入了信息化管理的方式，最终集成全自动数控冲裁单元化的钣金加工应用模式。
加工单元主体冲剪复合机
数控冲剪复合机简介
数控冲剪复合机主要由数控冲床和数控直角剪床组成。数控冲床上安装有圆盘式可旋转模具库，可以实现钣金工件的冲孔、切边、翻边等特征成形加工;数控直角剪床上安装有X 向和Y 向剪刀，对完成一系列特征加工后的板件进行剪切分离。
实现全自动加工的前提是零件需符合设备的加工范围，因此，设备基本加工参数是首先需要明确的。数控冲剪复合机冲切压力为30t，剪切力为20t;转塔库有55 个模具工位，包括A 工位21个(主要为小型通用特征加工模具，通常订单切换时无需进行频繁换模)，B 工位24 个，特殊旋转工位2 个(主要为中型通用特征加工模具，较大的冲切行程以提高零件的加工效率，旋转工位方便进行矩形、多边形等特征加工角度的调整)，C 工位4 个，D 工位2 个，E 工位2 个(C、D、E 工位一般为大型通用切边及百叶窗、翻边孔、凸包等特殊特征加工工位);不同特征模具有专用代号，如RO 为圆孔，RE 为矩形，DJ 为多边形，SQ 为正方形;设备一次最大加工范围：X 轴3000mm，Y 轴1500mm，最大加工板厚6.35mm，直角剪最大板厚为4mm(材质为Q235 钢板);冲切加工精度：±0.10mm。
数控冲剪复合机的应用
数控直角剪的两把剪刀相互垂直，其中一把X 向的剪刀可进行连续裁剪，省去了加工前对原材料进行人工剪板的工序，提高了生产过程中板材下料的效率，同时又可根据零件的轮廓进行择优排版，有效减少了原材料的浪费。数控直角剪两把剪刀的布局设置，其中X 向的剪刀长度比Y 向的剪刀长度长，两者相互垂直安装成90°夹角。数控冲剪复合机做剪切工作时有全剪、半剪两种工作模式：全剪时X 向和Y 向剪刀同时上下进行剪切，剪切零件形状较为规整，有明显的直角边区分;半剪时Y 向剪刀上抬架空，X 向剪刀上下单独进行剪切，剪切零件一般尺寸较大，主要在Y 向存在特征形状干涉时使用，由数控编程环节依据实际情况进行设定。许静、李日辉、刘玉丽等学者就数控冲剪复合机床在钣金加工中的应用进行了系统论述，这对加工单元自动化实现方式提供了相关思路借鉴。
被直角剪分离后的废料和零件通过自动毛刷输送带进行传送，大小不同的边料在传送过程中被自动输入中途设置的2 个不同型号的废料箱，废料与零件分拣的过程和裁剪过程同时进行，边裁剪、边分拣。模具加工过程中的小废料则由另一套输送装置同步进行输送，保障了冲床的持续稳定运行，避免了设备等待的浪费，整个加工过程尽量将内部切换转换为外部切换，极大提高了钣金零件的加工效率。
数控冲剪复合机加工不同板厚的钣金件时，数控冲床转塔模具库按照工艺标准更换不同间隙的冲孔模或者成形模，数控直角剪通过电气控制调整剪刀间隙，以保证钣金件加工的断面质量。
数控冲剪复合的意义
直角剪切功能为自动套裁加工的零件实现自动分拣码垛提供了基础保障，是加工单元实现全自动化加工不可或缺的功能部分。而传统的数控冲床加工，需要人工提前按照零件的外形尺寸要求使用剪板机对板材进行裁剪下料，然后再编辑数控程序进入加工阶段。
数控冲剪复合机套裁加工的优点总结如下：⑴加工排版由自动套裁编程软件进行，并进行零件与废料的自动剪切分离，提高了原材料的利用率;⑵机床集成化程度高，消除了人工板材运输环节，提高了钣金件加工精度，减少了加工过程中的搬运等待浪费，提高了机床加工效率。
加工单元的自动化功能
加工单元的构成
全自动数控冲裁单元由自动化硬件装置与信息化控制系统组成。自动化硬件装置包括原材料自动对接台车、原材料自动上料装置、数控冲剪复合机、废料自动导出装置、自动喷码装置、零件自动分拣码垛装置、零件自动对接台车及光电防护装置8 个功能模块;信息化控制系统包括冲床控制系统(数控冲切加工控制系统和数控直角剪控制系统)、MES+WCS+冲床控制系统交互模块、光电防护控制系统模块。8大硬件功能模块是全自动化加工过程实现的基础，而MES+WCS+冲床控制系统交互模块则是加工单元实现信息化管理的关键所在。
加工单元采用MES 系统进行生产计划自动排程，编程软件自动抓取订单明细并按订单要求进行套裁，以此保障被自动按订单套裁编程的零件能够使用标准规格的原材料生产。标准规格的原材料是自动化仓储的基础，套裁后的原材料被完全排布，避免了原材料的浪费，直角剪功能则实现了套裁后零件的相互分离。
自动上料功能
自动上料功能是加工单元与立体库实现原材料自动对接的基础。MES 系统在将订单任务派工到冲床单元的同时，也将加工所需的标准规格原材料信息同步到智能立体库调度中心，由调度中心按照出库任务顺序匹配到在库所需原材料托盘并自动下达出库指令，此时只需确认机床可正常加工，对应的原材料托盘就会被送到机床的原材料接料口，由自动上料台车对接取回原材料托盘并将原材料托盘移送到自动上料位。为适应不同板材上料，自动上料装置将对上料吸盘进行分区控制，避免板材空吸。板材分离装置安装在上料机械手上，在取料的同时先将板材的一角掀起，抬起板材并不断抖动完成板材分离的一整套动作(仿真人工分离)。吸料完成后还需自动测厚，测厚主要是为再次确认原材料与订单需求是否一致，避免误加工，如其吸起板料厚度超过一张板料厚度，板料检测装置则会报警，机器停止工作，如果检测到吸起板料厚度是规定板料厚度，机床则继续工作。最后，原材料通过上料吸盘移送到机床定位夹钳进行定位夹紧。至此，加工单元完成一整套原材料自动上料过程。
自动分拣码垛功能
数控直角剪分离零件是实现自动分拣与码垛的前提，分离后的零件为半成品，码垛装置对半成品进行分类码垛。自动码垛装置要求的堆垛板料最小幅面尺寸为400mm×100mm，最大幅面尺寸为3000mm×1500mm，最大板厚4mm(碳钢板)，最小板厚0.5mm，最大堆垛重量3000kg。
加工单元数控程序采用自动套裁编程软件，加工程序生成后由分拣程序模块对程序内的零件进行识别，同一编码的零件被分配到半成品托盘的同一区域，同一区域最大码垛高度为500mm，超过这一高度则被重新分配码垛区域，避免同一编码零件数量过多导致堆叠过高的问题。
加工程序下发后，系统会再次确认实际码垛区域的零件放置情况，光电感应系统也会对零件码垛高度进行检测，若出现半成品码垛区域的零件被下个工序急单取走的情况，需操作人员对码垛区域对应的编号进行清零，以便系统将其重新纳入可放置区域，避免码垛区域的空间浪费。在确认码垛区域满足零件码垛需求的情况下，分拣装置将同编码的零件分隔下料，依次进行码垛。
分拣采用对开辊子式的自动分拣码垛装置，自动分拣码垛剪切下来的工件至半成品托盘，托盘置于特殊的下料交互台车上，完成订单加工后，交互台车接到半成品回库指令，将半成品托盘运送到立体库对应的加工单元入库口，立体库穿梭车将半成品托盘自动入库，MES 系统同步创建半成品托盘回库信息。出库时只需搜索对应的订单编号，即可查找订单所在立体库的位置与托盘编号，以此创建自动出库任务单，实现半成品零件的出库。
