板材分张技术在钣金加工自动化领域的应用

吕 振

（江苏金方圆数控机床有限公司，扬州 225127）

随着制造业智能化技术的不断发展，钣金自动化设备的发展逐渐朝自动化和智能化方向发展，使得钣金加工企业对钣金加工设备的可靠性要求越来越高，甚至开始向无人化工厂的方向发展，这就对钣金材料的分张可靠性提出了更高的要求。

1 板材分层问题

钣金加工中，原材料通常采用整垛同规格板材堆叠方式。为了方便加工，整垛原材料会直接送到自动化生产线的上料设备下方，通过上料装置送至加工设备。钣金加工领域通常使用冷轧板材或不锈钢板铝板等，而这些板材多数为光滑镜面，且为了防锈其表面通常涂满了防锈油，甚至有些板材为了防止划伤进行了贴膜处理，加上板材在自身的重力作用下在板材之间形成了真空效应，使得板材贴合在一起难以分开[1]。自动化钣金加工设备通常采用吸盘机械手抓取单张板材加工，而吸盘机械手抓取板材时一次会带起多张板材。当机械手送多张板材进入加工设备时，轻则导致加工板材报废，重则导致钣金加工设备损坏，往往会给工厂造成巨大的经济损失。为了解决这个问题，必须采用板材分张装置破坏真空效应，保证自动化机械手每次抓取板材为单张板材。

2 分张装置的种类

2.1 磁性分张机构

磁性分张机构主要通过永磁体或电磁体靠近多张导磁性板材，对导磁性板材进行同极磁化。被磁化的板材由于相邻的板材同级相斥，产生了强大的磁力。板材间产生巨大的相斥力，破坏了板材之间的真空效应，从而实现分张效果。一般该装置安装在可调节距离的固定座上，针对不同类型和形状板材调节距离来控制磁力的大小。有时为了方便，原材料的上下也采用气缸来获得磁性或失去磁性。该分张装置的优势在于机构简单，仅需要控制磁铁靠近整垛板材的距离即可，对磁性板材分层效果好。该磁性机构的局限性在于仅能够对磁性板材生效，对非磁性不锈钢板、铝板及铜板等均无效[2]。

2.2 掀边分张机构

掀边分张机构通过机械手多个吸盘抓取板材后，进行上下或左右运动。通过这些运动掀起板材，从而破坏板材之间的真空，形成分张的效果。该类型装置的形式多种多样，结构从简单到复杂各有特点。掀边分张机构有单吸盘上下扭动式掀边机构，也有一排吸盘翻转式掀边机构，还有硬限位大折边式掀边分张机构。总的来说，该类型机构的优点在于对非磁性板材也有效果，缺点在于掀边角度小时对板材分张效果不佳，掀边角度过大则会导致板材有明显折痕。因此，需要根据来料板材的不同材质和板厚，在进行相关试验后确定具体的实施方案，以保证分张的效果。

2.3 吹气分张机构

吹气分张机构通过高压气罐储存高压气体，待吸盘机械手抓取板材后，将高压气体通过喷嘴对准板边瞬间喷射出去。喷嘴释放的高压气体对准首张板材边缘位置，由于瞬间释放的气体产生较大的气体压力，可通过板材的间隙破坏板材之间的真空，从而达到分张的效果。它的分层效果与高压气体的压力和储气罐的容量有关。一般压力越高、容量越大，效果会越好[3]。所以，它特别依赖工厂的基础设置。如果工厂供气压力高，效果往往较好。吹气分张机构总体的分张效果次于掀边分张机构，最大优势在于不损伤板材，可作为一种可靠的辅助分张机构与其他分张机构联合使用。

2.4 毛刷刮擦式分张

毛刷刮擦式分张机构将硬铜质毛刷置于整垛板材边缘处，当机械手升降时，被抓取板材边缘与毛刷完全接触和刮擦，通过铜毛刷的强大摩擦力将吸附的多张板材硬刮落下来。该分张装置一般也可作为非磁性板辅助分张使用。但是，铜质毛刷质地坚硬，会对质地较软的钢板或铝板造成刮伤，易破坏原材料边缘的外观，所以不适用于对加工后钣金表面要求较高的钣金加工产品。

2.5 齿条机械式分张机构

齿条机械式分张机构将齿条置于板材宽度方向两侧，通过电机或气缸推动齿条进行斜向运动。当齿条向上运动时，齿条缝隙卡住单张板材边缘，带动单张板材上升。每个齿可卡住一张板材，一次性可以卡住多张板材完成分张操作。该种机构的分张优势在于分张效果非常可靠，失败率低，但该机构齿条与板厚为一一对应关系，通用性不强。如果更换板材规格，则需要调整齿条规格。此外，长期使用后，由于齿条使用频率高，齿条磨损后需要经常更换齿条。该类型分张机构通用性差但分层可靠性高，适用于大批量单品种的自动化钣金加工生产线。

3 分张装置的组合使用

分析以上分张装置的特点可知，以上分张机构没有一种可以完美解决所有钣金自动化加工的分张问题。所以，针对不同的企业和不同板材的生产实际情况，需要对以上装置进行组合使用，以满足钣金自动化生产线的需求。归纳起来，可以对不同板材进行分张装置的组合设计。

3.1 磁性板材分张装置组合选择

若加工磁性板材品种较多，要求通用性较好，推荐采用磁性分张机构、掀边分张机构和吹气分张机构的组合[4]。磁体分张装置设计在整剁板材的边，使得磁性板材通过互斥磁性力破坏真空。在机械手抓取板材后，通过掀边分张装置对板材进行掀边处理，同时吹气分张装置对板边吹气。通过这3套分层装置的共同作用能够解决大部分磁性板材分张问题，且这3套分张装置对板材无损伤，对不同规格的板材通用性也较强，尤其对磁性板材分层可靠性极高，对于一般加工来说是首选组合，但不适用于非磁性板材加工。

3.2 非磁性板材分张装置组合选择

对于非磁性板材的分张，推荐采用大角度掀边机构、吹气分张机构和毛刷刮擦分张机构的组合。整垛板材边设计铜毛刷分张机构，机械手抓取板材后，向上运动过程中与铜毛刷进行反复刮擦进行首次分张，然后通过大角度掀边分张装置对板材进行较大角度的掀边动作实现二次分张，同时吹气分张装置对板边进行吹球。这3套分层装置能够适应各种非磁性板材的加工分层，但是需要针对不同非磁性板材的特点进行掀边调试和试验来保证分张效果。需要注意，这种组合会对板边有所损伤，需要考虑后道工序和工艺应用。

3.3 贴膜非磁性板材的分张装置组合选择

对于贴膜非磁性板材如贴膜铝板，由于贴膜后吸附力大，这种类型板材非常推荐采用齿条机械式分层机构和大角度掀边机构的组合。齿条机械分层机构可对这种强吸附的板材直接作用，在齿条直接升起后可以一次性分张多种板材，分张效果十分可靠，同时配合掀边分张机构使用，能够达到让人满意的效果。需要注意，切换板材规格后，齿条式分层装置需要重新调整齿条规格和位置。

3.4 分张检测

通过分张装置的组合使用，可以显著提高分张效果。但是，这样也不可能达到100%的成功率。为了防止板材报废和设备损伤，必须对板材分张效果进行检测，达标后才能进入板材加工环节。通常采用传感器检测板材，以保证加工设备的可靠性，是分张装置最后确认的必要环节。分张检测装置可分为板厚检测装置和双料检测装置。板厚检测装置通常采用光栅尺等精密光电传感器进行检测，能够准确得知板材的厚度，从而达到检测是否单张的目的。双料检测装置则通过距离感应开关与系统预设的该材料的对应参数进行对比，作为一种定性检测装置使用。它的经济型优于板厚检测装置。分张检测作为最后一道单张自动化加工确认工序，在自动化钣金加工中必不可少。这个环节通常与自动化系统关联，作为来料检验的最后一环，起关键作用。

4 分张技术在自动化钣金线加工领域的应用和设计

4.1 分张技术在钣金自动化加工领域的应用

随着钣金加工技术的发展，自动化和智能化机械进入各个加工企业。这些自动化加工设备在使用过程中基本上做到了无人化加工，这就要求自动化设备必须具有良好的可靠性。无论哪种自动化加工设备，对于钣金原材料的要求都是单张逐件加工。所以，分张技术在钣金自动化加工领域尤为重要，甚至决定了自动化生产线是否能够正常运行和交付使用。目前，分张技术也在不断更新迭代。为了提升板材分张的效率和可靠性，它正从单机构化向多机构联合作用的方向发展。分张技术广泛应用于冲压自动化生产线、激光切割自动化生产线以及机器人折弯单元等钣金加工常见设备[5]。冲压生产线通过冲床的冲压模具，对板材进行加工，能做出落料、冲孔、成型、拉深、修整、精冲、整形、铆接及挤压件等；激光切割生产线通过上料机械手抓取板材送入激光切割机，对板材进行各种复杂形状的切割；机器人折弯单元通过工业机器人自动抓取钣金件进行折弯操作。这些设备离不开分张装置分离原材料板材，所以分张技术是自动化钣金生产线的关键技术。

4.2 分张装置的设计原则

分张装置的设计首先要考虑工况。不同企业的原材料状态是设计分张装置的设计输入来源。这些来自不同企业的设计输入来源包括加工板材的材质、加工板材的板厚、板材的规格、板材的是否有油、板材表面是否有膜、膜是何种的材质，都需要认真考虑和归纳。其次，需要考虑配套加工设备是配套激光切割机还是冲床，加工后板边作为半成品还是作为废料处理。如果作为板边作为废料处理，可以考虑采用齿条分张或铜毛刷刮擦分张机构。反之，为了保证加工半成品的表面质量，则不能采用上述方式。最后，设计需要多次试验来验证效果。通常需要现场检验板材的分张效果，如果不理想，则调整分张方式和分张流程，也可增加分张机构来达到最好的效果。除了上述常见的分张机构外，还有很多不同的分张方式，实践中可以灵活选择和不断优化。

4.3 分张装置的自动化控制

分张装置通常应用于钣金自动化机械，其中分张装置的自动化控制也是重要的一部分。在自动化加工过程中，受多种因素影响易发生各种故障。一旦分张装置发生故障，会影响后续加工设备，而设备故障发生往往具有突发性，难以预料。实现分张装置的自动化控制可以有效控制分张装置的故障发生，通过自动化控制技术控制和监控分张机构的相关环节，利用分张装置上的传感器和测双料装置的传感器数据，准确获知设备的运行状态和分张状况，从而判断该装置运行的好坏，进而为整个自动化加工设备提供参考依据。分张装置的自动化控制甚至可以与中控系统关联，若发现故障可及时通知报警，以迅速排除故障，减少停机时间，提高加工设备使用率。

5 结语

板材分张机构是钣金自动化加工的重要环节，其可靠性是整个钣金自动化生产线是否能正常运行的关键。因此，在钣金自动化设备中必须高度重视板材分张机构的作用，提高分张机构的可靠性，保障钣金自动化设备高效运行。