一種全自動化流水生產(chǎn)線設(shè)計

朱凌宏

（麗水職業(yè)技術(shù)學院機電信息分院，浙江麗水 323000）

0 引言

傳統(tǒng)的中小型流水生產(chǎn)線工作流程短、功能單一［1-2］即將毛坯的輸入、工件加工、組件裝配、成品檢測輸出作一單一的功能進行逐一實現(xiàn)［3－4］，這樣做的目的是為了降低企業(yè)在硬件上所投入的成本，所存在的問題是勞動者工作強度加大，短期內(nèi)企業(yè)對工人的成本投入大。本文在單一功能流水生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上提出以圓柱形毛坯為例，設(shè)計集毛坯加工、工件裝配、成品檢測為一體的全自動化生產(chǎn)線，提高生產(chǎn)效率，降低勞動工作強度，實現(xiàn)長期的高效、低成本企業(yè)生產(chǎn)運作模式。

1 全自動化生產(chǎn)線設(shè)計構(gòu)想

以圓柱形毛坯以例，先鉆孔、而后進行組件裝配，裝配完成后需要利用工具探測裝配間隙并進行檢測分類。整個自動化生產(chǎn)線分為以下幾個部分：毛坯輸入、加工工作臺、裝配工作臺、檢測分類工作臺、成品輸出工作臺，各工作臺間運行通過PLC 控制器將各部分串連起來，最后利用氣源實現(xiàn)對流水生產(chǎn)線各工作臺的動作。圖1 所示為全自動化生產(chǎn)線設(shè)計總圖。

圖1 全自動化生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)

2 生產(chǎn)線工作臺及機械手設(shè)計

2.1 送料工作臺設(shè)計

毛坯：毛坯形狀為圓柱體A，直徑為d1，高度為h1。

動作要求：如圖2，需要將圓柱體工件A 按順序排列，根據(jù)整個流水線需要，實現(xiàn)定點輸入。

圖2 送料工作臺結(jié)構(gòu)圖

步驟1：設(shè)計直徑d1+3mm 的圓柱形筒4，使工件A順利下落；

步驟2：設(shè)計2 個氣缸頂桿，氣缸I 將工件A 向前推移，推至定位塊6，同時氣缸II 伸出，阻止上部第二個工件下落。

工作原理：圖1 中氣泵F 提供（圖2）氣源輸入接口1，PLC 控制信號輸入送料臺接線口9，工件A 從圓柱型筒4 內(nèi)部自由下落，下落后氣缸頂桿I 開始動作，將工件A 推至定位塊6 位置，同時氣缸頂桿II 也伸出，阻止第二個工件下落，該工作臺主要完成送料任務(wù)。

2.2 加工工作臺設(shè)計

加工要求：對工件A 進行孔加工，加工尺寸為直徑d2、深度h2。

動作要求：將圓柱體工件A 進行快速裝夾，并移動至加工區(qū)域，選用麻花鉆對工件A 進行孔加工。

步驟1：設(shè)計裝夾手，使工件A 快速定位，保證加工精度；

步驟2：設(shè)計絲桿螺母機構(gòu)，使裝夾手能進行精確的前進后退，實現(xiàn)自鎖；

步驟3：設(shè)計麻花鉆伸縮機構(gòu)且能對鉆孔深度進行調(diào)節(jié)。

工作原理：搬運機械手B 將工件A 搬運至加工工作臺D，如圖3，裝夾手16 夾緊工件，而后裝夾手絲桿螺母機構(gòu)11 開始工作，支撐座17 沿裝夾手移動軌道18 移動，裝夾手16 移動到加工區(qū)域之后停止，麻花鉆伸縮機構(gòu)15 開始下降，同時麻花鉆14 開始旋轉(zhuǎn)工作。工件A 進行孔加工，加工完畢后，麻花鉆伸縮機構(gòu)15 上升，麻花鉆14 停止旋轉(zhuǎn)，裝夾手16 沿移動軌道伸出，裝夾手16 松開工件，搬運機械手B 將工件A 取走。

圖3 加工工作臺結(jié)構(gòu)圖

2.3 裝配工作臺設(shè)計

裝配要求：將工件A 進行精確定位，裝配工作臺需自動輸入工件B，利用裝配機械手提取工件B，移動至工件A 區(qū)域，進行2 個工件裝配。

步驟1：設(shè)計圓柱凹孔，使圓柱體工件A 快速定位；

步驟2：設(shè)計自動輸送工件B 設(shè)備；

步驟3：設(shè)計裝配機械手［5］。

工作原理：搬運機械手B 從加工工作臺D 運送到裝配工作臺E，放入圓柱定位凹槽29 內(nèi)（圖4），裝配工作臺E 開始運送工件B，工件B 從供料圓柱筒25 內(nèi)落入，掉入旋轉(zhuǎn)托盤21 里面，旋轉(zhuǎn)托盤21 旋轉(zhuǎn)180°，此時裝配機械手開始工作，伸縮機構(gòu)22 將機械手向前推動，升降機構(gòu)23 將機械手下降到工件B 位置，裝配機械手抓緊機構(gòu)26 抓取工件B，裝配機械手將工件B 移動到工件A5 上方，開始兩工件裝夾，裝配任務(wù)完成，搬運機械手B 將裝配體取走。

圖4 裝配工作臺結(jié)構(gòu)圖

2.4 檢測分類工作臺設(shè)計

檢測標準：為了檢驗工件裝配的合格性，將組件檢測分為三類，第一類：裝配間隙≤0.05 mm，第二類0.05～0.10 mm，第三類：＞0.10 mm，第三類被判定為不合格產(chǎn)品［6］。

檢測要求：需要將裝配完成的工件進行檢驗，利用光學儀器進行間隙探測，檢測后的結(jié)果與分類表進行對比。

步驟1：采用光學儀器進行間隙探測；

步驟2：設(shè)置程序，將探測結(jié)果輸入程序，進行分類，如分到第一類，則第一類的硬件設(shè)備開放，其他都停用；

步驟3：利用PLC 控制氣缸頂桿，工件檢測完成之后隨傳送帶移動，當分類一紅外線探測到工件時，分類一氣缸頂桿執(zhí)行動作，將工件頂入第一類流水線，以此類推。

工作原理：搬運機械手B 將裝配體41 運送到檢測分類工作臺G，放入工作臺之后，光學間隙探測儀開始檢驗縫隙，檢驗完畢之后，將數(shù)據(jù)提交給PLC 總成34（圖5），此時傳輸帶35 開始運動，裝配體41 隨傳輸帶35 前進，當遇到區(qū)域紅外線時，該區(qū)域氣缸30、31、32 執(zhí)行動作，將裝配體41 推入該分區(qū)37、38、39，工作臺完成檢測分類任務(wù)。

圖5 檢驗分類工作臺結(jié)構(gòu)圖

圖6 搬運機械手結(jié)構(gòu)分析

2.5 搬運機械手設(shè)計

氣壓機械手是利用空氣壓力驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的裝置。其特點是：輸出力小，氣壓動作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，適用于高速、輕載、高溫以及粉塵大的工作環(huán)境中［9］。

機械手動作過程要求如圖7 所示。

工作原理：當搬運機械手需要運送工件時，根據(jù)PLC總成給出的工件位置數(shù)據(jù)，執(zhí)行相應(yīng)的動作，一般情況下，機械手升降臺43 開始動作，使機械手達到工件水平高度，之后前臂伸縮氣缸48 開始動作，將機械手抓取部分45、46 推移到工件區(qū)域，最后手部抓取氣缸筒50 動作，機械手指46 完成物體抓取，之后根據(jù)PLC 給出的目的坐標，進行精確運送。

全自動化生產(chǎn)線總成圖如圖8 所示。

圖7 機械手動作過程

圖8 全自動化生產(chǎn)線總成

3 結(jié)論

針對現(xiàn)有生產(chǎn)流水線工作流程短、功能單一等問題，設(shè)計了一種集工件輸入、毛坯加工、組件裝配、成品檢測分類的全自動化流水生產(chǎn)線，實現(xiàn)連續(xù)高效的流水作業(yè)，提高生產(chǎn)效率，降低工作強度。本文詳細介紹了送料工作臺、加工工作臺、裝配工作臺、檢測分類工作臺以及搬運機械手的設(shè)計過程，最終完成全自化生產(chǎn)總成圖。

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