一種適應(yīng)多型號(hào)缸體工件搬運(yùn)的機(jī)械夾手設(shè)計(jì)

王影 王洪遠(yuǎn) 趙健

摘? 要：為提高生產(chǎn)效率，降低人工成本，現(xiàn)生產(chǎn)線由人工裝配柴油機(jī)缸體升級(jí)為由機(jī)器人自動(dòng)化搬運(yùn)裝配生產(chǎn)線;現(xiàn)設(shè)計(jì)一種缸體搬運(yùn)機(jī)械手，機(jī)械手由氣缸與直線導(dǎo)軌、手指、法蘭相連接，實(shí)現(xiàn)一個(gè)手指的橫向移動(dòng)，另一個(gè)手指固定不動(dòng)。夾手兩側(cè)有定位頂尖，定位頂尖與缸體曲軸兩端中心孔配合，提高抓取夾持定位精度;改進(jìn)后機(jī)械手不僅能兼容多種型號(hào)工件搬運(yùn)，而且定位精度高，調(diào)試方便，且設(shè)備成本大大降低。設(shè)備性能穩(wěn)定可靠并已運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)中。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī);缸體;機(jī)械夾手

中圖分類號(hào)：TP23? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 概述

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)日趨成熟，人工生產(chǎn)劣勢(shì)逐漸凸顯，某公司柴油機(jī)裝配生產(chǎn)線原由人工進(jìn)行換型生產(chǎn)，不但效率低、而且易出錯(cuò)，為節(jié)省人工成本，提高裝配效率，同時(shí)使其具有柔性化特點(diǎn)，現(xiàn)在生產(chǎn)線升級(jí)為自動(dòng)化裝配線。在汽車柴油機(jī)自動(dòng)化裝配生產(chǎn)線中，抓取缸體的機(jī)械手設(shè)計(jì)極其重要，機(jī)械手設(shè)計(jì)的優(yōu)劣不僅直接影響裝配質(zhì)量及生產(chǎn)效率，同時(shí)也影響現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備調(diào)試的難易程度與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員的調(diào)試效率，機(jī)械手設(shè)計(jì)優(yōu)劣是裝配生產(chǎn)線優(yōu)劣的重要指標(biāo)，直接影響整套設(shè)備的穩(wěn)定性與安全性。該文設(shè)計(jì)一種可靠高效的缸體機(jī)械夾爪，此種夾手適合應(yīng)用在缸體活塞連桿裝配工作站中，配合六軸機(jī)器人替代人工進(jìn)行搬運(yùn)裝配作業(yè)。

1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及工作原理

發(fā)動(dòng)機(jī)缸體在上一工序已將曲軸和凸輪軸裝配完成，在活塞連桿工作站進(jìn)行活塞連桿裝配作業(yè)。在前一工序的機(jī)械夾手是夾持缸體邊緣，利用缸體上的銷孔進(jìn)行定位，這種夾手結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)試不方便，并且由于夾持面是缸體的鑄造毛坯面，使夾持不夠穩(wěn)定。此道工序中的缸體和曲軸已完成裝配，曲軸和缸體間有精確的尺寸特征，此工序的機(jī)械夾手可以利用曲軸作為夾持點(diǎn)。

六軸機(jī)器人從托盤(pán)上抓取缸體放置于裝配工位，托盤(pán)與裝配工位均有缸體定位銷，定位精度要求±0.05 mm，所以?shī)A取及放置時(shí)需要機(jī)械手抓取定位精準(zhǔn)，夾持力足夠大，并且能夠兼容多種型號(hào)工件。

由于工件有多種型號(hào)，每種工件夾持到位后均要反饋信號(hào)，需多位置檢測(cè)，氣缸本身傳感器已滿足不了要求?，F(xiàn)在連接板上安裝歐姆龍接近傳感器即工件到位檢測(cè)傳感器，其檢測(cè)距離約8 mm，在機(jī)械手移動(dòng)端手指上安裝有感應(yīng)金屬片，當(dāng)夾手夾持住工件后，當(dāng)前工件對(duì)應(yīng)的傳感器感應(yīng)到金屬片，傳感器檢測(cè)到信號(hào)后反饋信號(hào)給機(jī)器人夾緊到位進(jìn)行下一步動(dòng)作，傳感器在U型槽中可移動(dòng)調(diào)節(jié)，便于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試安裝。

每種缸體表面都有相對(duì)應(yīng)的二維碼，機(jī)器人在抓取前，讀碼器對(duì)工件進(jìn)行二維碼掃描，機(jī)器人切換到相應(yīng)程序進(jìn)行抓取。

基于以上夾手所需功能，通過(guò)分析比較不同型號(hào)工件發(fā)現(xiàn)缸體裝配曲軸的中心孔存在共同點(diǎn)，所有曲軸一端屬于A型不帶護(hù)錐中心孔，另一端屬于B型帶護(hù)錐中心孔類型，均是60°中心孔，這也是曲軸加工所需的工藝結(jié)構(gòu)，利用曲軸這一共同特點(diǎn)可作為機(jī)械手的定位和夾持點(diǎn)，設(shè)計(jì)出滿足多種型號(hào)夾持要求的機(jī)械手;同時(shí)為防止工件在搬運(yùn)過(guò)程中繞曲軸中心旋轉(zhuǎn)，在夾手上方設(shè)有工件防轉(zhuǎn)壓塊。六軸機(jī)器人工作時(shí)，機(jī)器人先移動(dòng)機(jī)械手使固定端定位頂尖紉進(jìn)曲軸一端中心孔，氣缸縮回將移動(dòng)端定位頂尖紉進(jìn)曲軸另一端中心孔中完成夾持過(guò)程。

2 機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)械夾手設(shè)計(jì)，包括連接板、導(dǎo)軌滑塊、氣缸、浮動(dòng)接頭、固定端手指與移動(dòng)端手指，抓取定位頂尖等。機(jī)械夾手通過(guò)連接板與六軸機(jī)器人末端相連;固定端手指與連接板相連;移動(dòng)端手指與滑塊相連;氣缸底座連接固定端手指，連接處加工出定位凹槽，對(duì)氣缸進(jìn)行機(jī)械定位，便于工人裝配同時(shí)防止氣缸位置不準(zhǔn)確導(dǎo)致后續(xù)機(jī)械手夾持位置出現(xiàn)偏差;氣缸浮動(dòng)接頭連接移動(dòng)手指端，通過(guò)氣缸伸縮實(shí)現(xiàn)手抓的張開(kāi)閉合，移動(dòng)端手指連接滑塊，導(dǎo)軌與連接板相連，連接處有導(dǎo)軌定位凹槽。氣缸選用末端帶鎖緊機(jī)構(gòu)形式，防止現(xiàn)場(chǎng)突然斷電斷氣使氣缸失靈工件掉落，造成調(diào)試人員受傷或損壞設(shè)備。

為防止抓取時(shí)過(guò)定位干涉，壓塊與工件上表面需留有1 mm間隙，壓塊采用尼龍材料防止刮傷缸體加工表面;手指采用45#鋼;定位頂尖采用40Cr材料淬火調(diào)質(zhì)處理，表面鍍硬鉻，增加韌性的同時(shí)增加耐磨性，防止長(zhǎng)期使用變形磨損，定位頂尖通過(guò)螺釘與夾手手指連接，連接處有定位凹槽，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間使用磨損后可方便更換。夾手連接板上加裝吊環(huán)，便于現(xiàn)場(chǎng)施工吊裝。綜合上述信息，最終手抓設(shè)計(jì)成如圖1所示結(jié)構(gòu)。

3 計(jì)算選型

缸體的長(zhǎng)度范圍220 mm～235.2 mm，夾手行程需滿足L≥235.2mm-220mm+手指兩端定位頂尖長(zhǎng)度=55.2 mm，暫選定氣缸行程80 mm即可滿足要求。工件重量m=120 kg，利用工件形狀抓取物體時(shí)氣缸推力計(jì)算公式如下。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，選用FESTO氣缸DSBC型號(hào)，6bar時(shí)氣缸推力F=3016N>2078N，滿足要求。利用形狀抓取物體主要需考慮氣缸導(dǎo)桿所需扭矩，所以在氣缸導(dǎo)桿端連接直線導(dǎo)軌用以承載扭矩。綜合受力計(jì)算結(jié)果及夾爪整體外觀協(xié)調(diào)性，現(xiàn)選定氣缸型號(hào)DSBC80-80-PPVA，導(dǎo)軌選用上銀品牌型號(hào)HGH25HA。

4 結(jié)論

該文設(shè)計(jì)的機(jī)器人末端缸體夾持機(jī)械手，具有以下優(yōu)勢(shì)。

（1）機(jī)械手替代人工進(jìn)行搬運(yùn)工作，節(jié)省人工成本的同時(shí)提高了裝配質(zhì)量、裝配一致性以及裝配效率，提高產(chǎn)能，保證了生產(chǎn)安全等特點(diǎn)。

（2）與目前已有缸體抓取機(jī)械手進(jìn)行比較，該文設(shè)計(jì)的機(jī)械夾手巧妙地利用曲軸兩端中心孔做夾持及定位基準(zhǔn)，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本大大降低，不僅兼容性好適合多種型號(hào)工件夾持搬運(yùn)，而且一致性好定位精度高。

（3）此種設(shè)計(jì)形式簡(jiǎn)化了電氣人員現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試步驟，降低調(diào)試難度，節(jié)省設(shè)備調(diào)試時(shí)間，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，適合在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行推廣。

參考文獻(xiàn)

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