汽車法蘭盤(pán)機(jī)床自動(dòng)上下料系統(tǒng)的研發(fā)

馮智寧

摘要：目前汽車法蘭盤(pán)加工1人看管1臺(tái)加工中心，手動(dòng)裝夾等工作勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗費(fèi)人力;單件零件加工節(jié)拍短，機(jī)器人節(jié)拍跟不上，難以實(shí)施自動(dòng)化。通過(guò)1臺(tái)機(jī)器人負(fù)責(zé)3臺(tái)加工中心的自動(dòng)上下料及機(jī)床液壓夾具，解決了勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗費(fèi)人力的問(wèn)題;采用3上3下的6夾具結(jié)構(gòu)，解決了工件加工節(jié)拍時(shí)間短、機(jī)器人上料節(jié)拍長(zhǎng)的問(wèn)題。改進(jìn)后實(shí)現(xiàn)人工輕松放、取料，配合機(jī)器人自動(dòng)上下料，1人能看管3臺(tái)加工中心，按兩班工作制，工人由6人減至4人，節(jié)約人力成本66%;由于自動(dòng)上下料對(duì)比人工上下料裝夾節(jié)約6s，提升生產(chǎn)節(jié)拍10%;對(duì)比原工藝方案能產(chǎn)生1年約40萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：法蘭盤(pán);自動(dòng);上下料;機(jī)器人

中圖分類號(hào)：TP23 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1009—9492f2021）03—0184—02

0引言

隨著汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，汽車的配件市場(chǎng)廣闊，專業(yè)化、細(xì)分化程度越來(lái)越高。汽車原廠自動(dòng)化程度相對(duì)較高，目前汽車維修零配件自動(dòng)化程度不高，制約因素為維修零配件批量小、品種多，且經(jīng)常要換產(chǎn)。提高換產(chǎn)效率和柔性化生產(chǎn)，是解決這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵所在。針對(duì)汽車零件，如法蘭盤(pán)，亦是品種多，需要0.5～2天時(shí)間換產(chǎn)一次。自動(dòng)化程度越高，所帶來(lái)的裝夾、夾具、設(shè)置問(wèn)題越多，另外也要適應(yīng)生產(chǎn)節(jié)拍問(wèn)題。

國(guó)內(nèi)目前的法蘭盤(pán)零件，車削加工部分工序由于車削單件加工時(shí)間較長(zhǎng)，上下料機(jī)器人能匹配其加工效率，已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人上下料操作。本文研發(fā)的是鉆孔工序部分的機(jī)床自動(dòng)上下料。由于鉆孔時(shí)間快，單工件鉆孔的時(shí)間遠(yuǎn)小于機(jī)器人一次上下料的時(shí)間。本文介紹的是一種3上3下6夾具的一次裝夾方法，解決以上問(wèn)題，另外也解決了鉆孔定向的問(wèn)題。

1總體結(jié)構(gòu)

1.1總體布局

圖1所示為總體布局，本系統(tǒng)有3臺(tái)加工中心，用于鉆孔加工，“品”字型布局。工業(yè)機(jī)器人放中間，用于搬運(yùn)零件到3臺(tái)加工中心上;上料平臺(tái)和下料平臺(tái)放在正面左右兩邊，用于機(jī)器人取料和放料的過(guò)渡平臺(tái)。毛坯料框與成品料框放在左右兩側(cè)，是毛坯和成品的堆放區(qū);人站在上下料平臺(tái)前面放料和取料。上料平臺(tái)上方是角度校準(zhǔn)工裝，用于鉆孔定向。

1.2關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)

1.2.1工業(yè)機(jī)器人

工業(yè)機(jī)器人采用六軸關(guān)節(jié)機(jī)器人，負(fù)責(zé)移動(dòng)搬運(yùn)工件，如圖2所示，從上料平臺(tái)搬運(yùn)到機(jī)床夾具上，從機(jī)床夾具搬到下料平臺(tái)上。機(jī)器人負(fù)載50kg，能實(shí)現(xiàn)最大1.96m半徑范圍的搬運(yùn)，適合加工中心“品”字型擺放，完成對(duì)3臺(tái)加工中心自動(dòng)上下料工作。采用標(biāo)配工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，通過(guò)10與3臺(tái)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行通信連接，實(shí)現(xiàn)免除外置中控系統(tǒng)的要求，數(shù)據(jù)傳輸快速穩(wěn)定。通過(guò)優(yōu)化路徑軌跡，使搬運(yùn)時(shí)間最小化。

1.2.2上下料平臺(tái)

上料平臺(tái)負(fù)責(zé)工件上料時(shí)，人工放料區(qū)與機(jī)器人取料區(qū)之間的移動(dòng)，如圖3所示。下料平臺(tái)負(fù)責(zé)工具下料時(shí)，機(jī)器人放料區(qū)與人工取料區(qū)之間的移動(dòng)。上、下料平臺(tái)由平臺(tái)支架、平臺(tái)板、導(dǎo)軌、氣缸、按鈕組成。氣缸推動(dòng)平臺(tái)前后移動(dòng)。

1.2.3角度校準(zhǔn)工裝

角度校準(zhǔn)工裝負(fù)責(zé)工件機(jī)械定位與工件角度定向等功能，如圖4所示?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整，適合不同大小規(guī)格的零件，定位環(huán)中三顆長(zhǎng)螺釘根據(jù)工件大小，調(diào)節(jié)工件擺放位置。固定板沿著定向圓桿調(diào)節(jié)定向方桿的高度。定向調(diào)節(jié)是根據(jù)零件凸臺(tái)位置來(lái)調(diào)節(jié)方桿前后。這樣便適合多品種零件凸臺(tái)位置定向調(diào)節(jié)。

1.2.4機(jī)器人末端夾具

機(jī)器人末端夾具負(fù)責(zé)機(jī)器人抓取工件，由6套氣動(dòng)卡盤(pán)組成，可同時(shí)抓取6個(gè)工件。調(diào)整手爪位置或更換手爪可以?shī)A持不同孔徑大小的零件，如圖5所示。

這套夾具包含了氣動(dòng)夾具，可以進(jìn)行多種規(guī)格手爪的更換，適合不同大小和種類零件的自動(dòng)上下料;夾具上安裝有吹氣裝置，對(duì)工件加工殘留的鐵削吹走，保證工件裝夾的穩(wěn)定和精度;氣動(dòng)卡盤(pán)安裝有到位傳感檢測(cè)系統(tǒng)，能檢測(cè)卡爪是否裝夾到位，保證使用安全。

2具體工作流程

設(shè)備上電開(kāi)啟機(jī)床和機(jī)器人程序;工人從毛坯料框取3個(gè)工件毛坯放到上料平臺(tái)工裝上;握住工件右旋至工裝限位終止處，完成角度定位;人工按上料平臺(tái)上料啟動(dòng)按鈕，毛坯被推送至機(jī)器人取料區(qū);工業(yè)機(jī)器人開(kāi)始取毛坯，移動(dòng)到加工中心門(mén)前;加工中心加工完成上一批3個(gè)零件加工后，機(jī)器人另外3個(gè)空手爪先夾取3個(gè)成品零件，加工中心再反轉(zhuǎn)夾具（首次放置毛坯，此步驟不需要）;放置3個(gè)工件毛坯到加工中心夾具上;機(jī)器人夾具之前夾取的3個(gè)成品放置下料平臺(tái)，平臺(tái)推送到工人取料區(qū);工人把加工好的成品放入成品料框。

機(jī)器人依次在3臺(tái)加工中心循環(huán)上述流程動(dòng)作。直到按最后一次上料按鈕。放完最后一批料后，不再上料。結(jié)束整批零件的加工。

3技術(shù)特點(diǎn)

3.1 3上3下成套夾具技術(shù)

由于鉆孔工藝中加工節(jié)拍較快，單個(gè)工件鉆孔時(shí)間為20s，機(jī)器人搬運(yùn)一次時(shí)間節(jié)拍為40 s。如果傳統(tǒng)工藝采用1個(gè)夾具裝夾，機(jī)器人節(jié)拍會(huì)跟不上3臺(tái)加工中心生產(chǎn)節(jié)拍，導(dǎo)致加工中心等待機(jī)器人的情況。為了提高加工中心的有效加工時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，必須減少加工中心等待浪費(fèi)的時(shí)間，這時(shí)需要加工中心不停連續(xù)加工，機(jī)器人稍微等待加工中心為宜。故開(kāi)發(fā)了3上3下的成套夾具，一次換3個(gè)料，提高生產(chǎn)效率。

機(jī)器人從上料平臺(tái)夾取3個(gè)相同的毛坯。機(jī)器人成套夾具翻轉(zhuǎn)180°，如圖6所示。無(wú)料手爪朝下，靠近已完成加工的加工中心的3個(gè)成品上方，夾取成品上來(lái)。翻轉(zhuǎn)成套夾具180°，把開(kāi)始夾取的毛坯放人加工中心的卡盤(pán)上，完成成品和毛坯的換料。機(jī)器人把抓取的成品放到下料平臺(tái)，如圖7所示。

3.2角度定位技術(shù)

因?yàn)楣ぜ枰@孔，工具鉆孔需要在毛坯的凸臺(tái)上鉆孔，如圖8所示，故需要毛坯定向加工。采用角度校準(zhǔn)工裝，人工上料前把工件角度旋轉(zhuǎn)到同一角度。人工旋轉(zhuǎn)工件使凸臺(tái)側(cè)面靠著方向方桿，如圖4所示。

3.3快速換產(chǎn)調(diào)整技術(shù)

由于工件品種樣式尺寸多，通常一批零件加工0.5～2天時(shí)間需要換產(chǎn)。換產(chǎn)的便利性和快捷性直接影響生產(chǎn)效率。采用夾具可調(diào)節(jié)式和機(jī)器人參數(shù)調(diào)整式換產(chǎn)，避免了更換夾具和機(jī)器人重新示教的時(shí)間。通過(guò)調(diào)整機(jī)器人手爪位置、加工中心卡盤(pán)卡爪位置、定向方桿和定位環(huán)螺絲位置，實(shí)現(xiàn)機(jī)械定位調(diào)整?？刂破鬈浖矫嫱ㄟ^(guò)設(shè)定機(jī)器人抓取高度參數(shù)適應(yīng)不同高度的零件，實(shí)現(xiàn)快速換產(chǎn)。

4結(jié)束語(yǔ)

研究結(jié)果說(shuō)明，采用機(jī)器人對(duì)3臺(tái)加工中心進(jìn)行上下料，采用6夾具結(jié)構(gòu)的機(jī)器人末端夾具形式和可調(diào)整的角度定位技術(shù)，解決了汽車法蘭盤(pán)采用機(jī)器人快速定位上下料的生產(chǎn)需求。通過(guò)機(jī)器人自動(dòng)上下料和快速換產(chǎn)調(diào)整技術(shù)，縮短了加工輔助時(shí)間，提高了10%的生產(chǎn)效率。為客戶每班節(jié)約2個(gè)人，按兩班制計(jì)算，1年產(chǎn)生效益約40萬(wàn)元。