应用工业机器人，加工成本一降再降（本文为一降）

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工业机器人是适应当今工业成本与时间高效性需求，材料加工柔性需求的最佳选择之一，以自动化程度高、低成本、柔性好等优势走向市场，这里以一个工业机器人在小汽车制造业中取代人工作业的应用方案为例。

汽车发动机端盖的自动化加工

1.应用范例

图1是小汽车某型号发动机端盖毛坯（铝合金压铸件）由机器人取代人工生产的一个应用范例，工件为合金铝材压铸件，工件大小约500mm×500mm。

图1 小汽车某型号发动机端盖毛坯

原生产工艺为人工作业，其作业面积包含工件六个基准面的曲面和平面，具体工作内容有倒渣包、切边模、倒水口等作业1人；去毛刺、去披锋、去铸点等作业2人，合计3人完成工件的整形工艺。压铸件生产节拍是：63秒/件，由两台压铸机同时完成，生产线日产量为2200件。

2. 传统机加工工作方式分析

传统五轴及以上的数控机床工作方式是刀具围绕着工件作运动，工件固定在机床的工作台面上。在这种情况下，如果要实现大规模自动化生产，还需要考虑机器人配合上下料等辅助工作和各工序间换刀消耗时间长等问题。

图2 五轴数控机床

现阶段的工业机器人在其输出末端装电主轴和切削刀具，对固定在某台面上的端盖工件进行六轴模式表面加工。当端盖工件铝合金压铸件后处理、清理工序多而复杂时，需要多种切削加工刀具，机器人末端可集成多种切削刀具，由于操作空间影响，一般不超过3种，且需满足安装角度；在需要多种加工刀具，但不方便集成时，可用换枪盘进行调换加工刀具。这种方式适用于较大较重、形状不规格的工件，但这也同样存在配合上下料和换刀耗时等工效低的问题。

图3 工业机器人

所以现阶段的机器人产线并不很适合，需要在机器人加工工件方式上进行改变。

3.工业机器人逆向切削机加工方式分析

根据汽车发动机端盖（铝合金压铸件）的加工工序所需刀具的数量及工艺性质，布置相应数量的主轴来满足其工艺要求，并在机器人末端安装夹具来夹持端盖工件铝合金压铸件，以移动端盖工件铝合金压铸件的方式来实现加工的一种切削方式，以做到低成本和低能耗（对于多主轴加工模式来说，不同的切削功率，可选择不同功率的电主轴来对应）。

这种情况下机器人可自行在生产线上抓取工件，在不同的主轴工位上进行加工和完成上下料等工作，是高效率工业生产的一种实施方案。

生产线总体设计

1.整体设计方案布局图

图4是生产线整体设计方案布局图，整条全自动生产线组成包括：1台工业机器人；1套工件专用夹具；1个倒角机（铣削I）；1个气动主轴（铣削II）；1个铣削电主轴（铣削III）；1个主轴油冷机；1个砂带抛光机；1条排屑传送带；6个冷却架；2个周转架和1个总控制柜。

图4 生产线整体设计方案布局图

2. 组件配置及功能

（1） 六轴高精度工业机器人1台，基本性能为重复定位精度为±0.02mm、负载能力为150kg、有效活动范围为2000mm左右，其末端与专用夹具联接。

作业内容为工件拿取、完成各工位铣削及打磨等工艺路径、工件摆放等工作。

（2） 工件专用夹具1套，其作用是对工件定位和固定，以保证在整个加工过程中工件不产生位置移动和自身有足够刚性。另外，夹具还要做到工件在夹持中不变形和在加工过程中不与刀具相互干涉。

（3） 电主轴铣削机构1台，基本性能为主轴最高转速30000r/min以上，可安装ϕ8mm平底铣刀，对铝制工件在主轴高速旋转情况下能保持较大的切削量和大的进给量，这样工件可保证表面平整、不会产生卷边现象、且不会粘刀。

工作内容为平整渣包、切边模、平整水口等工序。

（4） 气动主轴铣削机构1台，基本性能为主轴最高转速15000r/min，额定功率800W，可安装圆锥刃等去毛刺刀具。

工作内容为去毛刺、去披锋等工序。

（5） 砂带抛光机1台，工作内容为清除工件表面的筋条和铸点工序。

图5 砂带抛光机

3.工艺步骤

（1） 工业机器人从工件架上按定位要求将工件取出，在气动主轴工位上对工件的某面进行水道口、外圈分型面、内腔倒角位、内腔分型线等完成铣削工艺；然后机器人把工件转90°，在同一工位对工件的窗口位、半圆弧位的披锋等完成铣削工艺；

（2） 在电主轴工位上，对工件进行平整水道口、铣平顶针印和披锋等完成铣削工艺；

（3） 在砂带抛光机工位上，接上道工序，机器人将工件转180°完成清除工件筋条上铸点的打磨工艺，最后机器人将工件按要求整齐地摆放到工件周转架上。

新工艺新配置的优势在于：

（1）主轴功率小，能耗降低；

（2）三只主轴共同参与，组件使用寿命长和维护费用低；

（3）节省了换刀时间，移动工件加工，无需换刀；

（4）可执行加工工艺路径的各种动作，也可执行工件搬运。

（来源夹具侠）

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