机床无人化运转的实现，怎么做到的？

jiajoin · 发表于 2018-7-26 09:47:01

在机械制造加工行业，使用自动化设备辅助传统加工实现无人自动化生产已是大势所趋。发动机缸体作为汽车发动机的核心部件之一，其柔性加工生产线中机器人自动上下料装置的设计对于提高整线加工精度和效率有重要意义。下面将分享从产线布局出发，延伸到机器人选型、爪手设计、装夹位置等各方面的实例。

一、总体方案设计

产线布局使用8台机床串联布置，实现缸体各面的粗加工与半精加工，要求机器人实现8台机床的自动上下料。

图1 缸体生产线布局

机器人上下料装置通常有3种形式，悬挂式机器人( 悬架+倒挂式关节机器人+机械手爪) 、轨道移动式机器人( 移动轨道+关节机器人+机械手爪) 和龙门式机器人( 桁架机器人+机械手爪) ，这3种形式的优缺点对比如下表。

机器人方案对照表

因产线要求机器人负载能力较大( 抓取重量≥150kg; 其中，缸体重量80kg，夹具70kg) ，缸体加工过程中位姿较多，为了确保抓取中的稳定可靠，通过对比3种方案，初步选择轨道移动机器人( 移动轨道+关节机器人+机械手爪) ，根据其具体结构，总体方案的设计如图2所示。

图2 自动上下料系统结构

二、机器人选型及轨道设计

由于上下料过程需要较多的位置和姿态的变换，故采用六轴关节机器人。为了实现机器人在8台机床自动上下料，特在六轴关节机器人的基础上拓展第七轴——直线行走轴，以承载、驱动、导引机器人沿给定的方向直线运动，需要进行直线轨道的设计。在机器人自动上下料时，操作手臂需要伸出距离较大，而机器人操作手臂末端爪手和发动机缸体重量较大，因此选择齿轮齿条+导轨的结构形式。

图3 机器人抓手结构

三、机器人爪手设计

机器人爪手设计要求夹持缸体具有一定的刚度与强度，能够顺利地把缸体放进夹具中，便于刀具加工，因此爪手结构设计，如图3所示。根据目前现有的发动机模型，对机器人手爪抓取缸体的定位方式和夹持点进行设计，选择左侧面的一面两销进行定位，如图4所示。

图4 定位夹紧示意图

四、缸体位姿的确定

位姿是指确定缸体在输送料道和机床夹具上的位置和姿态。为了方便缸体在料道上运输和夹具定位装夹，以及机器人抓取时缸体位姿变换尽可能的少，需要确定缸体在整线中的位姿，从而减少机器人动作节拍。

图5 缸体在加工生产线中的位姿

缸体在输送料道的位姿要求缸体在输送料道的输送过程中尽可能的平稳，与料道导轨的接触面尽可能大; 在机器人上料区时，便于机器人的抓取，减少机器人手爪抓取缸体过程中的调整时间; 尽可能采用一套机器人手爪完成整线中缸体的上下料工作。缸体在输送料道上料区位姿如图6所示，缸体顶面向上，底面与料道导轨相接触，前后端面与输送料道方向相同。初步选取缸体的前、后端面为机器人手爪的抓取面，选取前、后端面水道孔为手爪定位孔。

图6 缸体在输送料道上的位资

自此，根据柴油发动机生产加工特点，完成了机器人自动上下料系统的搭建，确定以轨道行走式机器人自动输送方式的技术方案后，加工准备和辅助工时明显缩短，机床无人化运转得以实现。