摘要：隨著機(jī)床加工技術(shù)的不斷提高，以及對(duì)機(jī)床在加工過(guò)程中工件的上、下料方式要求的提高，機(jī)器人在機(jī)械加工中的自動(dòng)化應(yīng)用由此產(chǎn)生，并在各個(gè)機(jī)床加工領(lǐng)域得到越來(lái)越廣的應(yīng)用。它以速度快、柔性高、精度高、效率高，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，將成為現(xiàn)代機(jī)械加工的主流輔助設(shè)備。本文以沈陽(yáng)萊茵機(jī)電設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)的曲軸自動(dòng)上下料機(jī)器人為例，對(duì)曲軸機(jī)器人自動(dòng)上下料進(jìn)行詳細(xì)介紹。

關(guān)鍵字：曲軸 、機(jī)床上下料、機(jī)器人、自動(dòng)化

一、引言

圖1 曲軸零件圖

曲軸（圖1）作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件，它的旋轉(zhuǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力源，也是整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的源動(dòng)力，所以它在汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。正因?yàn)槿绱?，它的加工生產(chǎn)要求很高，對(duì)加工工藝要求也很高，但是目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)過(guò)程中的人工操縱，人工送料的生產(chǎn)方式已經(jīng)無(wú)法滿足該行業(yè)的需要。

沈陽(yáng)萊茵機(jī)電設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的自動(dòng)上下料機(jī)器人（機(jī)械手）代替人工操縱，自動(dòng)上下料，構(gòu)成自動(dòng)化生產(chǎn)單元或組成自動(dòng)化生產(chǎn)線（從毛坯開(kāi)始到加工成成品，整套生產(chǎn)線全部采用機(jī)械手完成）。此種生產(chǎn)方式是進(jìn)行高速、高效、高質(zhì)曲軸生產(chǎn)的有效方式，也是現(xiàn)代加工生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展方向。

二、自動(dòng)上下料機(jī)器人構(gòu)成及硬件分析

曲軸自動(dòng)上下料機(jī)器人由供料倉(cāng)或輸送帶、旋轉(zhuǎn)手爪、機(jī)器人控制系統(tǒng)、機(jī)器人防護(hù)、自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)、自動(dòng)刀具檢測(cè)系統(tǒng)、吹氣自動(dòng)排削等組成。下面我們就主要的系統(tǒng)部件進(jìn)行介紹：

供料倉(cāng)（圖2）

供料倉(cāng)（圖2）

為了盡量節(jié)省勞動(dòng)力，節(jié)省空間，提高曲軸加工的效率，我們將毛坯或半成品放置在供料倉(cāng)內(nèi)。通過(guò)抓取機(jī)構(gòu)或者上料機(jī)械手直接抓取，放置到指定位置。經(jīng)過(guò)合理的機(jī)床排布設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)，采用供料倉(cāng)可以大大節(jié)省空間和中間環(huán)節(jié)的時(shí)間，大大提供工作效率。由于工件、加工節(jié)拍以及廠家車間規(guī)劃不同，我們采用多種供料倉(cāng)結(jié)構(gòu)，例如固定貨架、鏈條傳動(dòng)、移動(dòng)托盤等結(jié)構(gòu)。

（2）輸送帶（圖3）

圖3 曲軸輸送帶

曲軸機(jī)床上下料除了采用供料倉(cāng)作為供料機(jī)構(gòu)外，還可以采用輸送帶的方式進(jìn)行供料。沈陽(yáng)萊茵根據(jù)曲軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及加工工藝流程對(duì)輸送帶進(jìn)行改進(jìn)，輸送帶類型以及工件托盤形式采用多種結(jié)構(gòu)，例如摩擦鏈帶，摩擦滾子鏈，托盤鏈帶等等。工件的托盤結(jié)構(gòu)也采用多點(diǎn)支撐的結(jié)構(gòu)，在保證工件平穩(wěn)性的同時(shí)，也提高了定位精度，同時(shí)也考慮手爪抓取方便。

輸送帶上下料機(jī)構(gòu)可根據(jù)生產(chǎn)的需要，在長(zhǎng)度和工件擺放上進(jìn)行設(shè)計(jì)。按照整套曲軸生產(chǎn)工藝流程，專門設(shè)計(jì)一套傳輸裝置，在此傳輸裝置上可以對(duì)機(jī)床進(jìn)行上料操作，也可以對(duì)同一道工序機(jī)床進(jìn)行下料操作。通過(guò)傳輸裝置的控制以及料架結(jié)構(gòu)的特殊機(jī)械控制，保證上料和下料的協(xié)調(diào)、合理的運(yùn)行，不會(huì)出現(xiàn)影響機(jī)器人上下料的節(jié)拍，進(jìn)而降低生產(chǎn)效率的情況。

（3）X,Z軸機(jī)械手（圖4）

曲軸從毛坯到成品需要多道加工工序完成，所以我們用機(jī)器人完成整套工序的上下料。根據(jù)加工工藝和節(jié)拍不同，我們可以用一個(gè)機(jī)器人給一臺(tái)機(jī)床上下料，也可以用一個(gè)機(jī)器人給2臺(tái)機(jī)床上下料。在保證加工質(zhì)量和效率的同時(shí)也節(jié)省了成本，每臺(tái)機(jī)器人即是獨(dú)立工作，同時(shí)也通過(guò)接收工序之間的前后關(guān)聯(lián)控制信號(hào)，協(xié)調(diào)工作，完成整套加工工藝。

圖4X,Z桁架結(jié)構(gòu)圖

二維機(jī)器手作為獨(dú)立單元安裝在桁架橫梁上，可以對(duì)機(jī)器手X軸與地面的平行度做調(diào)整，可以對(duì)Z軸與地面的垂直度進(jìn)行微調(diào)。避免了其它廠家桁架橫梁就是機(jī)器手的水平軸，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)很難，橫梁中間會(huì)下沉的現(xiàn)象，桁架的高度和長(zhǎng)度根據(jù)機(jī)床高度以及加工工藝要求是單臺(tái)機(jī)床還是多臺(tái)機(jī)床進(jìn)行設(shè)計(jì)。

由于水平和垂直軸承受較大負(fù)載，運(yùn)行速度比較高，所以為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，我們采用德國(guó)Roboworker公司的大負(fù)載直線運(yùn)動(dòng)單元（圖5）。采用齒輪齒條驅(qū)動(dòng)方式，鋼柱或直線導(dǎo)軌作為支撐，提供足夠的支撐力、足夠的剛性，保證快速移動(dòng)和快速升降時(shí)平穩(wěn)運(yùn)行。

圖5 Roboworker大負(fù)載直線單元

由于存在一臺(tái)機(jī)器人給一臺(tái)機(jī)床上下料和一臺(tái)機(jī)器人給2臺(tái)機(jī)床上下料的情況，所以垂直軸采用了2種形式：①單Z軸雙手爪（圖6），②雙Z軸雙手爪（圖7，每個(gè)Z軸配一個(gè)手爪）。

雙手爪所占用的空間比較大，如果有些工序所采用的加工機(jī)床內(nèi)部空間允許，無(wú)論是給一臺(tái)機(jī)床還是給2臺(tái)機(jī)床上下料，我們都可以采用單Z軸雙手爪的結(jié)構(gòu)，這樣就會(huì)節(jié)省上下料的時(shí)間，提高效率。如果機(jī)床內(nèi)部空間不能放下2個(gè)手爪，我們只能采用雙Z軸的結(jié)構(gòu)，每個(gè)Z軸配一套手爪，通過(guò)節(jié)拍分析，合理安排手爪的運(yùn)動(dòng)軌跡。

圖6單Z軸雙手爪結(jié)構(gòu)                                                                        圖7雙Z軸單手爪結(jié)構(gòu)

（3）旋轉(zhuǎn)手爪（圖8）

手爪在自動(dòng)上下料生產(chǎn)線中占有重要的地位，設(shè)計(jì)好的手爪，可以提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性，提高效率。根據(jù)曲軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，沈陽(yáng)萊茵設(shè)計(jì)專門的氣動(dòng)手爪，簡(jiǎn)單、可靠的手指夾具；保證對(duì)工件準(zhǔn)確抓取，氣動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；提高足夠的夾持力，保證工件運(yùn)動(dòng)中不脫落，位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)；保證工件準(zhǔn)確定位，順利夾持，伺服旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；順序完成上料，卸料二步工序，提高效率。

圖8 曲軸專用手爪結(jié)構(gòu)圖

（4）機(jī)器人控制系統(tǒng)

機(jī)器人控制系統(tǒng)是整條自動(dòng)化線的大腦，控制著每部分機(jī)構(gòu)，即可以獨(dú)立工作，也可以協(xié)調(diào)合作，順利完成生產(chǎn)。機(jī)器人控制系統(tǒng)功能：①對(duì)機(jī)器人運(yùn)行軌跡進(jìn)行編程；②對(duì)各部分機(jī)構(gòu)獨(dú)立操作；③提供必要的操作指導(dǎo)及診斷信息；④能協(xié)調(diào)機(jī)器人與機(jī)床之間的工作過(guò)程；⑤控制系統(tǒng)具有豐富的I/O口資源，可擴(kuò)展；⑥多種控制模式，如：自動(dòng)，手動(dòng)，停止，急停，故障診斷。

（5）其他

除了上面講到的機(jī)床上下料的主要結(jié)構(gòu)外，還有些輔助的結(jié)構(gòu)，如機(jī)器人防護(hù)、自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)、自動(dòng)刀具檢測(cè)系統(tǒng)、吹氣自動(dòng)排削等，他們?cè)谡麄€(gè)機(jī)床上下料系統(tǒng)中同樣發(fā)揮著重要的作用，他們保證著機(jī)床上下料機(jī)構(gòu)可以安全、精確的運(yùn)行，由于篇幅的問(wèn)題，我們?cè)谶@里就不在詳細(xì)介紹，如果需要請(qǐng)向沈陽(yáng)萊茵機(jī)電索取。

三、曲軸自動(dòng)上下料系統(tǒng)優(yōu)越性

生產(chǎn)效率高：為了提高生產(chǎn)效率，必須控制生產(chǎn)節(jié)拍。除了固定的生產(chǎn)加工節(jié)拍無(wú)法提高外，自動(dòng)上、下料取代了人工操作，這樣就可以很好的控制節(jié)拍，避免了由于人為因素而對(duì)生產(chǎn)節(jié)拍產(chǎn)生的影響，大大提高了生產(chǎn)效率。

工藝修改靈活：我們可以通過(guò)修改程序和手爪夾具，迅速的改變生產(chǎn)工藝，調(diào)試速度快，免去了對(duì)人工還要進(jìn)行培訓(xùn)的時(shí)間，快速就可投產(chǎn)。

提高工件出場(chǎng)質(zhì)量：機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線，從上料，裝卡，下料完全有機(jī)器人完成，減少了中間環(huán)節(jié)，零件質(zhì)量大大提高，特別是工件表面更美觀。

四、結(jié)束語(yǔ)

沈陽(yáng)萊茵機(jī)電設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的曲軸自動(dòng)上下料機(jī)器人具有操作方便，效率高，應(yīng)用廣泛，工件質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)將操縱工人從繁重，單調(diào)的工作環(huán)境中解救出來(lái)，越來(lái)越受到曲軸生產(chǎn)廠家的青睞，擁有此套生產(chǎn)線勢(shì)必能凸顯企業(yè)生產(chǎn)實(shí)力，提高市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，是曲軸生產(chǎn)加工的發(fā)展趨勢(shì)。