用直角坐標(biāo)機(jī)器人上下料剎車盤

　　很多企業(yè)都在想法設(shè)法提高生產(chǎn)效率和提高機(jī)加廠房的利用率，與臥車相比，立車占地面積小。為此一些企業(yè)采用立式數(shù)控車來(lái)加工盤類件。剎車盤的生產(chǎn)量大，生產(chǎn)節(jié)拍大幅提高。為了進(jìn)一步縮短上下料時(shí)間，全自動(dòng)化機(jī)床上下料機(jī)器人在國(guó)內(nèi)外各種機(jī)加行業(yè)中被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用。利用輸送設(shè)備和機(jī)器手把多臺(tái)機(jī)床設(shè)備連成一個(gè)全自動(dòng)或半自動(dòng)加工線。下料采用氣缸先頂起剎車盤，然后另外一氣缸再向側(cè)面把剎車盤推出機(jī)床外的方式。這樣下料時(shí)間就縮短到2~3秒，大幅降低了上下料時(shí)間。節(jié)拍高了，效率高了，操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度大幅提高。為此蘭生機(jī)床上下料集成合作商沈陽(yáng)萊茵機(jī)電開(kāi)發(fā)了兩種專為立式數(shù)控車自動(dòng)上下料機(jī)器人，不僅可靠，實(shí)用，而且具有很高的性價(jià)比。下面就介紹其中的雙Z軸上下料機(jī)器人。

一、 機(jī)器人的總體方案 
　　由于剎車盤種類很多，下面介紹的機(jī)器人就是針對(duì)大約10公斤的剎車盤的自動(dòng)上下料。由于每道車加工工序大約24秒，下料采用氣缸推下方式，所以采用一臺(tái)機(jī)器人為兩臺(tái)數(shù)控立車上料和下料。如圖1所示，兩臺(tái)二維機(jī)器人給四臺(tái)立車上料，共用一個(gè)上料倉(cāng)和一個(gè)下料傳送帶，每臺(tái)機(jī)器人各用一個(gè)剎車盤翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，兩個(gè)桁架和兩套控制系統(tǒng)組成。下面對(duì)各個(gè)部分簡(jiǎn)單介紹： 

1、 桁架： 

　　桁架長(zhǎng)度： 10.5米長(zhǎng)，桁架高度： 2.4米。 

2、水平運(yùn)動(dòng)機(jī)械手： 
　　采用德國(guó)Roboworker公司的直線運(yùn)動(dòng)單元RSL200，有效行程：8600mm，最高運(yùn)行速度：2M/S，齒輪齒條傳動(dòng)方式，重復(fù)定位精度：±0.1mm。采用德國(guó)紐卡特公司的緊密行星減速機(jī)和松下伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 

3、上下運(yùn)動(dòng)機(jī)械手： 

　　采用德國(guó)Roboworker公司的直線運(yùn)動(dòng)單元RSL90，有效行程： 1100MM，最高運(yùn)行速度：1M/S，齒輪齒條傳動(dòng)，重復(fù)定位精度：±0.1mm。采用德國(guó)紐卡特公司的緊密行星減速機(jī)和松下伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 

4、機(jī)器人手爪：
　　采用型號(hào)為3PG100型號(hào)的氣動(dòng)手爪，三指各自有效行程10mm,最大夾持力1800N，張開(kāi)和閉合時(shí)間分別是0.07s和0.08s，重復(fù)定位精度0.01mm, 重量1.75KG。圖3是手爪的實(shí)物照片和抓取剎車盤時(shí)的照片。由于手爪帶有鉤緊機(jī)構(gòu)，該手爪實(shí)際上可以抓取住近20公斤中剎車盤。 

5、上料傳送帶 

　　采用滾輪方式傳輸，傳送帶上帶有一個(gè)隔料器和兩個(gè)對(duì)位機(jī)構(gòu)。工作時(shí)人工把剎車盤毛坯料放置到滾輪輸送帶上，通過(guò)計(jì)數(shù)控制方式確保兩臺(tái)機(jī)器人的抓取處都有毛坯可以抓取。其中右邊的機(jī)器人上料抓取處有一個(gè)氣動(dòng)升降隔料器。由于盤類零件的結(jié)構(gòu)，采用類似圖4給出的隔離對(duì)位機(jī)構(gòu)。 
　　隔料對(duì)位器作用是把待加工的毛坯從傳送帶上停止下來(lái)，及通過(guò)氣缸頂緊。這樣就能保證毛坯的中心位置處于手爪的中心。 

6、滾輪下料傳送帶 

　　最后加工完的剎車盤被氣缸頂起及推到滾輪下料傳送帶上。滾道寬度400mm，直接把上面的剎車盤滾運(yùn)到側(cè)面的，為多隊(duì)機(jī)床配置的下料滾輪傳送帶上，再繼續(xù)滾運(yùn)到的下道工序（質(zhì)量等）。 

7、機(jī)床間傳送及翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 
　　當(dāng)?shù)谝慌_(tái)立車完成加工，機(jī)床門開(kāi)了及液壓卡盤松開(kāi)后，氣缸先把剎車盤頂起，然后立即推出到機(jī)床間傳送帶上。該傳送帶把剎車盤滾運(yùn)到圖5中翻轉(zhuǎn)位置。如圖5左圖所示，待檢測(cè)到剎車盤完全進(jìn)入翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)后，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)就翻轉(zhuǎn)。然后被滾運(yùn)到對(duì)位處。兩邊氣缸同時(shí)頂緊，完成對(duì)位。這個(gè)位置就是給第二臺(tái)立車的上料抓取處。 

8、控制系統(tǒng) 

　　采用PLC和觸摸屏作為控制系統(tǒng)及人機(jī)交互界面。沒(méi)有特殊要求，我們采用歐姆龍的PLC。如果需要把觸摸屏的信息傳給上位機(jī)，可以選擇CANbus, RS485, ProfiBus或EtherCAT等。通常選配手脈控制器，便于調(diào)式用。 

9、潤(rùn)滑泵 

　　采用機(jī)床廠最常用的國(guó)產(chǎn)潤(rùn)滑泵，也可以采用進(jìn)口的潤(rùn)滑泵。 

10、選項(xiàng)： 
1）刀具破損檢測(cè) 
　　如果需要，我們可選配刀具破損檢測(cè)機(jī)構(gòu)。其主要原理是測(cè)量幾個(gè)位置的外經(jīng)值，與理論值對(duì)比，根據(jù)直徑變大的差值大小來(lái)判斷刀具是否打了。 
2）排削措施 
　　如需要可以加上對(duì)液壓卡盤和手爪進(jìn)行自動(dòng)吹氣排削，確保手爪和卡盤卡爪上干凈，不影響裝料到位。無(wú)論是臥車，還是立車都應(yīng)考慮采用排削措施。 

一、 工作流程及節(jié)拍分析 
　　正常情況把第一臺(tái)機(jī)床的供料傳送帶上剎車盤隔離對(duì)位處為每次工作的零點(diǎn)，以后叫工作零點(diǎn)。也是X軸和Z軸的回零點(diǎn)位置，下面就以手爪在工作零點(diǎn)來(lái)分析運(yùn)動(dòng)流程及節(jié)拍： 

1、完成一次加工機(jī)床最少用時(shí) 
1）、機(jī)床卡盤張開(kāi)用時(shí)大約4秒。 
2）、把零件放入卡盤及等待卡盤卡緊，用時(shí)大約4秒。 
3）、啟動(dòng)自動(dòng)加工循環(huán)程序，從主軸啟動(dòng)，加工完，到主軸停止，總計(jì)用時(shí)24秒。 
　　根據(jù)上面的加工時(shí)間和上下料時(shí)間，完成一個(gè)工序加工最短用時(shí)為32.0秒。如果一臺(tái)機(jī)器人給兩臺(tái)機(jī)床上料，那么就必須在16秒（=32/2）內(nèi)完成一臺(tái)機(jī)床的上料任務(wù)。 

2、給第一臺(tái)機(jī)床上料 
1）、機(jī)器手Z軸從零點(diǎn)下降去抓取剎車盤，下降高度大約1500mm,用時(shí)1.5秒。 
2）、抓住一個(gè)毛坯盤及把Z軸升高1500mm，用時(shí)2.0秒。 
3）、機(jī)械手水平運(yùn)動(dòng)到機(jī)床卡盤正上方，運(yùn)動(dòng)距離大約1200mm,用時(shí)1.0秒。 
4）、等待車床門打開(kāi)，用時(shí)不定。機(jī)床門打開(kāi)表示卡盤已張卡，其上面的剎車盤被推出機(jī)床外面的進(jìn)床間傳送帶上。 
5）、機(jī)器手Z軸從零點(diǎn)下降到剎車盤放入卡盤內(nèi)，下降高度大約1500mm,用時(shí)1.5秒。 
6）、手爪松開(kāi)把抓住的毛坯盤放置到卡盤內(nèi)，然后Z軸立即升高1500mm，用時(shí)2.0秒。 
7）、機(jī)械手水平運(yùn)動(dòng)到工作零點(diǎn)上方，運(yùn)動(dòng)距離大約1200mm,用時(shí)1.0秒。 
機(jī)器人運(yùn)動(dòng)總體用時(shí)：9.0秒。 
　　其中步驟,5）和6）最關(guān)鍵，總計(jì)用時(shí)為3.5秒。而液壓卡盤的開(kāi)合時(shí)間大約3~4秒。采用同時(shí)進(jìn)行的方式，幾乎沒(méi)有浪費(fèi)時(shí)間。 

3、給第二臺(tái)機(jī)床上料 
1）、機(jī)器手Z軸從零點(diǎn)下降去抓取剎車盤，下降高度大約1500mm,用時(shí)1.5秒。 
2）、抓住一個(gè)毛坯盤及把Z軸升高1500mm，用時(shí)2.0秒。 
3）、機(jī)械手水平運(yùn)動(dòng)到機(jī)床卡盤正上方，運(yùn)動(dòng)距離大約4400mm,用時(shí)4秒。 
4）、等待車床門打開(kāi)，用時(shí)不定。機(jī)床門打開(kāi)表示卡盤已張卡，其上面的剎車盤被推出機(jī)床外面的進(jìn)床間傳送帶上。 
5）、機(jī)器手Z軸從零點(diǎn)下降到剎車盤放入卡盤內(nèi)，下降高度大約1500mm,用時(shí)1.5秒。 
6）、手爪松開(kāi)把抓住的毛坯盤放置到卡盤內(nèi)，然后Z軸立即升高1500mm，用時(shí)2.0秒。 
7）、機(jī)械手水平運(yùn)動(dòng)到工作零點(diǎn)上方，運(yùn)動(dòng)距離大約4400mm,用時(shí)4秒。 

　　機(jī)器人運(yùn)動(dòng)總體用時(shí)：15.0秒。而按前面的分析在16秒完成一臺(tái)機(jī)床的上料任務(wù)就可以。所以節(jié)拍上沒(méi)有問(wèn)題。另外完成第一臺(tái)機(jī)床上料后就可以立即去抓毛坯，然后運(yùn)動(dòng)到第二臺(tái)機(jī)床卡盤上面，這樣就可以節(jié)省時(shí)間。采用機(jī)床間優(yōu)化，不僅可以降低運(yùn)行速度，還可以在平均12~13秒完成一臺(tái)機(jī)床的上料。而選擇的直線運(yùn)動(dòng)單元及驅(qū)動(dòng)電機(jī)等可以是X軸和Z軸運(yùn)行速度更高些，總之留有足夠的余量。 

三、結(jié)論 
　　針對(duì)用戶要求，機(jī)床采用面對(duì)面擺放，大幅縮短了水平軸的運(yùn)動(dòng)距離，保證了機(jī)床的高效節(jié)拍短的要求。而剎車盤的自動(dòng)翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用，高效。在本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)時(shí)，工程師們就以安全，可靠，穩(wěn)定為出發(fā)點(diǎn)，無(wú)論在強(qiáng)度，驅(qū)動(dòng)電機(jī)出力，還是最高運(yùn)送速度等方面都留有很大的余量。確保該機(jī)器人在工作中運(yùn)行平穩(wěn)，可靠。X軸高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，Z軸不會(huì)晃動(dòng)。不僅有立車加工剎車盤的機(jī)器人項(xiàng)目，還為利用臥車，磨床和加工中心（或鉆床）設(shè)計(jì)了加工剎車盤上下料機(jī)器人。加上為曲軸等軸類件開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的上下料機(jī)器人，我們已能為很多種零件，各種機(jī)床設(shè)計(jì)，制造，使用不同結(jié)構(gòu)的上下料類機(jī)器人。