用直角坐標機器人上下料剎車盤

　　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。為了進一步縮短上下料時間，全自動化機床上下料機器人在國內(nèi)外各種機加行業(yè)中被越來越廣泛地應(yīng)用。利用輸送設(shè)備和機器手把多臺機床設(shè)備連成一個全自動或半自動加工線。下料采用氣缸先頂起剎車盤，然后另外一氣缸再向側(cè)面把剎車盤推出機床外的方式。這樣下料時間就縮短到2~3秒，大幅降低了上下料時間。節(jié)拍高了，效率高了，操作者的勞動強度大幅提高。為此蘭生機床上下料集成合作商沈陽萊茵機電開發(fā)了兩種專為立式數(shù)控車自動上下料機器人，不僅可靠，實用，而且具有很高的性價比。下面就介紹其中的雙Z軸上下料機器人。

一、 機器人的總體方案 
　　由于剎車盤種類很多，下面介紹的機器人就是針對大約10公斤的剎車盤的自動上下料。由于每道車加工工序大約24秒，下料采用氣缸推下方式，所以采用一臺機器人為兩臺數(shù)控立車上料和下料。如圖1所示，兩臺二維機器人給四臺立車上料，共用一個上料倉和一個下料傳送帶，每臺機器人各用一個剎車盤翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，兩個桁架和兩套控制系統(tǒng)組成。下面對各個部分簡單介紹： 

1、 桁架： 

　　桁架長度： 10.5米長，桁架高度： 2.4米。 

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

3、上下運動機械手： 

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

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

5、上料傳送帶 

　　采用滾輪方式傳輸，傳送帶上帶有一個隔料器和兩個對位機構(gòu)。工作時人工把剎車盤毛坯料放置到滾輪輸送帶上，通過計數(shù)控制方式確保兩臺機器人的抓取處都有毛坯可以抓取。其中右邊的機器人上料抓取處有一個氣動升降隔料器。由于盤類零件的結(jié)構(gòu)，采用類似圖4給出的隔離對位機構(gòu)。 
　　隔料對位器作用是把待加工的毛坯從傳送帶上停止下來，及通過氣缸頂緊。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到側(cè)面的，為多隊機床配置的下料滾輪傳送帶上，再繼續(xù)滾運到的下道工序（質(zhì)量等）。 

7、機床間傳送及翻轉(zhuǎn)機構(gòu) 
　　當?shù)谝慌_立車完成加工，機床門開了及液壓卡盤松開后，氣缸先把剎車盤頂起，然后立即推出到機床間傳送帶上。該傳送帶把剎車盤滾運到圖5中翻轉(zhuǎn)位置。如圖5左圖所示，待檢測到剎車盤完全進入翻轉(zhuǎn)機構(gòu)后，翻轉(zhuǎn)機構(gòu)就翻轉(zhuǎn)。然后被滾運到對位處。兩邊氣缸同時頂緊，完成對位。這個位置就是給第二臺立車的上料抓取處。 

8、控制系統(tǒng) 

　　采用PLC和觸摸屏作為控制系統(tǒng)及人機交互界面。沒有特殊要求，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，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、潤滑泵 

　　采用機床廠最常用的國產(chǎn)潤滑泵，也可以采用進口的潤滑泵。 

10、選項： 
1）刀具破損檢測 
　　如果需要，我們可選配刀具破損檢測機構(gòu)。其主要原理是測量幾個位置的外經(jīng)值，與理論值對比，根據(jù)直徑變大的差值大小來判斷刀具是否打了。 
2）排削措施 
　　如需要可以加上對液壓卡盤和手爪進行自動吹氣排削，確保手爪和卡盤卡爪上干凈，不影響裝料到位。無論是臥車，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 
　　正常情況把第一臺機床的供料傳送帶上剎車盤隔離對位處為每次工作的零點，以后叫工作零點。也是X軸和Z軸的回零點位置，下面就以手爪在工作零點來分析運動流程及節(jié)拍： 

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

2、給第一臺機床上料 
1）、機器手Z軸從零點下降去抓取剎車盤，下降高度大約1500mm,用時1.5秒。 
2）、抓住一個毛坯盤及把Z軸升高1500mm，用時2.0秒。 
3）、機械手水平運動到機床卡盤正上方，運動距離大約1200mm,用時1.0秒。 
4）、等待車床門打開，用時不定。機床門打開表示卡盤已張卡，其上面的剎車盤被推出機床外面的進床間傳送帶上。 
5）、機器手Z軸從零點下降到剎車盤放入卡盤內(nèi)，下降高度大約1500mm,用時1.5秒。 
6）、手爪松開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2.0秒。 
7）、機械手水平運動到工作零點上方，運動距離大約1200mm,用時1.0秒。 
機器人運動總體用時：9.0秒。 
　　其中步驟,5）和6）最關(guān)鍵，總計用時為3.5秒。而液壓卡盤的開合時間大約3~4秒。采用同時進行的方式，幾乎沒有浪費時間。 

3、給第二臺機床上料 
1）、機器手Z軸從零點下降去抓取剎車盤，下降高度大約1500mm,用時1.5秒。 
2）、抓住一個毛坯盤及把Z軸升高1500mm，用時2.0秒。 
3）、機械手水平運動到機床卡盤正上方，運動距離大約4400mm,用時4秒。 
4）、等待車床門打開，用時不定。機床門打開表示卡盤已張卡，其上面的剎車盤被推出機床外面的進床間傳送帶上。 
5）、機器手Z軸從零點下降到剎車盤放入卡盤內(nèi)，下降高度大約1500mm,用時1.5秒。 
6）、手爪松開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2.0秒。 
7）、機械手水平運動到工作零點上方，運動距離大約4400mm,用時4秒。 

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

三、結(jié)論 
　　針對用戶要求，機床采用面對面擺放，大幅縮短了水平軸的運動距離，保證了機床的高效節(jié)拍短的要求。而剎車盤的自動翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)簡單，實用，高效。在本項目的設(shè)計時，工程師們就以安全，可靠，穩(wěn)定為出發(fā)點，無論在強度，驅(qū)動電機出力，還是最高運送速度等方面都留有很大的余量。確保該機器人在工作中運行平穩(wěn)，可靠。X軸高速運動時，Z軸不會晃動。不僅有立車加工剎車盤的機器人項目，還為利用臥車，磨床和加工中心（或鉆床）設(shè)計了加工剎車盤上下料機器人。加上為曲軸等軸類件開發(fā)生產(chǎn)的上下料機器人，我們已能為很多種零件，各種機床設(shè)計，制造，使用不同結(jié)構(gòu)的上下料類機器人。