一種適應多型號缸體工件搬運的機械夾手設計

王影 王洪遠 趙健

摘? 要：為提高生產效率，降低人工成本，現生產線由人工裝配柴油機缸體升級為由機器人自動化搬運裝配生產線;現設計一種缸體搬運機械手，機械手由氣缸與直線導軌、手指、法蘭相連接，實現一個手指的橫向移動，另一個手指固定不動。夾手兩側有定位頂尖，定位頂尖與缸體曲軸兩端中心孔配合，提高抓取夾持定位精度;改進后機械手不僅能兼容多種型號工件搬運，而且定位精度高，調試方便，且設備成本大大降低。設備性能穩定可靠并已運用到實際生產中。

關鍵詞：柴油機;缸體;機械夾手

中圖分類號：TP23? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 概述

隨著工業技術的發展，自動化技術日趨成熟，人工生產劣勢逐漸凸顯，某公司柴油機裝配生產線原由人工進行換型生產，不但效率低、而且易出錯，為節省人工成本，提高裝配效率，同時使其具有柔性化特點，現在生產線升級為自動化裝配線。在汽車柴油機自動化裝配生產線中，抓取缸體的機械手設計極其重要，機械手設計的優劣不僅直接影響裝配質量及生產效率，同時也影響現場設備調試的難易程度與現場調試人員的調試效率，機械手設計優劣是裝配生產線優劣的重要指標，直接影響整套設備的穩定性與安全性。該文設計一種可靠高效的缸體機械夾爪，此種夾手適合應用在缸體活塞連桿裝配工作站中，配合六軸機器人替代人工進行搬運裝配作業。

1 基礎設計及工作原理

發動機缸體在上一工序已將曲軸和凸輪軸裝配完成，在活塞連桿工作站進行活塞連桿裝配作業。在前一工序的機械夾手是夾持缸體邊緣，利用缸體上的銷孔進行定位，這種夾手結構復雜，調試不方便，并且由于夾持面是缸體的鑄造毛坯面，使夾持不夠穩定。此道工序中的缸體和曲軸已完成裝配，曲軸和缸體間有精確的尺寸特征，此工序的機械夾手可以利用曲軸作為夾持點。

六軸機器人從托盤上抓取缸體放置于裝配工位，托盤與裝配工位均有缸體定位銷，定位精度要求±0.05 mm，所以夾取及放置時需要機械手抓取定位精準，夾持力足夠大，并且能夠兼容多種型號工件。

由于工件有多種型號，每種工件夾持到位后均要反饋信號，需多位置檢測，氣缸本身傳感器已滿足不了要求。現在連接板上安裝歐姆龍接近傳感器即工件到位檢測傳感器，其檢測距離約8 mm，在機械手移動端手指上安裝有感應金屬片，當夾手夾持住工件后，當前工件對應的傳感器感應到金屬片，傳感器檢測到信號后反饋信號給機器人夾緊到位進行下一步動作，傳感器在U型槽中可移動調節，便于現場調試安裝。

每種缸體表面都有相對應的二維碼，機器人在抓取前，讀碼器對工件進行二維碼掃描，機器人切換到相應程序進行抓取。

基于以上夾手所需功能，通過分析比較不同型號工件發現缸體裝配曲軸的中心孔存在共同點，所有曲軸一端屬于A型不帶護錐中心孔，另一端屬于B型帶護錐中心孔類型，均是60°中心孔，這也是曲軸加工所需的工藝結構，利用曲軸這一共同特點可作為機械手的定位和夾持點，設計出滿足多種型號夾持要求的機械手;同時為防止工件在搬運過程中繞曲軸中心旋轉，在夾手上方設有工件防轉壓塊。六軸機器人工作時，機器人先移動機械手使固定端定位頂尖紉進曲軸一端中心孔，氣缸縮回將移動端定位頂尖紉進曲軸另一端中心孔中完成夾持過程。

2 機械手結構設計

機械夾手設計，包括連接板、導軌滑塊、氣缸、浮動接頭、固定端手指與移動端手指，抓取定位頂尖等。機械夾手通過連接板與六軸機器人末端相連;固定端手指與連接板相連;移動端手指與滑塊相連;氣缸底座連接固定端手指，連接處加工出定位凹槽，對氣缸進行機械定位，便于工人裝配同時防止氣缸位置不準確導致后續機械手夾持位置出現偏差;氣缸浮動接頭連接移動手指端，通過氣缸伸縮實現手抓的張開閉合，移動端手指連接滑塊，導軌與連接板相連，連接處有導軌定位凹槽。氣缸選用末端帶鎖緊機構形式，防止現場突然斷電斷氣使氣缸失靈工件掉落，造成調試人員受傷或損壞設備。

為防止抓取時過定位干涉，壓塊與工件上表面需留有1 mm間隙，壓塊采用尼龍材料防止刮傷缸體加工表面;手指采用45#鋼;定位頂尖采用40Cr材料淬火調質處理，表面鍍硬鉻，增加韌性的同時增加耐磨性，防止長期使用變形磨損，定位頂尖通過螺釘與夾手手指連接，連接處有定位凹槽，當長時間使用磨損后可方便更換。夾手連接板上加裝吊環，便于現場施工吊裝。綜合上述信息，最終手抓設計成如圖1所示結構。

3 計算選型

缸體的長度范圍220 mm～235.2 mm，夾手行程需滿足L≥235.2mm-220mm+手指兩端定位頂尖長度=55.2 mm，暫選定氣缸行程80 mm即可滿足要求。工件重量m=120 kg，利用工件形狀抓取物體時氣缸推力計算公式如下。

根據計算結果，選用FESTO氣缸DSBC型號，6bar時氣缸推力F=3016N>2078N，滿足要求。利用形狀抓取物體主要需考慮氣缸導桿所需扭矩，所以在氣缸導桿端連接直線導軌用以承載扭矩。綜合受力計算結果及夾爪整體外觀協調性，現選定氣缸型號DSBC80-80-PPVA，導軌選用上銀品牌型號HGH25HA。

4 結論

該文設計的機器人末端缸體夾持機械手，具有以下優勢。

（1）機械手替代人工進行搬運工作，節省人工成本的同時提高了裝配質量、裝配一致性以及裝配效率，提高產能，保證了生產安全等特點。

（2）與目前已有缸體抓取機械手進行比較，該文設計的機械夾手巧妙地利用曲軸兩端中心孔做夾持及定位基準，整體結構簡單，制造成本大大降低，不僅兼容性好適合多種型號工件夾持搬運，而且一致性好定位精度高。

（3）此種設計形式簡化了電氣人員現場調試步驟，降低調試難度，節省設備調試時間，設備運行穩定可靠，適合在實際生產中進行推廣。

參考文獻

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