桁架機(jī)器人在刮板上料中的應(yīng)用

謝森琪,侯 孟

(寧夏天地奔牛實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，寧夏 石嘴山 750001)

0 引言

刮板是刮板輸送機(jī)的重要零件，刮板斧頭淬火是刮板熱處理過(guò)程中的重要工序。刮板輸送機(jī)型號(hào)較多，相對(duì)應(yīng)的刮板型號(hào)也較多。刮板淬火來(lái)料根據(jù)各型號(hào)刮板外形特征有不同的碼放方式。刮板上料過(guò)程即人工徒手或操作協(xié)作臂進(jìn)行刮板搬運(yùn)、上料，勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全性能低。為減輕刮板淬火過(guò)程中的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)線自動(dòng)化程度，采用桁架機(jī)器人為刮板自動(dòng)上料設(shè)備主體，配合非標(biāo)夾具來(lái)完成刮板自動(dòng)上料。

1 刮板上料現(xiàn)狀

刮板作為刮板輸送機(jī)的主要零件，型號(hào)多，質(zhì)量重，某公司現(xiàn)主要生產(chǎn)刮板型號(hào)有6種～8種，刮板質(zhì)量從60 kg到160 kg不等，部分不常用型號(hào)刮板質(zhì)量可達(dá)200 kg，長(zhǎng)度1.6 m以上。

淬火爐結(jié)構(gòu)主要包含鏈板輸送線、刮板淬火機(jī)構(gòu)兩大部分。生產(chǎn)過(guò)程中，人工通過(guò)助力臂以及鏈條等簡(jiǎn)單工具將單個(gè)刮板搬運(yùn)至淬火爐進(jìn)料端鏈板輸送線，人工對(duì)刮板擺正進(jìn)行定位，然后刮板經(jīng)鏈板輸送線輸送至淬火爐內(nèi)部進(jìn)行淬火。

為減輕刮板淬火過(guò)程中的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)線自動(dòng)化程度，采用桁架機(jī)器人為刮板自動(dòng)上料設(shè)備主體，配合刮板夾具以完成刮板自動(dòng)上料。

2 刮板上料機(jī)器人結(jié)構(gòu)

2.1 刮板上料機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

刮板上料機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 刮板上料機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖

刮板上料機(jī)器人整體為龍門(mén)式結(jié)構(gòu)，主要由立柱、移載機(jī)構(gòu)和夾具3部分構(gòu)成。龍門(mén)式結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、行程跨度大、機(jī)構(gòu)負(fù)載大，可適用于刮板的上下料搬運(yùn)。

刮板上料機(jī)器人結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：

(1)立柱采用冷彎型鋼管，具有抗扭性能好、抗彎強(qiáng)度較大、抗震性能好等特點(diǎn)。同時(shí)底部安裝座增大與地基接觸面積，增加了設(shè)備的穩(wěn)固性。立柱通過(guò)化學(xué)錨栓與地基固定。

(2)移載機(jī)構(gòu)是由4個(gè)單軸移載模組組成的XYZ三坐標(biāo)移載機(jī)構(gòu)。包含X軸移載模組2個(gè)，Y軸、Z軸移載模組各1個(gè)。

(3)移載模組以鋁合金型材為主體。鋁合金型材具有密度小、選材容易、型號(hào)規(guī)格較多等特點(diǎn)，可以大幅降低模組重量，使設(shè)備整體機(jī)械性能得到提高。同時(shí)鋁合金型材有預(yù)留T型槽、導(dǎo)軌安裝臺(tái)階等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，便于電氣附件、導(dǎo)軌、T形螺母等零件的安裝、固定。

(4)移載模組以齒輪齒條結(jié)構(gòu)為傳動(dòng)方式。齒輪傳動(dòng)定位準(zhǔn)確，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，壽命長(zhǎng)。同時(shí)齒輪齒條結(jié)構(gòu)具有高精度、大載荷的特點(diǎn)，在高負(fù)載運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，速度可大于2 m/s，精度可達(dá)0.1 mm。

(5)移載模組以直線導(dǎo)軌滑塊為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。導(dǎo)軌滑塊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、維護(hù)方便、成本較低，同時(shí)滑軌端面、側(cè)面均可承受較大負(fù)載，可適用于灰塵、油污等惡劣環(huán)境，整體性能較好。

2.2 刮板夾具結(jié)構(gòu)

根據(jù)刮板碼放方式及刮板外形特點(diǎn)，設(shè)計(jì)的刮板夾具如圖2所示。

圖2 刮板夾具結(jié)構(gòu)示意圖

刮板夾具由框架、伸縮機(jī)構(gòu)、防護(hù)機(jī)構(gòu)和夾爪4部分構(gòu)成。框架采用鋁型材為結(jié)構(gòu)主體，使用型材專用連接螺栓，框架結(jié)構(gòu)整體牢固、整潔，同時(shí)安裝、調(diào)試方便。伸縮機(jī)構(gòu)以步進(jìn)電機(jī)為動(dòng)力，通過(guò)左旋、右旋滾珠絲杠機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)兩側(cè)夾爪的同步伸縮，以滿足不同型號(hào)刮板的尺寸需求。防護(hù)機(jī)構(gòu)在夾具抓取刮板后閉合，防止刮板在移載過(guò)程中脫落。夾爪采用兩側(cè)對(duì)稱式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合刮板抓取需求。

3 使用效果

桁架機(jī)器人的使用，實(shí)現(xiàn)了刮板自動(dòng)化夾取、搬運(yùn)、上料等工作，取得了良好的使用效果，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)減輕了操作者勞動(dòng)強(qiáng)度。桁架機(jī)器人取代了刮板上料過(guò)程中原有的裝夾、搬運(yùn)、定位等工作，使操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度大幅減少。

(2)提高了生產(chǎn)安全性。桁架機(jī)器人采用固定夾具夾取刮板，并且在移載過(guò)程中有刮板防脫落防護(hù)機(jī)構(gòu)，與原有的人工通過(guò)鏈條、定位銷(xiāo)等機(jī)構(gòu)搬運(yùn)方式相比，可有效減少搬運(yùn)過(guò)程中意外的發(fā)生。

(3)提高了產(chǎn)品加工質(zhì)量。人工操作過(guò)程中，刮板放置到鏈板輸送線上之后需要重新擺正定位，而桁架機(jī)器人采用專用夾具夾取刮板，同時(shí)上料點(diǎn)固定，無(wú)需二次定位，減少了因人工定位造成的刮板位置不準(zhǔn)確引起的刮板兩側(cè)斧頭與淬火線圈干涉、兩側(cè)斧頭淬火不均勻等問(wèn)題，提高了刮板淬火質(zhì)量。

(4)提高了產(chǎn)線整體自動(dòng)化程度。原人工上料因時(shí)間、工作流程不定，造成淬火爐自動(dòng)程序無(wú)法正常運(yùn)行，需淬火設(shè)備單步運(yùn)行，對(duì)刮板定位后再人工操作淬火爐進(jìn)行下一步工序。現(xiàn)上料機(jī)器人與淬火爐信號(hào)對(duì)接，可實(shí)現(xiàn)上料機(jī)器人與淬火爐的自動(dòng)不間斷生產(chǎn)。

根據(jù)長(zhǎng)時(shí)間的設(shè)備運(yùn)行，也發(fā)現(xiàn)了桁架機(jī)器人的部分不足：

(1)桁架機(jī)器人設(shè)備整體占地面積大，較為緊湊的應(yīng)用場(chǎng)地?zé)o法適用。

(2)龍門(mén)式桁架機(jī)器人因結(jié)構(gòu)特點(diǎn)會(huì)有兩根平行的軸，在安裝及調(diào)試過(guò)程中，設(shè)備會(huì)出現(xiàn)兩側(cè)傳動(dòng)不平衡問(wèn)題。如采用兩側(cè)同步驅(qū)動(dòng)方式，在安裝調(diào)試過(guò)程中結(jié)構(gòu)精度和安裝難度會(huì)大大提高。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著工業(yè)自動(dòng)化、智能化發(fā)展需求，工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)、搬運(yùn)等場(chǎng)所會(huì)有越來(lái)越大的應(yīng)用需求。隨著桁架機(jī)器人在刮板上料過(guò)程中的投入使用，提高了刮板淬火生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)桁架機(jī)器人與淬火爐之間信息的交互，使整個(gè)淬火生產(chǎn)流程更加順暢，生產(chǎn)自動(dòng)化程度得到了提高。

根據(jù)刮板外形及碼垛特征研制的刮板夾具，可適用于各種刮板的夾取工作。后期配合智能相機(jī)視覺(jué)識(shí)別技術(shù)，可適用于更復(fù)雜的刮板來(lái)料工況，以實(shí)現(xiàn)圖像處理、自動(dòng)尋位、在線監(jiān)測(cè)等智能化技術(shù)的應(yīng)用，將桁架機(jī)器人更有效地應(yīng)用于其他工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。