一種三維工裝翻轉(zhuǎn)平臺(tái)的研制

劉佰林

（沈陽新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司，遼寧 沈陽 110168）

引言

三維工裝平臺(tái)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化、高柔性、精度高、可反復(fù)使用的設(shè)備,智能工廠的工作人員可根據(jù)生產(chǎn)要求拼接出不同方案要求的工裝夾具，可以適用在軌道車輛、工程機(jī)械、新能源汽車、集裝箱、航空等行業(yè)。然而種類繁多的工件的拼接角度是千變?nèi)f化的，需要在輔助工裝上繼續(xù)投入各種資源，目前這種三維工裝平臺(tái)就很難快速適應(yīng)工件對(duì)不同拼焊角度的需求，因而研發(fā)一種能快速實(shí)現(xiàn)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)角度的三維工裝翻轉(zhuǎn)平臺(tái)就勢(shì)在必行。

1 設(shè)備的工作原理

該設(shè)備主要通過兩種三維工裝平臺(tái)作為工裝夾具的本體，其中一種三維工裝平臺(tái)是固定的，另一種工裝平臺(tái)可以正反向翻轉(zhuǎn)角度來實(shí)現(xiàn)兩種三維工裝平臺(tái)相對(duì)角度的變化。

2 設(shè)備的機(jī)構(gòu)組成

三維工裝翻轉(zhuǎn)平臺(tái)（如圖1所示）主要由三維柔性焊接工裝平臺(tái)（固定）、三維柔性焊接工裝平臺(tái)（翻轉(zhuǎn)）、支撐柱、鉸接座、小齒輪、大齒圈、電機(jī)減速機(jī)、十字萬向軸、翻轉(zhuǎn)架、安裝框架、工作行程限位安全開關(guān)等組成；三維工裝平臺(tái)（固定）安裝在多個(gè)支撐柱上，固定基礎(chǔ)地基上固定不動(dòng)，具有翻轉(zhuǎn)功能的三維工裝平臺(tái)安裝在翻轉(zhuǎn)架上，翻轉(zhuǎn)架與多個(gè)鉸接座使用銷軸鉸接的方式進(jìn)行連接，鉸接座、小齒輪、電機(jī)減速機(jī)、十字萬向軸安裝固定在基礎(chǔ)地基的安裝框架上。該設(shè)備使用高精度的伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為平臺(tái)旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力源，伺服電機(jī)連接在驅(qū)動(dòng)減速機(jī)、驅(qū)動(dòng)減速機(jī)、十字萬向軸、小齒輪、大齒圈、翻轉(zhuǎn)架、三維柔性工裝平臺(tái)（翻轉(zhuǎn)）進(jìn)行正反方向的翻轉(zhuǎn)，這樣就實(shí)現(xiàn)了固定的三維工裝平臺(tái)和能翻轉(zhuǎn)三維工裝平臺(tái)形成相對(duì)不同的需求的角度，然后在已經(jīng)形成要求角度的三維柔性焊接工裝平臺(tái)上安裝各種柔性工裝夾具，拼接成需要的工裝。

圖1 三維工裝翻轉(zhuǎn)平臺(tái)

2.1 三維工裝平臺(tái)夾具系統(tǒng)介紹

該夾具系統(tǒng)由帶有眾多規(guī)格相同孔的平臺(tái)和具有多樣功能的模塊組成，孔徑一般為直徑28 mm和直徑16 mm兩種規(guī)格。

三維平臺(tái)的表面使用孔陣列，該三維平臺(tái)的外形尺寸從長(zhǎng)度0.5 m、寬度1 m到長(zhǎng)度2 m、寬度4 m，在三維平臺(tái)除了底部的其他表面上，每100 mm穿一個(gè)28 mm（直徑28 mm的系列）的圓形孔，或每50 mm穿一次16 mm（直徑16 mm的系列）的圓形孔，尺寸線按照橫平豎直陣列的方式布局，這些定位銷孔是用來穿標(biāo)準(zhǔn)的定位銷使用的，各種形狀、功能各異的標(biāo)準(zhǔn)夾具使用定位銷軸固定在三維平臺(tái)上。

標(biāo)準(zhǔn)夾具表面上的孔有直徑28 mm和直徑16 mm兩種規(guī)格。標(biāo)準(zhǔn)夾具包括各種高度規(guī)格的直角定位塊、各種高度規(guī)格的立柱、V形塊、快鎖定位銷以及各種快速夾具和其他模塊等。標(biāo)準(zhǔn)夾具上還配以直徑28 mm和直徑16 mm的高精度定位光孔和U形孔，可以在三維平臺(tái)的任意一個(gè)位置使用快鎖定位銷安裝，標(biāo)準(zhǔn)夾具的外形和機(jī)構(gòu)是標(biāo)準(zhǔn)化的，構(gòu)思非常巧妙。

快鎖定位銷的材質(zhì)使用高強(qiáng)度碳鋼制造，硬度極高，其內(nèi)部構(gòu)造是使用高強(qiáng)度圓形鋼珠與三維平臺(tái)固定，將標(biāo)準(zhǔn)夾具穿銷固定后，旋轉(zhuǎn)手柄鋼珠就會(huì)從銷軸的內(nèi)部向外漲緊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用性能強(qiáng)，不容易損壞，性能穩(wěn)定，操作人員只要使用一只手就可以擰緊快鎖定位銷；各種高度規(guī)格的直角定位塊可用于需要直角定位的場(chǎng)景，例如，需要拼接成直角的兩個(gè)板材零件，就可以使用直角定位塊來定位，寬度為28 mm或16 mm的U形長(zhǎng)槽口會(huì)配置在長(zhǎng)度比較長(zhǎng)的直角定位塊上，可以通過U形的槽口的特點(diǎn)，進(jìn)行各種方向的拉伸來改變位置，調(diào)整好位置后，操作人員可以旋轉(zhuǎn)快鎖定位銷鎖緊定位塊；懸臂類型的標(biāo)準(zhǔn)壓頭的夾緊方向有各種夾緊角度的。按照操作手柄的種類，有旋轉(zhuǎn)螺紋夾緊的，快速夾鉗夾緊的，還有外六方擰緊樣式的。V形塊樣式的標(biāo)準(zhǔn)夾具是用來定位工件有孔位精度要求的場(chǎng)景的，將V形塊固定在工裝平臺(tái)上，穿銷軸固定帶孔的工件，再將銷軸用快速夾鉗夾緊，這樣就拼接出高精度的孔類工件。調(diào)高件夾具是用來調(diào)整支撐高度不同的場(chǎng)景的，零件拼接有高度差的時(shí)候，就可以旋轉(zhuǎn)調(diào)高件來調(diào)整出不同的高度需求，然后再用快速夾緊夾具夾緊固定。這樣的功能性標(biāo)準(zhǔn)夾具還有很多種。

2.2 三維工裝平臺(tái)（固定）結(jié)構(gòu)介紹

三維工裝平臺(tái)固定結(jié)構(gòu)（見圖2）采用螺栓和快鎖定位銷固定方式安裝在支撐柱上，支撐柱固定在土建基礎(chǔ)和安裝框架上面固定不動(dòng)，立柱具有可調(diào)整高低功能，調(diào)整各個(gè)立柱的調(diào)整螺栓，使工裝平臺(tái)的工作面處于水平狀態(tài)，調(diào)整水平后，采用焊接的方式固定在基礎(chǔ)上的預(yù)埋鋼板上；平臺(tái)側(cè)邊在鑄造的時(shí)候，將工藝缺口提前鑄造成型，防止大齒圈回轉(zhuǎn)過程中與工裝平臺(tái)干涉，起到避讓的作用。

圖2 三維工裝平臺(tái)（固定）結(jié)構(gòu)

工裝平臺(tái)側(cè)面均留有連接快鎖定位銷的孔，當(dāng)需要拓展成多個(gè)平臺(tái)的時(shí)候，多個(gè)平臺(tái)之間可以穿平臺(tái)專用的快鎖定位銷穿銷固定連接，這樣就可以使平臺(tái)之間緊密貼合，連接非常牢固。

2.3 翻轉(zhuǎn)架結(jié)構(gòu)介紹

翻轉(zhuǎn)架（結(jié)構(gòu)見圖3）的材質(zhì)采用高強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)型鋼，使用焊接的方式拼接成翻轉(zhuǎn)架；大齒圈安裝在齒圈安裝架上，齒圈安裝架使用螺栓固定在翻轉(zhuǎn)架上，具有翻轉(zhuǎn)功能的三維工裝平臺(tái)安裝在翻轉(zhuǎn)架上，三維工裝平臺(tái)和翻轉(zhuǎn)架使用快鎖定位銷定位，采用高強(qiáng)度螺栓鎖緊，這樣保證了翻轉(zhuǎn)架的鉸接孔與大齒圈的回轉(zhuǎn)中心同軸的精度，翻轉(zhuǎn)架的鉸接孔安裝在鉸接座上的銷軸上，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速機(jī)，減速機(jī)帶動(dòng)十字萬向軸，十字萬向軸帶動(dòng)小齒輪、小齒輪咬合大齒圈進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)進(jìn)行正反方向的旋轉(zhuǎn)功能。

圖3 翻轉(zhuǎn)架結(jié)構(gòu)

2.4 鉸接座結(jié)構(gòu)介紹

鉸接座（結(jié)構(gòu)見圖4）的材質(zhì)采用高強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)型鋼，使用焊接的方式拼接成翻轉(zhuǎn)架；鉸接座安裝在安裝框架的上面，翻轉(zhuǎn)架用銷軸安裝在鉸接座上，翻轉(zhuǎn)架繞著旋轉(zhuǎn)軸正方向旋轉(zhuǎn)，鉸接座上安裝了防護(hù)罩，大齒圈防護(hù)罩可以罩住大齒圈，這樣就起到安全防護(hù)的作用。

圖4 鉸接座結(jié)構(gòu)

2.5 驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)介紹

驅(qū)動(dòng)設(shè)備（結(jié)構(gòu)見下頁圖5）由伺服電機(jī)、減速機(jī)、十字萬向軸、小齒輪等組成；驅(qū)動(dòng)設(shè)備安裝在各自的安裝座上，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速機(jī)、十字萬向軸、小齒輪、大齒圈進(jìn)行正反方向旋轉(zhuǎn)，這樣就改變了固定平臺(tái)與翻轉(zhuǎn)平臺(tái)之間的角度。

圖5 驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)

2.6 安全功能介紹

安全配置由行程開關(guān)、限位塊、防護(hù)罩等組成，平臺(tái)在旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，超過設(shè)定行程，出現(xiàn)意外不停止的情況下，限位塊會(huì)觸碰到行程開關(guān)，行程開關(guān)閉合，觸發(fā)信號(hào)，信號(hào)傳送給上位機(jī)PLC，控制系統(tǒng)會(huì)強(qiáng)制伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)斷電，伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用掉電抱閘的類型，伺服電機(jī)斷電后，抱閘會(huì)自動(dòng)對(duì)電機(jī)進(jìn)行抱閘，這樣就保證了平臺(tái)不會(huì)自動(dòng)下落，保證了人員以及設(shè)備的安全。

防護(hù)罩設(shè)計(jì)成半圓形狀，平臺(tái)和平臺(tái)之間的間隙用防護(hù)罩遮擋，平臺(tái)旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，防護(hù)罩圓弧面始終與固定平臺(tái)的側(cè)面相互貼合，這樣就保證了平臺(tái)與平臺(tái)之間是沒有間隙的，人工在平臺(tái)上面工作的時(shí)候，就不會(huì)掉落進(jìn)縫隙之中，保護(hù)了操作人員的安全[1-3]。

3 結(jié)語

通過上述介紹可以看出，該三維工裝翻轉(zhuǎn)平臺(tái)可以自動(dòng)調(diào)整平臺(tái)工件的拼接角度，角度可以在上位機(jī)操作屏幕上進(jìn)行人工設(shè)定，根據(jù)生產(chǎn)需求，操作員可以調(diào)用不同的平臺(tái)角度參數(shù)，可以一鍵切換平臺(tái)的狀態(tài)，自動(dòng)化水平非常高，根據(jù)不同工件的拼接角度需求可以立即調(diào)用相對(duì)應(yīng)的角度參數(shù)數(shù)值，進(jìn)而提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了額外的輔助工裝的投入費(fèi)用，這樣可以給企業(yè)提供更高的價(jià)值，在三維工裝領(lǐng)域里開辟了一條新的工藝裝備路線。