汽車法蘭盤機床自動上下料系統的研發

馮智寧

摘要：目前汽車法蘭盤加工1人看管1臺加工中心，手動裝夾等工作勞動強度大、耗費人力;單件零件加工節拍短，機器人節拍跟不上，難以實施自動化。通過1臺機器人負責3臺加工中心的自動上下料及機床液壓夾具，解決了勞動強度大、耗費人力的問題;采用3上3下的6夾具結構，解決了工件加工節拍時間短、機器人上料節拍長的問題。改進后實現人工輕松放、取料，配合機器人自動上下料，1人能看管3臺加工中心，按兩班工作制，工人由6人減至4人，節約人力成本66%;由于自動上下料對比人工上下料裝夾節約6s，提升生產節拍10%;對比原工藝方案能產生1年約40萬元的經濟效益。

關鍵詞：法蘭盤;自動;上下料;機器人

中圖分類號：TP23 文獻標志碼：A 文章編號：1009—9492f2021）03—0184—02

0引言

隨著汽車行業的蓬勃發展，汽車的配件市場廣闊，專業化、細分化程度越來越高。汽車原廠自動化程度相對較高，目前汽車維修零配件自動化程度不高，制約因素為維修零配件批量小、品種多，且經常要換產。提高換產效率和柔性化生產，是解決這個問題的關鍵所在。針對汽車零件，如法蘭盤，亦是品種多，需要0.5～2天時間換產一次。自動化程度越高，所帶來的裝夾、夾具、設置問題越多，另外也要適應生產節拍問題。

國內目前的法蘭盤零件，車削加工部分工序由于車削單件加工時間較長，上下料機器人能匹配其加工效率，已經能實現機器人上下料操作。本文研發的是鉆孔工序部分的機床自動上下料。由于鉆孔時間快，單工件鉆孔的時間遠小于機器人一次上下料的時間。本文介紹的是一種3上3下6夾具的一次裝夾方法，解決以上問題，另外也解決了鉆孔定向的問題。

1總體結構

1.1總體布局

圖1所示為總體布局，本系統有3臺加工中心，用于鉆孔加工，“品”字型布局。工業機器人放中間，用于搬運零件到3臺加工中心上;上料平臺和下料平臺放在正面左右兩邊，用于機器人取料和放料的過渡平臺。毛坯料框與成品料框放在左右兩側，是毛坯和成品的堆放區;人站在上下料平臺前面放料和取料。上料平臺上方是角度校準工裝，用于鉆孔定向。

1.2關鍵部件結構

1.2.1工業機器人

工業機器人采用六軸關節機器人，負責移動搬運工件，如圖2所示，從上料平臺搬運到機床夾具上，從機床夾具搬到下料平臺上。機器人負載50kg，能實現最大1.96m半徑范圍的搬運，適合加工中心“品”字型擺放，完成對3臺加工中心自動上下料工作。采用標配工業機器人系統，通過10與3臺機床數控系統進行通信連接，實現免除外置中控系統的要求，數據傳輸快速穩定。通過優化路徑軌跡，使搬運時間最小化。

1.2.2上下料平臺

上料平臺負責工件上料時，人工放料區與機器人取料區之間的移動，如圖3所示。下料平臺負責工具下料時，機器人放料區與人工取料區之間的移動。上、下料平臺由平臺支架、平臺板、導軌、氣缸、按鈕組成。氣缸推動平臺前后移動。

1.2.3角度校準工裝

角度校準工裝負責工件機械定位與工件角度定向等功能，如圖4所示。可以通過調整，適合不同大小規格的零件，定位環中三顆長螺釘根據工件大小，調節工件擺放位置。固定板沿著定向圓桿調節定向方桿的高度。定向調節是根據零件凸臺位置來調節方桿前后。這樣便適合多品種零件凸臺位置定向調節。

1.2.4機器人末端夾具

機器人末端夾具負責機器人抓取工件，由6套氣動卡盤組成，可同時抓取6個工件。調整手爪位置或更換手爪可以夾持不同孔徑大小的零件，如圖5所示。

這套夾具包含了氣動夾具，可以進行多種規格手爪的更換，適合不同大小和種類零件的自動上下料;夾具上安裝有吹氣裝置，對工件加工殘留的鐵削吹走，保證工件裝夾的穩定和精度;氣動卡盤安裝有到位傳感檢測系統，能檢測卡爪是否裝夾到位，保證使用安全。

2具體工作流程

設備上電開啟機床和機器人程序;工人從毛坯料框取3個工件毛坯放到上料平臺工裝上;握住工件右旋至工裝限位終止處，完成角度定位;人工按上料平臺上料啟動按鈕，毛坯被推送至機器人取料區;工業機器人開始取毛坯，移動到加工中心門前;加工中心加工完成上一批3個零件加工后，機器人另外3個空手爪先夾取3個成品零件，加工中心再反轉夾具（首次放置毛坯，此步驟不需要）;放置3個工件毛坯到加工中心夾具上;機器人夾具之前夾取的3個成品放置下料平臺，平臺推送到工人取料區;工人把加工好的成品放入成品料框。

機器人依次在3臺加工中心循環上述流程動作。直到按最后一次上料按鈕。放完最后一批料后，不再上料。結束整批零件的加工。

3技術特點

3.1 3上3下成套夾具技術

由于鉆孔工藝中加工節拍較快，單個工件鉆孔時間為20s，機器人搬運一次時間節拍為40 s。如果傳統工藝采用1個夾具裝夾，機器人節拍會跟不上3臺加工中心生產節拍，導致加工中心等待機器人的情況。為了提高加工中心的有效加工時間，提高生產效率，必須減少加工中心等待浪費的時間，這時需要加工中心不停連續加工，機器人稍微等待加工中心為宜。故開發了3上3下的成套夾具，一次換3個料，提高生產效率。

機器人從上料平臺夾取3個相同的毛坯。機器人成套夾具翻轉180°，如圖6所示。無料手爪朝下，靠近已完成加工的加工中心的3個成品上方，夾取成品上來。翻轉成套夾具180°，把開始夾取的毛坯放人加工中心的卡盤上，完成成品和毛坯的換料。機器人把抓取的成品放到下料平臺，如圖7所示。

3.2角度定位技術

因為工件需要鉆孔，工具鉆孔需要在毛坯的凸臺上鉆孔，如圖8所示，故需要毛坯定向加工。采用角度校準工裝，人工上料前把工件角度旋轉到同一角度。人工旋轉工件使凸臺側面靠著方向方桿，如圖4所示。

3.3快速換產調整技術

由于工件品種樣式尺寸多，通常一批零件加工0.5～2天時間需要換產。換產的便利性和快捷性直接影響生產效率。采用夾具可調節式和機器人參數調整式換產，避免了更換夾具和機器人重新示教的時間。通過調整機器人手爪位置、加工中心卡盤卡爪位置、定向方桿和定位環螺絲位置，實現機械定位調整。控制器軟件方面通過設定機器人抓取高度參數適應不同高度的零件，實現快速換產。

4結束語

研究結果說明，采用機器人對3臺加工中心進行上下料，采用6夾具結構的機器人末端夾具形式和可調整的角度定位技術，解決了汽車法蘭盤采用機器人快速定位上下料的生產需求。通過機器人自動上下料和快速換產調整技術，縮短了加工輔助時間，提高了10%的生產效率。為客戶每班節約2個人，按兩班制計算，1年產生效益約40萬元。