自動線抓取不規則工件的機構設計*

武 亮

(江蘇太平洋石英股份有限公司，江蘇 連云港 222300)

0 引 言

在機械零件加工過程中，零件的加工質量與生產效率越來越受到企業的重視。由于加工零件種類繁多復雜，外形也千差萬別，而人工拾取、搬運物品已經越來越跟不上時代步伐，所以推動自動生產線的發展是眾多企業的生存之道，也是迫在眉睫的挑戰。但是自動化生產線要求作業效率高、配置人員少、加工范圍多元化，所以一些形狀有差異的零件會難以適用于同一條自動線生產。筆者以厚度不同的工件為例，通過生產實際中所遇到的自動線抓取困難問題提出涉及方案并得出有效的解決方法。

1 存在的問題

圖1中所示為兩個加工工件疊加放在一起，1為工件1，2為工件2。這兩個工件尺寸均不相同，下面的工件1的尺寸大于工件2，當需要將這兩個工件依次抓取并搬運至作業位置時較難使用自動化工具。由于人工作業效率太低，若使用自動化工具則受到工件1、工件2表面不平整因素制約，而且工件2位于工件1之上，抓取工件2時容易連同工件1一同抬起，造成自動生產線智能抓取推行困難。

圖1 工件圖1.工件1 2.工件2

產生這種現象的主要原因如下。

(1) 工件形狀存在差異性。工件形狀千差萬別，自動化生產線不能僅生產規格統一的產品，為了擴大生產線的產能及適用范圍，降低投入成本，需要設計特殊的抓取工具。

(2) 多個工件疊加在一起時，如果上面的工件尺寸小于下面的工件，當自動抓取上面的工件時就容易抓取到下面的工件，造成生產線不能逐一抓取，給生產線的設計及實施造成困難，這需要設計出特殊的結構以應對自動抓取及搬送。

2 解決方法

為了應對工件形狀的差異性，需要設計新型的抓取裝置以適用于自動化智能制造的發展與推廣(如圖2所示)。

圖2 夾具圖

圖3所示為抓取夾具的詳細圖解說明。1為接近感應開關，當金屬檢測體接近開關的感應區域，開關就能無接觸、迅速發出電氣指令，準確反應出運動機構的位置和行程。

圖3 夾具剖視圖1.接近感應開關 2.開關基座 3.圓形電磁鐵 4.活動軸 5.壓縮彈簧 6.立板 7.橫板

接近感應開關1安裝在開關基座2的一側，其另一側為通孔。當圓形電磁鐵3壓緊至工件表面時，上側壓縮彈簧5壓緊，起到緩沖作用，活動軸4向上運動，活動軸的頭端升高至開關基座2的通孔處，這時接近感應開關1檢測到活動軸4，發出信號至PLC系統，系統做出電磁鐵通電信號，使得圓形電磁鐵3通電，吸附工件后進行隨后自動生產線的相關動作。活動軸4的尺寸以及材質需要有特殊要求，因為接近感應開關1為渦流式接近開關，它是利用導電物體在接近這個能產生電磁場接近開關時，使物體內部產生渦流[1]。這個渦流反作用到接近開關，使開關內部電路參數發生變化，由此識別出有無導電物體移近，進而控制開關的通或斷。由電感線圈和電容及晶體管組成振蕩器，并產生一個交變磁場，當有金屬物體接近這一磁場時就會在金屬物體內產生渦流，從而導致振蕩停止，這種變化被后極放大處理后轉換成晶體管開關信號輸出[2]。因此必須要求被感應的物體為金屬材質，而且要對接近傳感器與活動軸4之間的距離進行調整(如圖4所示)。當抓取夾具升起時，由于工件及圓形電磁鐵有一定的自身重量，下側壓縮彈簧5受力壓縮，起到一定緩沖作用。整個裝置移動到指定位置后通過生產線上其他檢測開關給出信號使得電磁鐵斷電，工件脫離圓形電磁鐵3后脫落。

圖4 感應器性能圖

在實際應用中，自動化生產線需要多組夾具進行組合使用，通過單軸機器人驅動多組組合夾具(如圖5所示)。

圖5 整體效果圖1～4.圓形電磁鐵

組合夾具下降壓到工件表面時，圓形電磁鐵2首先接觸工件1的表面(距離最近)，通過活動軸的運動使得接近感應開關發出信號，圓形電磁鐵2通電后吸附工件1；此時單軸機器人繼續向下運作，圓形電磁鐵3接觸到工件1的表面，同樣原理使得圓形電磁鐵3通電后吸附工件1表面，此時由于工件高度差的原因圓形電磁鐵2、3均通電且活動軸達到最大行程，圓形電磁鐵1、4并沒有得到通電信號(即其活動軸沒有上升到接近感應開關工作的高度)，隨后單軸機器人帶動工件升起，配合自動生產線繼續相關作業[3](如圖6所示)。

圖6 工作效果圖1～4.圓形電磁鐵

通過圖6可以看到，圓形電磁鐵2、3先后通電是因為工件尺寸不同導致，若自動生產線加工的工件都是單件依次加工的，則可以根據工件外形公差設計出合適的抓取夾具。抓取夾具的結構不需要改動，只需要修改活動軸的尺寸即可；若是自動生產線的工件為多個工件疊加，則需要根據加工件的外形尺寸公差與加工件相互之間的高度差異設計出合適的活動軸4即可，同樣不需要做出其他結構改動，抓取夾具可以根據加工工件的外形進行設計，例如加工工件為長方形則夾具可設計為長條形狀；若加工工件為圓形，則夾具設計為圓盤形狀即可。

3 結 語

通過在生產實際中試驗，可以大幅增大自動生產線的適用范圍，解決了因為工件外形差異造成的無法適用于生產線的情況。通過零件的外形尺寸大小來決定抓取夾具的數量及規格(抓取夾具可根據工件形狀設計為直線型或圓環型等)，不僅解決了自動生產線加工外形有差異的工件，而且可以解決多個工件疊加起來抓取的情況，根據實際要求只需要改變活動軸的尺寸即可，其余零件結構無需變更，使用范圍廣，維修更換方便，制造成本低廉，極大提高了自動生產線的生產效率。