沈陽(yáng)機(jī)床股份有限公司 沈陽(yáng) 110142

1 應(yīng)用背景

目前，首飾加工行業(yè)多以手工加工為主,產(chǎn)品一致性差。隨著人工成本的增加,首飾行業(yè)也在尋求自動(dòng)化的普及之路。首飾行業(yè)自動(dòng)加工單元必須具有高度柔性,以適應(yīng)小批量、多品種、換產(chǎn)頻繁的特點(diǎn)。

現(xiàn)有首飾以戒指、手鐲、吊墜、項(xiàng)鏈等為主,筆者以條戒為例,介紹自動(dòng)化加工單元在首飾行業(yè)中的應(yīng)用。條戒為戒指的一類,多鑲嵌寶石。條戒加工工序以銑削為主,其外形如圖1所示。

▲圖1 條戒外形

2 產(chǎn)品信息

條戒直徑尺寸，即戒指圈口不一樣[1],且貴金屬材料質(zhì)地較軟,造成機(jī)械手抓手不能直接抓取[2-3],因此需要將條戒固定于隨行夾具上，如圖2所示。每件隨行夾具具有獨(dú)立對(duì)應(yīng)的二維碼。

▲圖2 隨行夾具

3 加工方案

3.1 節(jié)拍及產(chǎn)能計(jì)算

根據(jù)條戒工序計(jì)算加工時(shí)間,以及機(jī)械手上下料、零件和夾具上金屑清理的時(shí)間,估算加工節(jié)拍。

根據(jù)用戶車間環(huán)境、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、人員專業(yè)素養(yǎng)、毛坯狀態(tài)、刀具磨損等各種生產(chǎn)要素的實(shí)際情況,估算產(chǎn)能[4]。工作時(shí)間計(jì)算方法為:全天的實(shí)際工作時(shí)間=全天工作時(shí)間×設(shè)備開動(dòng)率85%×其它因素效率90%，實(shí)際工作時(shí)間即為全天工作時(shí)間的76.5%。

3.2 自動(dòng)化加工單元布局

根據(jù)節(jié)拍及產(chǎn)能要求,布置機(jī)床數(shù)量。根據(jù)廠房空間尺寸,在保證設(shè)備安裝與運(yùn)行空間的前提下,選擇自動(dòng)化加工單元布局形式[5]。

4 自動(dòng)化加工單元結(jié)構(gòu)

自動(dòng)化加工單元由三臺(tái)VMC0322u立式五軸雕銑中心和一臺(tái)帶第七軸(地軌)的關(guān)節(jié)機(jī)器人組成。在自動(dòng)化加工單元中,配置一套多功能輸送料道、一套立體式料庫(kù)、一套工件角向定位模塊、一套包含總控操作站及分屏顯示器的總控系統(tǒng)、一套外圍防護(hù),用于完成條戒的自動(dòng)化加工。

自動(dòng)化加工單元結(jié)構(gòu)如圖3所示。

▲圖3 自動(dòng)化加工單元結(jié)構(gòu)

5 工作流程

自動(dòng)化加工單元的工作流程如下：人工將條戒裝至對(duì)應(yīng)隨行夾具上,每個(gè)隨行夾具上有單獨(dú)的二維碼,通過(guò)讀碼器將信息錄入總控系統(tǒng)；毛坯和加工程序?qū)?yīng)后,通過(guò)關(guān)節(jié)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)上下料，完成產(chǎn)品加工。

自動(dòng)化加工單元工作流程如圖4所示。

6 主要模塊

6.1 關(guān)節(jié)機(jī)器人

選用ABB 工業(yè)機(jī)器人,控制軸數(shù)為六軸,最大水平工作半徑為900 mm,最大夾持質(zhì)量為5 kg。關(guān)節(jié)機(jī)器人如圖5所示,適合應(yīng)用于小型零件的自動(dòng)上下料。根據(jù)車間空間尺寸,采用地軌式布局[6],關(guān)節(jié)機(jī)器人安裝在地軌上行走,如圖6所示。

▲圖4 自動(dòng)化加工單元工作流程▲圖5 關(guān)節(jié)機(jī)器人▲圖6 關(guān)節(jié)機(jī)器人在地軌上行走

6.2 多功能輸送料道

將隨行夾具鎖緊/松開工位、工件信息寫入工位及托盤多功能輸送料道集成在一起,操作人員手持氣動(dòng)螺絲刀進(jìn)行隨行夾具的鎖緊/松開工作及工件的信息寫入工作。托盤滿料后,按控制按鈕,托盤即會(huì)進(jìn)行輸送動(dòng)作,操作人員無(wú)需搬運(yùn)托盤,自動(dòng)化程度較高。多功能輸送料道如圖7所示。

6.2.1 隨行夾具鎖緊/松開工位

將設(shè)定好的力矩值輸入至氣動(dòng)螺絲刀內(nèi),隨后即可流水式鎖緊或松開隨行夾具。因?yàn)樗砷_隨行夾具的力矩要大于鎖緊隨行夾具的力矩,所以為便于操作,設(shè)置鎖緊、松開兩套氣動(dòng)螺絲刀。氣動(dòng)螺絲刀配有可伸縮式螺旋管,便于操作者操作。

▲圖7 多功能輸送料道

6.2.2 工件信息寫入工位

多功能輸送料道上配有工件信息寫入工位,隨行夾具柄端有二維碼區(qū)域,每個(gè)隨行夾具具有唯一的二維碼。通過(guò)人工將鎖緊的隨行夾具放置在讀碼器的工作區(qū)域內(nèi),進(jìn)行工件信息寫入。寫入成功后,待顯示器顯示,再將隨行夾具放在托盤中。

6.2.3 多功能輸送料道與立體式料庫(kù)連接

托盤滿料后,操作者按下送料按鈕,托盤輸送至立體式料庫(kù)插取機(jī)插取工位,由插取機(jī)插取至立體式料庫(kù)中。

6.3 立體式料庫(kù)

立體式料庫(kù)如圖8所示。立體式料庫(kù)在多功能輸送料道一側(cè)設(shè)置插取機(jī),另一側(cè)由關(guān)節(jié)機(jī)器人拉取托盤,并配升降機(jī)將工件托盤停放在指定位置,再進(jìn)行工件抓取動(dòng)作。

▲圖8 立體式料庫(kù)

6.4 抓手模塊及主機(jī)上料姿態(tài)

如圖9所示，抓手模塊由雙氣爪組成,氣爪為三爪結(jié)構(gòu)。抓手模塊可同步完成工件的上料和下料,保證上下料效率最高[7-9]，最大夾持工件質(zhì)量為1 kg，要求氣源壓力為0.5 MPa以上。主機(jī)上料采用氣動(dòng)夾具,完成自動(dòng)松夾。上料氣動(dòng)夾具如圖10所示。

6.5 角向定位模塊

不規(guī)則的條戒在機(jī)加工前需要進(jìn)行角向定位,定位之前由讀碼器讀取工件信息?？偪叵到y(tǒng)讀取工件信息后,調(diào)出對(duì)應(yīng)工件的標(biāo)準(zhǔn)照片。利用視覺(jué)拍照功能拍照,之后與標(biāo)準(zhǔn)照片對(duì)比,計(jì)算出角度值。由轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)至正確的角度,并由關(guān)節(jié)機(jī)器人抓取放至主機(jī)內(nèi)進(jìn)行加工[10]。角向定位模塊如圖11所示。

▲圖9 抓手模塊▲圖10 上料氣動(dòng)夾具▲圖11 角向定位模塊

6.6 工件信息讀取工位

關(guān)節(jié)機(jī)器人抓取工件放至機(jī)床內(nèi)部之前,需先將工件移至機(jī)床外部安裝好的讀碼器前，進(jìn)行工件信息的讀取。

工件信息讀取成功后,總控系統(tǒng)向關(guān)節(jié)機(jī)器人下達(dá)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的指令,機(jī)床調(diào)用對(duì)應(yīng)工件的加工程序,對(duì)工件進(jìn)行加工。

6.7 總控系統(tǒng)

總控系統(tǒng)由總控操作站及分屏顯示器兩個(gè)部分組成?？偪夭僮髡矩?fù)責(zé)整條工作線的控制工作，分屏顯示器顯示整條工作線設(shè)備的狀態(tài)信息,包括機(jī)床和關(guān)節(jié)機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài),以及工件的加工數(shù)量和所在位置等。

7 結(jié)束語(yǔ)

筆者所介紹的自動(dòng)化加工單元滿足首飾行業(yè)對(duì)自動(dòng)化加工的需求,可以解決珠寶首飾的小批量、多品種加工問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)高效加工。