葛 捷 諸葛鎬 童誠昊 金 帥

（浙江今躍機(jī)械科技開發(fā)有限公司，金華 321000）

當(dāng)前的摩托車輪轂去毛刺采用人工打磨的方式，用毛刺刮刀和氣動(dòng)打磨工具去除鑄造毛坯上的合模線毛刺。但是，人工去毛刺過程中，因工人之間的力量、注意力以及打磨角度等存在差異，去毛刺效果穩(wěn)定性不佳，嚴(yán)重影響了輪轂成品的表面質(zhì)量和使用壽命[1]。現(xiàn)有的去除毛刺方法主要有氣動(dòng)工具式去除法和刮刀式去除法，都無法滿足現(xiàn)場生產(chǎn)線的質(zhì)量要求。本課題提出了一種自動(dòng)化輪轂鑄件去毛刺的新方法，并通過實(shí)驗(yàn)證明了該方法具有良好的效果。運(yùn)用RobotStudio軟件實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動(dòng)化去毛刺工作站的設(shè)計(jì)與仿真，為機(jī)器人自動(dòng)化去毛刺技術(shù)的開發(fā)提供了技術(shù)支持。

1 工作站總體方案設(shè)計(jì)

1.1 工作站布局設(shè)計(jì)

機(jī)器人自動(dòng)化去毛刺工作站采用兩臺(tái)地裝式ABB IRB2600型工業(yè)機(jī)器人負(fù)責(zé)去毛刺工作，另搭配一臺(tái)IRB6700型工業(yè)機(jī)器人負(fù)責(zé)工件上下料工作。此種布局方式具有節(jié)省工作空間、可充分發(fā)揮機(jī)器人工作范圍、縮短鑄件毛坯去毛刺節(jié)拍以及有效節(jié)約加工成本等優(yōu)點(diǎn)，主要由工業(yè)機(jī)器人、可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）、送料輥道、裝夾定位機(jī)構(gòu)、視覺識(shí)別系統(tǒng)和光電傳感器等部件組成[2]。以PLC為控制核心，通過PLC連接外圍設(shè)備建立設(shè)備間通信及管理，實(shí)現(xiàn)了工作站完整的工作流程。

1.2 工作站工作流程設(shè)計(jì)

首先，由進(jìn)料輥道向工作站內(nèi)輸送毛坯，輸送線速度為800 mm·s-1。其次，當(dāng)毛坯觸發(fā)到光電傳感器時(shí)，輥道前段機(jī)械限位啟動(dòng)，輥道驅(qū)動(dòng)電機(jī)延時(shí)1 s后停止工作，待輥道完全停止，輥道線上抬升機(jī)構(gòu)啟動(dòng)將毛坯抬起，抬起高度為80 mm，之后IRB6700機(jī)器人抓取毛坯上料，由兩臺(tái)IRB2600機(jī)器人依據(jù)上料順序分別依次開始進(jìn)行去毛刺作業(yè)。再次，去毛刺完成后，IRB6700機(jī)器人再次啟動(dòng)，將去毛刺完成的毛坯運(yùn)送至出料輥道線上，同時(shí)自身回到初始位置。最后，當(dāng)毛坯成品到達(dá)待出料輥道線時(shí)，輥道啟動(dòng)，同時(shí)下一件毛坯開始運(yùn)送，至此整個(gè)去毛刺流程完成[3]。

2 工作站仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)工作流程及生產(chǎn)線布局

根據(jù)摩托車輪轂的制造工藝要求和去毛刺工序工作節(jié)拍要求。由兩臺(tái)去毛刺機(jī)器人和一臺(tái)上下料機(jī)器人組成一個(gè)去毛刺自動(dòng)化單元。IRB2600機(jī)器人分別完成兩件輪轂毛坯的去毛刺工作。IRB6700機(jī)器人可為兩個(gè)去毛刺工位完成工件上下料。兩個(gè)去毛刺工位平行擺放，每個(gè)工位中機(jī)器人與裝夾定位機(jī)構(gòu)和相機(jī)安裝在同一平臺(tái)上。IRB6700機(jī)器人安裝在輥道線與去毛刺工位之間，兩臺(tái)輥道線分別進(jìn)行毛坯和成品的供料運(yùn)料。在滿足不影響機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的前提下，將輥道線盡可能放在接近去毛刺工位的位置，便于縮短機(jī)器人進(jìn)行工件上下料的工作節(jié)拍[4]。

依據(jù)工作站的布局設(shè)計(jì)思路，在RobotStudio中建立工作站數(shù)模。RobotStudio自帶機(jī)器人庫和模型庫等模型，可根據(jù)要求選用相應(yīng)型號(hào)的機(jī)器人并直接加載到工作站中。運(yùn)用設(shè)計(jì)軟件SolidWorks繪制完成輥道線和裝夾定位機(jī)構(gòu)等設(shè)備的三維數(shù)模，并轉(zhuǎn)換為STL或SAT等格式，導(dǎo)入RobotStudio。機(jī)器人自動(dòng)化去毛刺工作站的空間布局如圖1所示。

圖1 機(jī)器人去毛刺工作站空間布局圖

2.2 輪轂裝夾定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

考慮去毛刺工作站的去毛刺效果和效率，裝夾定位機(jī)構(gòu)需要具備精確的角度旋轉(zhuǎn)定位精度。因此，在機(jī)構(gòu)的底部必須裝有由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的精密傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以此帶動(dòng)工件調(diào)整定位角度。鑒于RV減速器具有傳動(dòng)精度高、速比大以及體積小的優(yōu)點(diǎn)，采用RV減速器作為定位機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)核心零件。此外，機(jī)構(gòu)還包含三爪夾緊機(jī)構(gòu)、電磁閥、傳感器及其他機(jī)械部件。利用SolidWorks設(shè)計(jì)的定位機(jī)構(gòu)如圖2所示。在RV減速器的輸出端，安裝的氣動(dòng)三爪夾緊機(jī)構(gòu)采用同步氣缸，可實(shí)現(xiàn)工件的三點(diǎn)同步定位，有效提升了工件裝夾的同心度[5]。

圖2 輪轂去毛刺裝夾定位機(jī)構(gòu)圖

2.3 機(jī)器人生產(chǎn)線仿真運(yùn)行I/O信號(hào)

去毛刺工作站由一個(gè)PLC控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)作。PLC與包括機(jī)器人在內(nèi)的設(shè)備，通過I/O板進(jìn)行信號(hào)傳遞。采用總線式通信模式，接收并處理來自送料輥道、裝夾定位機(jī)構(gòu)、視覺識(shí)別系統(tǒng)以及工業(yè)機(jī)器人等機(jī)構(gòu)發(fā)送的I/O信號(hào)。在RobotStudio軟件模擬仿真工作站運(yùn)行時(shí)，Smart組件起到類似PLC的作用。當(dāng)將Smart組件的I/O信號(hào)與工業(yè)機(jī)器人的I/O信號(hào)相關(guān)聯(lián)時(shí)，等同于模擬PLC與機(jī)器人、裝夾定位機(jī)構(gòu)以及視覺識(shí)別系統(tǒng)之間的通信。工作站完整的一個(gè)工作循環(huán)可以借由RobotStudio的離線編程功能，在軟件中的虛擬工作站上展現(xiàn)出來。

3 工作站的仿真分析

3.1 仿真模型的建立

根據(jù)工作站的設(shè)計(jì)布局及工藝流程，結(jié)合兩個(gè)去毛刺工位同時(shí)進(jìn)行去毛刺工作。因此，在規(guī)劃工作站運(yùn)行程序架構(gòu)時(shí)，將程序的架構(gòu)設(shè)置成在一個(gè)主程序之下，編寫兩個(gè)獨(dú)立的去毛刺子程序，即工位A和工位B中的兩臺(tái)IRB2600機(jī)器人獨(dú)立完成各自的工作任務(wù)。使用RobotStudio軟件仿真時(shí)，依據(jù)工作站設(shè)計(jì)要求，先行設(shè)置工件數(shù)據(jù)（Tooldate）、工具數(shù)據(jù)（Wobdate）以及有效載荷（Loaddate）等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，后按系統(tǒng)布局和工作節(jié)拍等信息規(guī)劃機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡。運(yùn)用RobotStudio軟件對(duì)Rapid程序進(jìn)行驗(yàn)證并運(yùn)行后，可以得到去毛刺機(jī)器人的仿真運(yùn)動(dòng)軌跡。工作站完整實(shí)現(xiàn)了輪轂去毛刺的工作流程，待輪轂毛坯被定位裝置定位后，去毛刺機(jī)器人先以20 mm·s-1的速度將刀具的刀尖移動(dòng)至去毛刺起點(diǎn)，后機(jī)器人以200 mm·s-1的速度完成毛刺去除，最后去毛刺機(jī)器人又以200 mm·s-1的速度返回初始位置，同時(shí)定位裝置松開，由上下料機(jī)器人移動(dòng)至出料輥道線上，使進(jìn)料輥道線再次啟動(dòng)，并輸送下一件毛坯[6]。

4 結(jié)語

隨著工業(yè)生產(chǎn)中智能制造的逐步深入，機(jī)器人柔性制造技術(shù)從最初的加工和涂裝等應(yīng)用，拓展至技術(shù)難度更高的去毛刺和裝配應(yīng)用。本文介紹機(jī)器人去毛刺工作站的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，依據(jù)去毛刺工序要求，構(gòu)建工作站的虛擬布局，同時(shí)開發(fā)了機(jī)器人專用的上下料夾具，創(chuàng)建了動(dòng)態(tài)Smart組件，并用RobotStudio軟件模擬了PLC與輥道線、機(jī)器人以及裝夾定位機(jī)構(gòu)等設(shè)備的I/O信號(hào)通信，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)上下料、搬運(yùn)的路徑規(guī)劃以及離線編程的仿真調(diào)試，為工作站的開發(fā)提供了可行性驗(yàn)證數(shù)據(jù)，將顯著縮短去毛刺機(jī)器人工作站的設(shè)計(jì)制造和調(diào)試周期，有效節(jié)約系統(tǒng)研發(fā)成本。