馬金衛(wèi)，盧浩鵬，張 鋒，鄭聰聰，郭繼程

（一拖（洛陽）柴油機(jī)有限公司，河南洛陽 471004）

0 引言

作為發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線瓶頸工序的關(guān)鍵設(shè)備，缸體搬運(yùn)機(jī)器人在作業(yè)過程中多次出現(xiàn)機(jī)械手夾緊報(bào)警故障，發(fā)動(dòng)機(jī)在放入人工工作臺(tái)時(shí)高頻發(fā)生磕碰，甚至發(fā)動(dòng)機(jī)松脫被懸掛在半空，不僅造成長時(shí)間的停線影響生產(chǎn)、損害發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量，同時(shí)也存在發(fā)動(dòng)機(jī)夾緊不牢固造成的空中墜落的安全隱患。

1 故障原因分析

通過現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)該故障的主要原因應(yīng)當(dāng)是機(jī)器人在作業(yè)過程中，在往梭臺(tái)放置時(shí)發(fā)生干涉，最終形成設(shè)備夾緊信號(hào)丟失導(dǎo)致的故障報(bào)警。在對(duì)機(jī)器人機(jī)械手進(jìn)行進(jìn)一步手動(dòng)操作觀察后，發(fā)現(xiàn)該設(shè)備的定位與夾緊機(jī)構(gòu)可能存在以下問題：

（1）梭臺(tái)夾具四六缸轉(zhuǎn)換后定位精度差導(dǎo)致的放置干涉。

（2）機(jī)器人夾具定位組件磨損導(dǎo)致的抓取位置偏差，產(chǎn)生放置干涉。

（3）機(jī)器人夾具夾緊失效導(dǎo)致在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中定位失效，缸體在夾具內(nèi)發(fā)生偏移產(chǎn)生放置干涉。

2 故障原因的排查與處理

2.1 檢查梭臺(tái)夾具四六缸轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)

利用成產(chǎn)間隙，對(duì)梭臺(tái)夾具四六缸轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)主要零部件進(jìn)行拆檢，將已發(fā)生磨損的定位組件進(jìn)行更換，恢復(fù)四六缸轉(zhuǎn)換夾具位置精度，保持梭臺(tái)夾具穩(wěn)定。

在梭臺(tái)夾具檢修完成后，嘗試抓取一臺(tái)六缸發(fā)動(dòng)機(jī)。但在抓取放置過程中仍出現(xiàn)了干涉與磕碰現(xiàn)象，因此梭臺(tái)夾具問題不是該現(xiàn)象的主要原因。

2.2 檢查機(jī)械手夾具定位機(jī)構(gòu)

（1）通過對(duì)機(jī)械手夾具的拆檢發(fā)現(xiàn)該夾具的前端定位孔已發(fā)生嚴(yán)重磨損，通過測(cè)量發(fā)現(xiàn)該定位孔上部磨損3.5 mm，在機(jī)器人進(jìn)行抓取的時(shí)候也能夠看到發(fā)動(dòng)機(jī)前端被明顯帶起，該問題不僅能夠影響發(fā)動(dòng)機(jī)放置位置精度，同時(shí)也對(duì)托盤定位銷機(jī)構(gòu)及機(jī)械手夾具的使用壽命產(chǎn)生影響，因此立即重新制作該定位銅套并將定位孔尺寸定在了

（2）利用新制作的定位銅套進(jìn)行安裝調(diào)試。在安裝新制作定位銅套后發(fā)現(xiàn)機(jī)器人無法抓取發(fā)動(dòng)機(jī)，主要問題就出在新制定位銅套上。通過手動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作發(fā)現(xiàn)新銅套與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸部位發(fā)生干涉，導(dǎo)致無法抓取。分析應(yīng)是新銅套與曲軸小頭間隙較小，需要機(jī)器人進(jìn)行精確抓取，因此對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了姿態(tài)微調(diào)，以保證抓取位置精度。

（3）在對(duì)機(jī)器人進(jìn)行微調(diào)之后進(jìn)行了多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的抓取工作，發(fā)現(xiàn)仍存在無法抓取問題，在綜合考慮設(shè)備舉升定位精度及缸體曲孔位置精度等情況后將定位銅套孔加工至Φ50 mm，將抓取成功率提升至100%。

在后續(xù)觀察中發(fā)現(xiàn)雖然發(fā)動(dòng)機(jī)放置干涉問題有所改善，磕碰程度有所降低，但六缸磕碰問題仍十分頻繁，因此考慮主要原因應(yīng)是機(jī)械手夾具夾不緊的問題。

2.3 故障原因分析與改進(jìn)

（1）對(duì)夾具進(jìn)行夾緊受力分析（圖1）：

圖1 缸體夾取受力分析

夾緊氣缸型號(hào)為MDNBB80-450-D-M9BWZ，其內(nèi)徑為Φ80 mm，壓縮空氣壓力約為0.55 MPa，在不考慮氣缸及其他附件機(jī)械效率的情況下估算其夾緊力為：

該夾緊力所產(chǎn)生的靜摩擦力保持發(fā)動(dòng)機(jī)不產(chǎn)生滑移，根據(jù)夾緊墊塊的材料為黑尼龍，靜摩擦因數(shù)μ 為0.2～0.5，計(jì)算其靜摩擦力為：

兩個(gè)方向合計(jì)靜摩擦力約為1000～2500 N，考慮機(jī)械效率最優(yōu)90%折算靜摩擦力最高2250 N。查詢生產(chǎn)的成品缸體重量，四缸缸體為124～144 kg，六缸缸體為158～209 kg，再加上曲軸、軸蓋等其他附件，預(yù)估缸體搬運(yùn)機(jī)器人抓取的四缸機(jī)型約為164～184 kg、六缸218～269 kg。

根據(jù)缸體在搬運(yùn)過程中的受力分析可知，當(dāng)缸體被旋轉(zhuǎn)90°后，六缸缸體所受重力將超越最大靜摩擦力，其穩(wěn)定性轉(zhuǎn)而需要靠側(cè)部輔助拉緊塊進(jìn)行加持，拉緊塊本就是橡膠塊組成穩(wěn)定性差，這也同時(shí)印證了現(xiàn)實(shí)情況中總是更換拉緊塊后問題有所改善的原因。

由以上分析得出結(jié)論，由于夾具設(shè)計(jì)夾緊力衍生的摩擦力不足導(dǎo)致的六缸機(jī)型夾不緊正是目前故障頻發(fā)的主要原因，因此考慮通過設(shè)備改造來提升靜摩擦力來改善設(shè)備。有2 個(gè)方案可以考慮實(shí)施：①更換夾緊塊材料，通過提升靜摩擦因數(shù)μ 來提升靜摩擦力；②提升夾緊力，通過提升壓縮空氣壓力或者更換更大的夾緊氣缸來提升壓力F，進(jìn)而提升靜摩擦力。比較2 種方案可以看出，方案1 改造簡單快捷，但受材料屬性限制改善空間比較小；方案2 改造需要購置增壓裝置或氣缸，用時(shí)長但改善空間較大。綜合考慮先執(zhí)行方案1，如果受限效果達(dá)不到要求再考慮方案2。

通過查詢鑄鐵與其他材料的靜摩擦因數(shù)可知鑄鐵與銅的靜摩擦因數(shù)能夠達(dá)到1.05，超過尼龍的一倍，通過計(jì)算可知更換為銅墊塊后的靜摩擦力為：

所以可以將尼龍夾緊墊塊更換為黃銅，經(jīng)過測(cè)繪制作與原有尼龍墊塊相同的銅墊塊進(jìn)行安裝，同時(shí)對(duì)每個(gè)墊塊進(jìn)行高度調(diào)整，保證每個(gè)墊塊都能夠充分與缸體端面接觸。

2.4 夾緊位置調(diào)試

通過反復(fù)測(cè)試機(jī)械手夾具夾持缸體的具體數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，由于夾具夾緊最終位置是靠位于夾緊氣缸上的行程檢測(cè)開關(guān)控制的，這種控制方式就導(dǎo)致了夾具定位端在經(jīng)過長時(shí)間工作發(fā)生磨損后，夾緊行程不能及時(shí)跟進(jìn)，導(dǎo)致夾具在對(duì)缸體進(jìn)行夾持時(shí)雖然夾緊到位信號(hào)已觸發(fā)，但夾緊端事實(shí)上還未或者剛剛與缸體發(fā)生接觸，在沒有形成夾緊力的時(shí)候夾緊氣缸就已經(jīng)停止動(dòng)作，出現(xiàn)缸體夾持不緊。

在缸體搬運(yùn)機(jī)器人快速動(dòng)作時(shí)缸體將發(fā)生嚴(yán)重傾斜，在進(jìn)行放置時(shí)與定位機(jī)構(gòu)發(fā)生干涉，但機(jī)器人力量很大能夠推動(dòng)定位發(fā)生彈性變形，而此時(shí)機(jī)器人動(dòng)作到位，在進(jìn)行機(jī)械手松開時(shí)由于干涉力量阻礙夾緊氣缸放松，進(jìn)而出現(xiàn)夾緊氣缸故障的報(bào)警。因此，根據(jù)目前的磨損狀況對(duì)機(jī)械手主夾緊塊進(jìn)行了高度微調(diào)，同時(shí)對(duì)應(yīng)的精確調(diào)整了氣缸行程開關(guān)位置，調(diào)整該開關(guān)相對(duì)應(yīng)的控制程序點(diǎn)位的延遲時(shí)間，恢復(fù)主夾緊機(jī)構(gòu)的夾持力。

2.5 排查其他故障點(diǎn)

（1）將氣缸與夾緊滑臺(tái)脫開，分別檢查氣缸動(dòng)作與夾緊滑臺(tái)動(dòng)作情況。發(fā)現(xiàn)氣缸在手動(dòng)進(jìn)行伸縮過程中不存在動(dòng)作卡滯情況，同時(shí)氣缸鎖相應(yīng)速度正常，不存在氣缸卡滯造成的夾緊故障問題。用手推動(dòng)夾緊滑臺(tái)發(fā)現(xiàn)在氣動(dòng)導(dǎo)軌鉗制器打開的情況下，滑臺(tái)移動(dòng)存在較大的阻力，將會(huì)對(duì)夾緊力形成產(chǎn)生不良影響。

（2）將夾緊滑臺(tái)機(jī)構(gòu)兩個(gè)導(dǎo)軌上的導(dǎo)軌鉗制器與滑臺(tái)進(jìn)行分離，分別測(cè)試其在氣路打開和關(guān)閉下的工作狀態(tài)，判斷出夾緊滑臺(tái)的故障點(diǎn)在于其中一個(gè)導(dǎo)軌鉗制器無法正常完全打開，導(dǎo)致的阻力增大。

（3）根據(jù)該導(dǎo)軌鉗制器的型號(hào)進(jìn)行查詢，確定其為NBK 公司生產(chǎn)的型號(hào)為MKS-3001-A-03 的常閉型導(dǎo)軌鉗制器，主要用于固定滑臺(tái)、定位及防止振動(dòng)，在供氣時(shí)解除夾緊，在排氣后借助機(jī)構(gòu)彈簧的作用力夾緊線性導(dǎo)軌，夾緊行程可調(diào)。其解除夾緊的氣壓為0.3 MPa，低于裝配線現(xiàn)場(chǎng)的0.5～0.6 MPa 的壓縮空氣壓力，正常情況下應(yīng)當(dāng)完全解除夾緊，但發(fā)現(xiàn)的一個(gè)導(dǎo)軌鉗制器無法完全解除夾緊應(yīng)該是由于在安裝時(shí)未能根據(jù)線軌尺寸對(duì)該導(dǎo)軌鉗制器夾緊行程進(jìn)行適配調(diào)整，導(dǎo)致鉗制夾緊無法完全釋放。因此根據(jù)圖紙對(duì)該鉗制器的夾緊行程進(jìn)行了微調(diào)，直至在供氣時(shí)其能夠完全解除夾緊，同時(shí)驗(yàn)證了其排氣后的夾緊效果。

3 結(jié)語

經(jīng)過實(shí)際使用測(cè)試，缸體搬運(yùn)機(jī)器人夾緊效果大大改善，即使是六缸機(jī)型也同樣夾持牢靠，經(jīng)過調(diào)整機(jī)器人姿態(tài)后該設(shè)備工作穩(wěn)定可靠，有效提升了工作效率。