方 旺

（廣東博科數(shù)控機(jī)械有限公司，廣東珠海 519175）

0 引言

不銹鋼鍋是一種家庭消費(fèi)品，花樣繁多，不僅市場需求量很大，而且也是我國出口的大宗商品。在不銹鋼鍋膽的加工過程中，其表面質(zhì)量必須達(dá)到鏡面要求，無拋光波浪紋和過熱燒傷等缺陷，所有鍋膽打磨拋光表面的質(zhì)量均應(yīng)達(dá)到電鍍前的質(zhì)量要求。目前的加工方法都是采用人工打磨拋光方式，采用多工位流水線的作業(yè)模式，造成產(chǎn)品表面質(zhì)量一致性差，工人勞動強(qiáng)度大，始終處在粉塵污染環(huán)境中，對人體造成嚴(yán)重傷害。

因此，本文提出采用機(jī)器人磨拋生產(chǎn)線，正是為解決該行業(yè)痛點。生產(chǎn)線是在人工多工位流水線的工藝基礎(chǔ)上研發(fā)的，通過配置機(jī)器人系統(tǒng)、打磨拋光機(jī)構(gòu)、傳感技術(shù)、打磨拋光系統(tǒng)軟件等，實現(xiàn)了復(fù)雜形狀工件打磨拋光的自動化，特別適合于惡劣環(huán)境下、多品種、大批量的柔性生產(chǎn)，能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。機(jī)器人拋光打磨直接的作用就是可以將人從工作環(huán)境中替換出來，對改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。

對于廣大制造業(yè)中小企業(yè)而言，市場的外部環(huán)境要求其要遵循訂單批次的生產(chǎn)模式。相比拋光打磨的一些專機(jī)而言，機(jī)器人打磨的應(yīng)用更具柔性。機(jī)器人應(yīng)用只需要相應(yīng)工裝夾具做調(diào)整，其設(shè)備本體不需要特別改動，編輯并調(diào)用相應(yīng)的程序命令就可做到更新切換，可以明顯地縮短產(chǎn)品更新?lián)Q代周期，減少相應(yīng)的設(shè)備投入，因此機(jī)器人磨拋生產(chǎn)線受到中小企業(yè)的歡迎。同時助力企業(yè)實現(xiàn)智能化、柔性化、綠色化發(fā)展基礎(chǔ)上，提供有力的技術(shù)支撐[1-3]。

1 機(jī)器人磨拋生產(chǎn)線組成

機(jī)器人磨拋生產(chǎn)線設(shè)計方案的主要關(guān)鍵技術(shù)：表面處理加工工藝流程分配與相應(yīng)的應(yīng)用程序編程；生產(chǎn)線設(shè)備必須適應(yīng)多品種、多規(guī)格不銹鋼鍋加工要求，能實現(xiàn)拋光輪磨損的自動補(bǔ)償；其磨拋工具磨損軸向和徑向補(bǔ)償功能保持表面接觸壓力恒定；在連續(xù)柔性打磨拋光過程中，保證磨拋工件表面均勻、光亮和一致性好；電控系統(tǒng)各自獨立，且具有與輸送帶或者送料臺通訊接口，可實現(xiàn)生產(chǎn)線的自動同步連續(xù)生產(chǎn)[4-9]。

圖1 機(jī)器人拋光生產(chǎn)線布局

加工方式由機(jī)器人一次抓取兩件不銹鋼鍋膽，在打磨拋光設(shè)備上進(jìn)行打磨、拋光，機(jī)器人抓取送料臺上的不銹鋼鍋膽，利用工作站內(nèi)部配套的不同設(shè)備，進(jìn)行不同部位的打磨拋光。當(dāng)前一道工序的工作站完成了不銹鋼鍋膽某部位的打磨、拋光后，機(jī)器人把不銹鋼鍋膽擺放至輸送帶或者中轉(zhuǎn)臺上，由輸送帶或者中轉(zhuǎn)臺完成工作站間的半成品傳輸。

1.1 工作站構(gòu)成

（1）1號工作站

1號工作站的機(jī)器人和A型鍋膽磨拋機(jī)，配套三角形千葉輪，打磨鍋膽內(nèi)底；機(jī)器人和B型鍋膽磨拋機(jī)，配套千葉輪打磨鍋內(nèi)壁；機(jī)器人和B型鍋膽磨拋機(jī)，配套尼龍輪，打磨鍋內(nèi)翻邊。其中，機(jī)器人末端執(zhí)行器與一體化真空夾具連接，一體化真空夾具包含有兩個相同的內(nèi)磨拋夾具；磨拋夾具經(jīng)真空發(fā)生器與壓縮空氣連接，可同時加工兩個工件相同的部位。

（2）2號工作站

2號工作站的機(jī)器人和A型鍋膽磨拋機(jī)，配套三角形麻輪，拋光鍋膽內(nèi)底；機(jī)器人和B型鍋膽磨拋機(jī)，配套多片麻輪，拋光鍋內(nèi)壁；機(jī)器人和B型鍋膽磨拋機(jī)，配套單片油麻輪，拋光鍋內(nèi)翻邊。其中，機(jī)器人末端執(zhí)行器與一體化真空雙工位夾具主體連接，一體化真空夾具包含有兩個相同的內(nèi)磨拋夾具；磨拋夾具經(jīng)真空發(fā)生器與壓縮空氣連接，可同時加工兩個工件相同的部位。

（3）3號工作站

3號工作站的機(jī)器人和砂帶機(jī)，配套砂帶，打磨鍋外壁；機(jī)器人和B型鍋膽磨拋機(jī)，配套千葉輪，打磨鍋外翻邊。其中，機(jī)器人末端執(zhí)行器與一體化真空雙工位夾具主體連接，一體化真空夾具包含有兩個相同的外磨拋夾具；可同時加工兩個工件相同的部位。

（4）4號工作站

LI Guozheng. Green mining: connotation definition, model exploration and implementation path[J]. Conservation and utilization of mineral resources, 2018(6):1-8.

4號工作站的機(jī)器人和B型鍋膽磨拋機(jī)，配套單片油麻輪，拋光鍋外翻邊；機(jī)器人和B型鍋膽磨拋機(jī)，配套多片油麻輪，拋光鍋外壁、鍋外底。其中，機(jī)器人末端執(zhí)行器與一體化真空雙工位夾具主體連接，一體化真空夾具包含有兩個相同的外磨拋夾具，可同時加工兩個工件相同的部位。

（5）5號工作站

5號工作站的機(jī)器人和B型鍋膽磨拋機(jī)，配套多片油麻輪，拋光鍋外壁、鍋外底；機(jī)器人和B型鍋膽磨拋機(jī)，配套布輪，清光鍋外部。其中，機(jī)器人末端執(zhí)行器與一體化真空雙工位夾具主體連接，一體化真空夾具包含有兩個相同的外磨拋夾具，可同時加工兩個工件相同的部位。

（6）A型鍋膽磨拋機(jī)

A型鍋膽磨拋機(jī)，采用上下兩個工位的疊層式布局，每個工位包括底座、磨拋光電機(jī)、打磨拋光輪及其快速更換組件、吸塵斗，還有用于保證軸向恒壓力打磨拋光的氣缸。其中，機(jī)器人末端執(zhí)行器與一體化真空雙工位夾具主體連接，一體化真空夾具包含有兩個相同的內(nèi)磨拋夾具；磨拋夾具經(jīng)真空發(fā)生器與壓縮空氣連接，可同時加工兩個工件相同的部位。

（7）B型鍋膽磨拋機(jī)

B型鍋膽磨拋機(jī)，采用上下兩個工位的疊層式布局，每個工位包括底座、磨拋光電機(jī)、打磨拋光輪及其快速更換組件、吸塵斗，還有用于保證徑向恒壓力打磨拋光的氣缸。其中，機(jī)器人末端執(zhí)行器與一體化真空雙工位夾具主體連接，一體化真空夾具包含有兩個相同的內(nèi)（外）磨拋夾具；磨拋夾具經(jīng)真空發(fā)生器與壓縮空氣連接，可同時加工兩個工件相同的部位。

（8）磨拋夾具

磨拋夾具經(jīng)真空發(fā)生器與壓縮空氣連接，可同時加工兩個工件相同的部位。一體化真空雙工位夾具主體包括有：主體安裝底座、與機(jī)器人連接法蘭、驅(qū)動電機(jī)、減速機(jī)、軸承座與連接軸、兩個大小傘齒輪組件和兩個中空氣缸組成。其中，夾具主體與機(jī)器人末端執(zhí)行器連接，兩個相同的內(nèi)（外）磨拋夾具分別裝入兩個中空氣缸并氣夾緊，驅(qū)動電機(jī)經(jīng)連接軸-大小傘齒輪組件帶動兩個相同的不銹鋼鍋膽旋轉(zhuǎn)。

（9）電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括1號工作站、2號工作站、3號工作站、4號工作站和5號工作站的設(shè)備各自獨立的電控系統(tǒng)，且具有與輸送帶或者送料臺通訊接口，可實現(xiàn)生產(chǎn)線的自動同步連續(xù)生產(chǎn)。此外，還有輸送帶或者送料臺、外罩防護(hù)和吸塵系統(tǒng)的電控單元。

1.2 生產(chǎn)線工藝流程

不銹鋼鍋膽打磨拋光部位，如圖2所示。

圖2 不銹鋼鍋膽打磨拋光部位

機(jī)器人磨拋生產(chǎn)線工作過程中由12道工藝組成，如圖3所示。1號工作站中，通過在機(jī)器人的末端執(zhí)行器上，連接一體化真空夾具，裝夾內(nèi)磨拋夾具，然后通過所述第一軸向A型鍋膽磨拋機(jī)、三角形千葉輪和機(jī)器人配合，實現(xiàn)了鍋膽內(nèi)底的打磨工序，繼而通過千葉輪、第一徑向B型鍋膽磨拋機(jī)和機(jī)器人配合，實現(xiàn)了鍋內(nèi)壁的打磨工序，最后通過尼龍輪、第二徑向B型鍋膽磨拋機(jī)和機(jī)器人配合，實現(xiàn)了鍋內(nèi)翻邊的打磨工序[10-12]。

圖3 不銹鋼鍋膽的磨拋工藝流程

2號工作站中，通過在機(jī)器人的末端執(zhí)行器上，連接一體化真空夾具，裝夾內(nèi)磨拋夾具，然后通過所述三角形麻輪、第二軸向A型鍋膽磨拋機(jī)和機(jī)器人配合，實現(xiàn)了拋光鍋膽內(nèi)底的工序，繼而通過多片麻輪、第三徑向B型鍋膽磨拋機(jī)和機(jī)器人配合，實現(xiàn)了拋光鍋內(nèi)壁的工序，最后通過單片油麻輪、第四徑向B型鍋膽磨拋機(jī)和機(jī)器人配合，實現(xiàn)了拋光鍋內(nèi)翻邊的工序。

3號工作站中，通過在機(jī)器人的末端執(zhí)行器上，連接一體化真空夾具，裝夾外磨拋夾具，繼而通過所述砂帶機(jī)和機(jī)器人配合，實現(xiàn)了打磨鍋外壁及鍋外底的工序，然后通過千葉輪、第五徑向B型鍋膽磨拋機(jī)和機(jī)器人配合，實現(xiàn)了打磨鍋外翻邊的工序。

4號工作站中，通過在機(jī)器人的末端執(zhí)行器上，連接一體化真空夾具，裝夾外磨拋夾具，然后通過所述單片油麻輪、第六徑向B型鍋膽磨拋機(jī)和機(jī)器人配合，實現(xiàn)了拋光鍋外翻邊的工序，繼而通過多片油麻輪、第三軸向A型鍋膽磨拋機(jī)和機(jī)器人配合，實現(xiàn)了拋光鍋外壁、鍋外底的工序。

5號工作站中，通過在機(jī)器人的末端執(zhí)行器上，連接一體化真空夾具，裝夾外磨拋夾具，進(jìn)而通過多片油麻輪、第七徑向B型鍋膽磨拋機(jī)和機(jī)器人配合，實現(xiàn)了拋光鍋外壁、鍋外底的工序，繼而通過布輪、第八徑向B型鍋膽磨拋機(jī)和機(jī)器人配合，實現(xiàn)了清光鍋外部的工序。

2 測試與結(jié)果分析

通過生產(chǎn)線的測試，驗證了工藝流程的正確性和機(jī)器人自動化磨拋的可行性，生產(chǎn)線加工節(jié)拍每60 s完成2件產(chǎn)品，減少工人12人，所有不銹鋼鍋膽表面的質(zhì)量均達(dá)到電鍍前的質(zhì)量要求，滿足了客戶的要求，也達(dá)到了設(shè)計目標(biāo)。結(jié)果也表明，打磨拋光過程必須具有力的反饋控制機(jī)構(gòu)和拋光輪的自動補(bǔ)償，確保不銹鋼鍋膽拋光質(zhì)量的穩(wěn)定；機(jī)器人對壓力的控制，既能夠防止意外發(fā)生，也能夠保護(hù)機(jī)器人本身和工件；鍋磨機(jī)軸向和徑向補(bǔ)償功能，能夠保持表面接觸壓力恒定，避免不銹鋼鍋膽表面受熱損傷。

測試過程中，采用了千葉輪，它是集砂帶磨削和柔性研磨于一體的工具，能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的磨拋加工，實現(xiàn)不銹鋼鍋膽拉伸條紋和氧化皮的去除。在切換不同規(guī)格的不銹鋼鍋膽進(jìn)行磨拋，只需要更換夾具，編輯并調(diào)用相應(yīng)的程序即可完成，明顯縮短更換周期。

3 結(jié)束語

通過上述的分析，機(jī)器人磨拋生產(chǎn)線一定程度上提高了不銹鋼鍋膽磨拋行業(yè)的效率，對實際生產(chǎn)具有十分重要的指導(dǎo)意義。隨著科技和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，自動化的打磨拋光技術(shù)將得到大規(guī)模的應(yīng)用，利用機(jī)器人的靈活性和柔性，解決自動化上下料、視覺識別、視覺檢測并降低人員需求；配合信息技術(shù)，實行加工數(shù)據(jù)收集、整理、分析以及進(jìn)一步發(fā)展成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，可以極大提高磨拋的自動化、智能化程度；通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制及下載優(yōu)化工藝軟件，最終提高生產(chǎn)效率，增強(qiáng)企業(yè)的核心競爭力，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)體系向智能化、柔性化、綠色化發(fā)展。