庾 鵬
(馬鞍山理工學(xué)校,安徽 馬鞍山 243000)
隨著中國(guó)沖壓技術(shù)發(fā)展,沖壓系統(tǒng)在機(jī)械加工制造中比重不斷發(fā)展。伴隨著沖壓市場(chǎng)的發(fā)展,沖壓工人生產(chǎn)工藝還在隨時(shí)變化。隨著生產(chǎn)工藝的智能化加強(qiáng),傳統(tǒng)的人工進(jìn)給方法已經(jīng)在速率和精密度方面出現(xiàn)了明顯的落后,全自動(dòng)進(jìn)給構(gòu)造慢慢替代了傳統(tǒng)人工進(jìn)給?,F(xiàn)階段,完成生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)不再期待很多人力資本,傳統(tǒng)的依靠勞動(dòng)力增加生產(chǎn)的時(shí)代已經(jīng)過(guò)去,已經(jīng)逐漸轉(zhuǎn)變成為了技術(shù)生產(chǎn)。在未來(lái)的沖壓工藝的發(fā)展中,將會(huì)由先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)沖壓占據(jù)主要地位。
沖壓生產(chǎn)線雖然僅僅占不到全工藝制造的%10,但是這條工藝線仍然是企業(yè)制造的核心生產(chǎn)線之一,90%之上時(shí)間也用以裝卸搬運(yùn)原料、搬運(yùn)工、等候供貨。因而,企業(yè)的設(shè)計(jì)師一般依據(jù)原料生產(chǎn)線的原料供貨步驟開(kāi)展設(shè)備自動(dòng)化改造,并實(shí)現(xiàn)高效率的原料供貨生產(chǎn)線效率和生產(chǎn)效率。在服務(wù)機(jī)器人和環(huán)境互動(dòng)最后的一環(huán),積極鑒別工作環(huán)境數(shù)據(jù)的是感應(yīng)器,是最后實(shí)行,其方案設(shè)計(jì)立即取決于工業(yè)機(jī)械手工作特點(diǎn)。文中依據(jù)車(chē)輛鈑金零件生產(chǎn)線的實(shí)際需要,對(duì)于日常光纖激光切割的具體每日任務(wù),在分析夾裝總體目標(biāo)的前提下,研發(fā)了工業(yè)機(jī)械手持終端機(jī),實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線上不一樣工件光纖激光切割,并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其可靠性。
在傳統(tǒng)沖壓生產(chǎn)線中,工件轉(zhuǎn)動(dòng)工藝的實(shí)現(xiàn)主要是依靠于機(jī)械臂組裝,對(duì)機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)動(dòng)力控制的是沖壓機(jī),通過(guò)幾臺(tái)單功效機(jī)械壓力機(jī)來(lái)完成生產(chǎn)加工工位的控制。這類裝卸搬運(yùn)方式是設(shè)備和人工結(jié)合的,是半自動(dòng)化生產(chǎn)流水線。目前我國(guó)絕大多數(shù)沖壓公司也是通過(guò)這類方式完成制造的,這是一種比較傳統(tǒng)機(jī)器生產(chǎn)方式。
在多工位的運(yùn)送工藝和機(jī)器人的系統(tǒng)中間,設(shè)置有柔性的自動(dòng)化送料裝置,該送料裝置簡(jiǎn)單、方便、高效率。此外,該系統(tǒng)不可以用以同一批號(hào)、同一生產(chǎn)加工方式的生產(chǎn)線里的多種產(chǎn)品、少許新產(chǎn)品的生產(chǎn)制造。
穿梭式作為目前工藝上比較常用的生產(chǎn)線,中國(guó)的工藝生產(chǎn)也多數(shù)是采用該種自動(dòng)輸送系統(tǒng)軟件。這類方式可靠性技術(shù)高,但選購(gòu)機(jī)器人成本也很高,價(jià)格比較貴稍等,所以只好用以大中型沖壓領(lǐng)域。
在目前的生產(chǎn)線中,多數(shù)的沖壓公司都開(kāi)始逐漸在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用快速送料機(jī)械手,該送料方式不僅有比較廣闊的使用范圍,而且其實(shí)際的工作效率也相對(duì)較高,合乎我國(guó)具體創(chuàng)新需要。可是,這種機(jī)器人多從海外買(mǎi)到的,價(jià)格比較貴,維護(hù)保養(yǎng)不便。
設(shè)備能夠快速拆卸,但滾輪上固定支架,會(huì)影響到在使用過(guò)程中的設(shè)備安全可靠性。為了保證機(jī)械裝置力學(xué)結(jié)構(gòu)平衡,可以選擇在目標(biāo)物件上尋找合適的重心點(diǎn),以便于進(jìn)行工件抓取。
通過(guò)圖1可以看到,在當(dāng)下的車(chē)輛鈑金零件生產(chǎn)過(guò)程中,主要有三種不同的工件。目標(biāo)工件的不同,所需要的抓取機(jī)械爪的樣式也會(huì)有所不同,當(dāng)下的設(shè)計(jì)目標(biāo)主要是根據(jù)自動(dòng)給料的需求,進(jìn)行全面的設(shè)計(jì),不僅要能夠確保在工作過(guò)程中的給料平穩(wěn),還要保證能夠準(zhǔn)確地抓取三種工件。
剖析三種工件的表面傾斜度,得到工件1有兩種比較大的類似平面,可作為夾持平面。2工件有平整度好、可作為夾持平面的兩大區(qū)域,3工件表面繁雜,折射率差異大,但一些一部分表面平整度好,可作為夾持平面。表1為工件規(guī)格。
表1 工件規(guī)格
根據(jù)對(duì)三種工件的對(duì)比分析,不難發(fā)現(xiàn)工件的形態(tài)有很大的不同。怎樣用設(shè)備手指甲把握住這三種工件,是手指甲設(shè)計(jì)里最大的難題。分析表明,三種工件有許多相同點(diǎn)。是薄板構(gòu)造的鈑金零件。有可作為工件品質(zhì)更較輕夾持平面圖所使用的平面圖。依據(jù)那些特點(diǎn),確定應(yīng)用磁性吸咐夾持3種工件。除此之外,機(jī)械手還擔(dān)任了多種功能,一是在走刀的工藝流程中,需要對(duì)工件實(shí)行抓取,二是在到達(dá)料盒部位時(shí),停止對(duì)工件的抓取并釋放,因此,目前的工藝流程中,通常都是選擇電磁感應(yīng)卡盤(pán)來(lái)作為機(jī)械手執(zhí)行。此外,因?yàn)殡姶鸥袘?yīng)卡盤(pán)與工件的接觸是面接觸,因而工件的品質(zhì)較輕。為了能讓機(jī)械手的框架剪力墻更為簡(jiǎn)約,有益于工件的分割實(shí)際操作,文中在夾持方式上選用二點(diǎn)夾持方法。但是由于智能機(jī)器人聲卡機(jī)架上2個(gè)抓取點(diǎn)間的距離有固定的,因此主要的難點(diǎn)便是如何精確找出抓取點(diǎn)。
首先是需要對(duì)目標(biāo)抓取工件進(jìn)行一個(gè)抓取中心點(diǎn)的確定,這樣有助于在抓取過(guò)程中實(shí)現(xiàn)力學(xué)平衡,從而能夠精確地實(shí)現(xiàn)抓取工作,保證生產(chǎn)的安全性。
根據(jù)對(duì)抓住物件的解讀,本文是選用模塊化觀念制定了機(jī)械手爪的構(gòu)造(按照?qǐng)D2)。制定的機(jī)械手爪一般包含四個(gè)模塊,分別是抓取的位置調(diào)整、抓取過(guò)后的反饋、抓手抓取和真空模塊。
目前的工藝中所采用的都是金屬制造的工裝夾具,因此電磁感應(yīng)液壓卡盤(pán)和工裝夾具和工件一起產(chǎn)生作用。通常在實(shí)際生產(chǎn)中,會(huì)在吸附設(shè)備上增強(qiáng)了真空吸附設(shè)備,從而能夠保證工件的夾緊,提升了夾緊模塊控制模塊對(duì)工件的吸附力,能夠擺脫工裝夾具。夾緊模塊控制模塊由電磁吸盤(pán)、真空吸盤(pán)和接近開(kāi)關(guān)組成。如下圖3所顯示。
為了方便真空吸盤(pán)和電磁吸盤(pán)的相互融合,電磁吸盤(pán)設(shè)計(jì)成中空結(jié)構(gòu),其中真空吸嘴的孔徑D為15mm,同軸線安裝于電磁閥的空心一部分,真空吸嘴的最高面比電磁閥的下表面低2mm。真空吸嘴在軸往上具備彈簧結(jié)構(gòu),與工件觸碰時(shí)更密切觸碰工件表面,保證真空吸附墊的吸附品質(zhì)。真空吸附力F在真空壓力為80kPa時(shí),測(cè)算如下所示。
因而,根據(jù)上面的公式計(jì)算,理論上每一個(gè)單元模塊能夠?yàn)橄到y(tǒng)貢獻(xiàn)84N,而在實(shí)際工藝流程中使用了兩個(gè)單元模塊,故總貢獻(xiàn)為168N,但工件最大的凈重為11N上下,安全性能比較高。接近開(kāi)關(guān)坐落于電磁鐵吸盤(pán)外圓上,開(kāi)關(guān)的作用主要是當(dāng)目標(biāo)的工件觸發(fā)到開(kāi)關(guān)時(shí),會(huì)向外傳遞出一個(gè)反饋,從而造成上拉電阻;當(dāng)夾持單元模塊離去工件時(shí),會(huì)帶來(lái)低電頻。
作為機(jī)械手的主體工程,手執(zhí)架構(gòu)模塊帶來(lái)了2組手執(zhí)模塊的機(jī)械安裝端口和電連接端口,來(lái)作為機(jī)械抓手的前端安裝位置,并根據(jù)后續(xù)的設(shè)計(jì)計(jì)劃方案,確定出抓取單元模塊的插口距離。
因?yàn)楦鳟a(chǎn)品工件挑選的兩個(gè)夾持平面圖存有細(xì)微的角度差,為了能讓夾持模塊模塊更好地線性擬合夾持平面圖v,必須在夾持模塊模塊中加入姿勢(shì)調(diào)整模塊。姿勢(shì)調(diào)整模塊選用徑向關(guān)節(jié)軸承,其兩側(cè)裝到滾子軸承內(nèi),根據(jù)滾子軸承固定不動(dòng)手中的架構(gòu)模塊上,夾持模塊模塊根據(jù)精準(zhǔn)定位螺帽固定于徑向軸承的內(nèi)孔上。剖析結(jié)果顯示,選定的三組夾持平面圖較大交角為10,徑向關(guān)節(jié)軸承拐角可以達(dá)到12之上,足夠達(dá)到目前夾持規(guī)定。為了保證夾持的穩(wěn)定,提升徑向關(guān)節(jié)軸承旋轉(zhuǎn)阻尼,可以選擇將阻尼潤(rùn)滑油脂涂抹在滾動(dòng)軸承上。阻尼脂具備出色的潤(rùn)濕性、可靠性、機(jī)械穩(wěn)定性、出色的緩沖、緩沖、防潮、減震特性。
在實(shí)際的模塊設(shè)計(jì)中,一般是選用傳感器和信號(hào)處理器來(lái)共同組成反饋模塊,其工作原理是當(dāng)工件被加緊時(shí),當(dāng)裝置車(chē)床卡盤(pán)貼近工件做到一定距離時(shí),傳感器會(huì)向外發(fā)送高電平信號(hào),從而使得信號(hào)處理模塊能夠得到觸發(fā)信號(hào),進(jìn)一步的觸發(fā)繼電器和電磁閥的工作。并給予一定的夾持力,以此來(lái)實(shí)現(xiàn)工件的夾持。此外,根據(jù)把握住反饋模塊,可以隨時(shí)監(jiān)控工件原材料的投入整個(gè)過(guò)程,精確的抓取反饋后面情況及工件有沒(méi)有被正常的夾持運(yùn)動(dòng);工件是不是爆出;工件放置是否成功。
該模塊是由繼電器、真空發(fā)生器和空氣過(guò)濾網(wǎng)所組成,可以借助工廠內(nèi)空氣動(dòng)力裝置,為真空吸吊機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)給予工作環(huán)境。
機(jī)械臂的機(jī)械系統(tǒng)主要包含:最先,主體工程由鋁板和鋁合金型材做成;次之,在鋁板上組裝30個(gè)真空卡盤(pán),在不同真空卡盤(pán)上設(shè)定控制電路,吸咐產(chǎn)品工件尺寸,完成工作上真空卡盤(pán)的數(shù)量調(diào)整;第三,x軸傳動(dòng)系統(tǒng)為皮帶傳動(dòng),主要是由左右二級(jí)構(gòu)成,由直線滑軌正確引導(dǎo),伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。y軸推動(dòng)為絲杠驅(qū)動(dòng),螺帽固定不動(dòng),絲杠逐漸挪動(dòng),設(shè)計(jì)方案行程安排500mm,壓力機(jī)下料期為4s,下料時(shí)間緊迫。在規(guī)劃環(huán)節(jié)中,必須符合機(jī)械臂在4s內(nèi)從壓力機(jī)外界進(jìn)到吸咐部位,將產(chǎn)品工件傳至壓力機(jī)的需求。
一般工業(yè)機(jī)械手的尾端執(zhí)行器依據(jù)夾緊基本原理可以分為夾緊法和吸附式。文中制定了一種適用于板才全自動(dòng)上料的機(jī)械手。因?yàn)榘宀臉幼訛槠矫鎴D直板橫打,十分不益于夾緊式機(jī)器人尾端機(jī)械手。吸附式機(jī)械手的特征能夠滿足大中型平面圖一個(gè)物體必須,金屬片的平面圖直板橫打樣子能夠滿足這類需求。因而,本文在研究過(guò)程中,主要是選用吸附式機(jī)械手來(lái)作為機(jī)械手的末端執(zhí)行器。目前在實(shí)際應(yīng)用中,吸附式末端執(zhí)行器主要是有兩種不同的吸附原理,一種是利用氣體吸附法,二是利用磁石進(jìn)行吸附。
第一種氣體吸附型末端執(zhí)行器。工業(yè)上通常用該種吸附式末端執(zhí)行器作為一種夾緊物件的機(jī)械裝置,該裝置一般是由進(jìn)排放系統(tǒng)、吸盤(pán)支架和強(qiáng)力吸盤(pán)來(lái)組成。其工作的原理主要是利用氣壓差來(lái)實(shí)現(xiàn)工件的吸附。進(jìn)氣口方便使用,重量較輕,無(wú)空氣污染,機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊。因?yàn)闅鈧?cè)吸末端執(zhí)行器適合于非金屬材質(zhì),對(duì)被吸工件預(yù)訂運(yùn)輸?shù)奈恢闷顩](méi)有要求,但要求被吸原材料整平光潔,被吸工件無(wú)漏汽、孔眼。
第二種磁性吸附式末端執(zhí)行器。在實(shí)際工業(yè)作業(yè)中,磁吸末端執(zhí)行器所吸物質(zhì)的量不損傷,磁吸模塊總面積具備很大誘惑力。但是和呼吸式對(duì)比,磁吸式尾端執(zhí)行器對(duì)吸附工件的外表粗糙度、埋孔和槽無(wú)特別要求,好于呼吸式尾端執(zhí)行器??墒?,有一些磁性機(jī)械手在吸引的工件被電磁閥吸附后也會(huì)產(chǎn)生磁損,吸附頭里的磁性碎渣會(huì)影響到機(jī)械手正常的姿勢(shì)等。此外,溫度是723之上時(shí),鐵、磁等成分并沒(méi)有磁性,高溫環(huán)境不能得到磁吸吸引力。根據(jù)氣體吸附和磁性強(qiáng)力吸盤(pán)優(yōu)缺點(diǎn)與實(shí)際工作性質(zhì),磁性吸附下手是本課題研究中機(jī)械手的控制技術(shù)手段。尾端執(zhí)行器的構(gòu)造。
因?yàn)楣ぱb夾具由金屬材料做成,硬盤(pán)和工件在功效中與工裝夾具相互影響。為了保證夾持的穩(wěn)定性,在電磁感應(yīng)吸咐上增加海綿吸盤(pán)設(shè)備,會(huì)獲得夾持模塊對(duì)工件的吸附力,使與卡具分離出來(lái)。夾持模塊控制模塊主要包含接近傳感器、真空吸盤(pán)和電磁鐵吸盤(pán)。為了能合理融合真空吸盤(pán)和電磁鐵吸盤(pán),電磁鐵吸盤(pán)選用中空總體設(shè)計(jì),直徑32mm,公稱直徑16mm,吸附力80N。真空吸嘴的孔徑為15mm,安裝于電磁閥的空心一部分,與軸一樣,真空吸嘴的最高面比電磁閥的下表面低2mm。真空吸盤(pán)徑向有彈簧結(jié)構(gòu),在和工件觸碰的過(guò)程當(dāng)中,會(huì)和其發(fā)生緊密的表面接觸,從而使吸附的效果能夠達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)真空壓力為80kPa時(shí),真空泵吸附力為14N,因而將一個(gè)夾持模塊控制模塊吸附力設(shè)成94N,主要是由2個(gè)夾持模塊所組成的手臂構(gòu)造的總吸附力為188N,工件最大的凈重為11N,具有很高的安全性率。接近傳感器坐落于電磁感應(yīng)液壓卡盤(pán)的外圍,接近傳感器的重要的作用是認(rèn)知工件的出現(xiàn)從而形成意見(jiàn)反饋。
手架模塊為機(jī)械臂的主體工程,具備2組夾持模塊機(jī),各自作為電氣接口及安裝插口。除此之外,機(jī)械臂前面具備機(jī)械安裝構(gòu)造,完成了抓取點(diǎn)對(duì)方案的挑選。夾持模塊的插口跨距設(shè)為180mm。
因?yàn)椴灰粯庸ぜ?個(gè)夾持平面圖間的角度差比較小,為了把夾持模塊與夾持平面圖融合,還需要增加工件的位置調(diào)整模塊,即通過(guò)加入徑向的關(guān)節(jié)軸承來(lái)實(shí)現(xiàn)工件的姿態(tài)調(diào)整,安裝于滾子軸承內(nèi),根據(jù)滾子軸承固定于手托模塊內(nèi)。夾持模塊根據(jù)精準(zhǔn)定位螺帽固定于徑向軸承內(nèi)圓上,根據(jù)45號(hào)鋼里外圈的相對(duì)性轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)視角。分析表明,所選用的三組夾持平面圖較大交角為10,徑向關(guān)節(jié)軸承拐角超過(guò)12,能夠滿足夾持規(guī)定。為了保證握柄的穩(wěn)定,徑向關(guān)節(jié)軸承在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候會(huì)遭受阻尼,滾動(dòng)軸承上有涂阻尼潤(rùn)滑油脂。
在實(shí)際的模塊設(shè)計(jì)中,一般是選用傳感器和信號(hào)處理器來(lái)共同組成反饋模塊,在實(shí)際的工作過(guò)程中,當(dāng)設(shè)備的車(chē)床卡盤(pán)貼近目標(biāo)件時(shí),傳感器會(huì)向外發(fā)出高電平信號(hào),讓信號(hào)處理器得到工作信號(hào),進(jìn)而把握住工件。
文中定制的機(jī)械爪已用于某公司防撬門(mén)鈑金生產(chǎn)物流線上,可以根據(jù)客戶規(guī)定完成迅速安裝,也可以實(shí)現(xiàn)不一樣規(guī)格型號(hào)鈑金加工廠機(jī)器人開(kāi)發(fā)配置。除此之外,文中定制的機(jī)械臂穩(wěn)定性高,能夠?qū)崿F(xiàn)汽車(chē)鈑金零件生產(chǎn)過(guò)程中三種工件的激光切割工作中。以上模塊化方案設(shè)計(jì)和零件墜落工裝夾具在汽車(chē)鈑金里的運(yùn)用,能夠?yàn)閷?duì)應(yīng)的工業(yè)化生產(chǎn)提供支持。