本項目設(shè)計為兩組品字形設(shè)備排布，每組品字形主要是一臺關(guān)節(jié)機器人負責(zé)三臺機床上下料，設(shè)備有一臺七關(guān)節(jié)機器人、一臺數(shù)控車床、兩臺自制數(shù)控鏜床、一套雙層上下料架，一套手動上下料吊具供兩組品字形設(shè)備上下工件。自動上下料機構(gòu)是本次設(shè)計中的一個重要部分，所謂上料、下料機構(gòu)是指在加工過程中實現(xiàn)自動給料和自動出料的機械裝置，最終實現(xiàn)自動工作循環(huán)。自動化工序主要包括精車法蘭盤、鉆孔、盤孔內(nèi)外端面倒角，年產(chǎn)能可達30萬件，比原有生產(chǎn)線每班節(jié)省7人，年節(jié)省計件工資126萬元。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖

首先簡單介紹一下我公司的一種法蘭盤產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，具體產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要加工尺寸：外圓直徑 φ221mm，盤厚15mm，中心距為 φ190mm，共計10個孔，孔徑為16.3 +0.2mm，孔相對于半軸兩端中心孔的位置度為 φ0.2mm，加工法蘭盤外圓、內(nèi)外端面，鉆法蘭盤孔，內(nèi)外端面孔倒角。

圖1 法蘭盤產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖

生產(chǎn)線原有加工方式

原有生產(chǎn)線存在很多缺點與不足，如圖2所示。生產(chǎn)線加工為單機加工，工序為鉆孔(立鉆或組合鉆、普車精車盤、鏜孔、內(nèi)外端面倒角，每臺機床一名操作者，具有機床分布零散、工序多、運輸距離遠、用人多、人工成本高等缺點。

圖2 原生產(chǎn)線存在的缺點

自動線改造設(shè)計——改善措施

此自動化設(shè)計選擇了區(qū)域化設(shè)計方案，總體結(jié)構(gòu)采用品字形設(shè)計，一個區(qū)域采用兩組品字形結(jié)構(gòu)，對稱布置，進出料口在兩組品字形的中間位置，由于進出料口在同一側(cè)，上、下工件由一人操作即可，減少一名操作者，如圖3所示。此自動化設(shè)計替代了傳統(tǒng)的單機手動操作，一個品字形的設(shè)備組成：自制的鉆孔機床2臺，型號ZTMK6100-260/YF；數(shù)控斜軌車床1臺，型號SL-36150；FANUC七軸機器人1臺，型號2000iB-210F；一套平衡吊及吊具承擔(dān)兩套品字形的上、下工件工作；上下工件工裝為雙層上下料架。以上設(shè)備及工裝組建成了精車→鉆孔→倒角自動線，單班產(chǎn)能300件，單班節(jié)省7人，大大降低人工成本，由于工序少，運行穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量一致可靠。

圖3 設(shè)備布局情況

整線動作邏輯關(guān)系

人工操作吊具取料到料架→頂層料架輸送到加工區(qū)→機器人取第一件到車床上料→機器人取第二件到車床、翻轉(zhuǎn)手爪取下車床加工好的第一件、上料第二件→機器人抓取第一件到一號鉆孔機床上料→機器人取第三件到車床、翻轉(zhuǎn)手爪取第二件、上第三件→機器人抓取第二件到二號鉆孔機床上料→機器人到一號鉆孔機床取第一件回料架為一組完整加工狀態(tài)，以此類推順序完成頂層料架所有產(chǎn)品的加工，當(dāng)頂層料架擺滿加工完的成品后料架會退出，底層料架會進入程序形成一個互相交替的動作，最終完成自動循環(huán)不停機。

自動線組成結(jié)構(gòu)

平衡吊及吊具

上料方式采用平衡吊，臂展半徑3200mm，前端夾具位置可直接與地面接觸。抓取料工裝為自行設(shè)計的手動夾具，夾具為折臂杠桿形式，抓取時采取雙手聯(lián)動方式。由于轉(zhuǎn)序半軸為瑪蓮朵擺放，桿與桿緊挨著，大多數(shù)沒有縫隙，夾具設(shè)計前端為尖角便于抓取工件。抓取動作雙手握住夾具手柄，夾具靠自重下落變形張開，前端尖角部位插入工件桿部縫隙中，抓料后操控手動開關(guān)提升工件，放入料架后手拉懸臂桿，脫開掛鉤，打開夾具，完成上料動作。此上下料夾具主要解決工件桿與桿之間緊湊無縫隙、難抓取的問題，如圖4所示。

圖4 平衡吊及吊具

雙層上下料架

雙層料架是自動送料的機械裝置，最終實現(xiàn)自動工作循環(huán)。雙層上料架上層可裝載6件工件，下層可裝載4件工件。工人用吊具取料放到V形塊上，靠近盤桿部及花鍵桿部各有一信號，到位信號燈會亮起，依次擺放；當(dāng)頂層裝滿6件半軸后，氣缸定位，花鍵端面與定位塊靠嚴，此時工件信號全部到位，上層料架推進送料區(qū)待加工；上層料架的工件全部加工完后再退回到原有位置卸下工件；下層料架裝滿4件工件再以同樣的方式輸送到待加工區(qū)，實現(xiàn)自動循環(huán)加工。整個上下料過程如圖5所示。

圖5 雙層上下料架

機器人及手爪

⑴機器人：本次方案選用日系發(fā)那科機器人，型號定為R-2000iC，此型號機器人為通用機型，性價比高。機器人如圖6所示，本體參數(shù)：最大工作半徑2655mm，負載(指第6軸最前端負載)210kg，動軸數(shù)為6關(guān)節(jié)，加地軌為7關(guān)節(jié)，重復(fù)定位精度±0.05mm，本體重量為1090kg。

圖6 發(fā)那科R-2000iC機器人

⑵機械手爪：機器人手爪為2套相同手爪并列布局，實現(xiàn)上下料切換，如圖7所示。手爪為氣動結(jié)構(gòu)，手指為仿形設(shè)計，可穩(wěn)定抓取工件桿部。本方案手爪采用杠桿原理，配置缸徑 φ160mm氣缸，通過拉緊松開杠桿，實現(xiàn)手爪開合抓取工件動作，抓取范圍直徑 φ45～ φ65mm。

圖7 機械手爪結(jié)構(gòu)

數(shù)控車床及鉆孔機床

數(shù)控車床與鉆孔機床為標準機型，鉆孔裝夾方式與車床基本相同不再詳細介紹，如圖8所示。

圖8 數(shù)控車床及鉆孔機床

安全圍欄

由于本方案自動線為獨立單元，整個單元有安全圍欄防護(圖9)。安全圍欄為方形網(wǎng)格篩，用方管與鋼筋焊接完成，此方案圍欄未配置安全鎖，在整線加工時操作人員會先鎖好圍欄再進行加工，防止對人員造成傷害。

圖9 安全圍欄

加工后的產(chǎn)品狀態(tài)

加工后的產(chǎn)品如圖10所示，表面光亮，尺寸精確，符合要求。

圖10 加工后的產(chǎn)品

總結(jié)

⑴自動生產(chǎn)線按規(guī)定的程序或指令自動進行操作或控制，其目的是降低產(chǎn)品成本、提升產(chǎn)品質(zhì)量。

⑵此自動線技術(shù)較先進，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、可靠，序間無在制品、無磕碰。

⑶有力改善了勞動條件，采用自動生產(chǎn)線可以把人從繁重的體力勞動、部分腦力勞動以及惡劣、危險的工作環(huán)境中解放出來。

⑷縮減生產(chǎn)占地面積，產(chǎn)品是在生產(chǎn)線上運作，不會占用多余的位置。

⑸降低人工成本，縮短生產(chǎn)周期，單位時間內(nèi)能夠生產(chǎn)更多的產(chǎn)品，保證生產(chǎn)均衡性，有顯著的經(jīng)濟效益。