數控加工中心上下料機器人動作過程

作為（wéi）全球*大雇主排行榜第十位的富士康，攜手阿裏14億（yì）布局機器人行業，*有新聞報道出3C機器人未（wèi）來5年需（xū）求或達30萬台（tái），可見機器人是未（wèi）來發展趨勢。從（cóng）*初的普銑到現在的數控銑床（數控（kòng）加工中心），人們（men）對（duì）加工精度、批量化自動（dòng）化生產提出了（le）*高的要求（qiú），這就（jiù）實現了數控加工（gōng）中心和機器人的相結合，數控加工中心上下料機器人由此誕生。　　　　在用數控加工中（zhōng）心加工輪轂等大型零（líng）件時，負載可達幾（jǐ）十（shí）公斤重，其外形也大多是盤類件。這類加工件數量大，機（jī）床幾（jǐ）乎要24小（xiǎo）時運行。在歐美等發達國家早已采用機（jī）器手來自動上料和下料，代替了人工。下麵就以一（yī）個盤類零件的加工為例，概括性地介紹數控加（jiā）工中心上（shàng）下料（liào）機器人。　　　　數（shù）控加（jiā）工中心上下料（liào）機器人工作原理　　　　數（shù）控加工中心上（shàng）下料機器人要根據加工零件的形狀及加工（gōng）工（gōng）藝的不同，來采用不同的手爪抓取係統。而完成抓取，搬運和（hé）取（qǔ）走過程的運動機構就是大型直（zhí）角坐標機器人，它們（men）通（tōng）常就（jiù）是一個水平運動軸（X軸）和上（shàng）下運動（dòng）軸（Z軸）。被加（jiā）工零件形狀和重（chóng）量不同所采用的手爪形狀及結構也不同，手爪的類型及尺寸要根據具體的零件及（jí）加工工藝（yì）來定（dìng）。　　　　一、 機械結構　　　　通常毛坯料和加工完（wán）的工（gōng）件分別放置在數控加工中心的一側或兩側。圖1中（zhōng）給出的兩個例子是*常見的上（shàng）下料和機床位置關係。　　　　這裏Z軸，手爪係統和毛坯件的（de）總重量通常（cháng）是100到300公斤。對於負載重（chóng）量（liàng）小及抓取後不需轉動處理（下料時），Z軸就用單根的LM-A44結構。如果負載較重或及下料時負載還要被轉動，Z軸就用如圖2的雙根加強型的LM-A88結構。LM-A44結（jié）構（gòu）可以抓取60公斤重負載（zǎi），LM-A88可（kě）以抓取300公斤重負載。Z軸的有效行程（chéng）從200mm到2000mm，可以滿足常（cháng）見的數控加工（gōng）中（zhōng）心上（shàng）下料要求。　　　　　　　 　整體效果圖 Z軸LM-A88抓取軸　　　　X軸的（de）行程較長，小負載時采用一根PAS44BB或兩根PAS43BB結構。大負載時采用（yòng）兩根PAS44BB結構或加（jiā）強型PAS88BB結構。X軸的負（fù）載是指（zhǐ）Z軸，手爪係統和毛坯件（jiàn）的總重量。X軸的負載從200公（gōng）斤（jīn）到800公斤，其標準的（de）有效行（háng）程（chéng）*長達5600mm。特殊要求（qiú）X軸的負載可達3000公斤，其有效行程（chéng）*長達12000mm。 通常情況下采用一個X軸（zhóu），兩個Z軸結構，其中一個（gè）Z軸僅（jǐn）用於上料（liào），另一個Z軸僅用於下料。這是Z軸可以是齒型帶傳動，而X軸要采用齒（chǐ）輪齒條傳動方式。　　　　二、 傳動（dòng）方式及運動參數　　　　標（biāo）準型X軸和Z軸采用齒型帶傳動，其運行速度根（gēn）據負載大小及行程*高可達5米（mǐ）/秒。但實際中我們常（cháng）用的（de）運行速度是0.5~1米（mǐ）/秒, 小負載時達到2米/秒。　　　　對（duì）於大負載或行程超（chāo）過6000mm時，通常采用齒輪齒（chǐ）條傳動方式，這時運（yùn）行速度低些。　　　　采用齒型帶傳動時（shí）其高速運行後重服定位精度是0.05mm。采用精密性齒型帶傳動時其重服定位精度是0.02mm。這對機床上料（liào）來說精度足夠了。　　　　要根據所（suǒ）加工工件的不同，來選擇合適的手爪。根據負（fù）載及其轉動慣量、行程、運動（dòng）速度（dù）（*大速度（dù）、加速度等）等來選取合式型號的（de）直線運動單元（X軸和Z軸）、所配驅動電機、減速機和數（shù）控係統（tǒng）等。針對用戶需求（qiú）進行選型，每（měi）個環節都保證足夠高的安全係數（shù），保（bǎo）證（zhèng）長期、高精度、高速、高效（xiào）地工作。　　　　三 、動作（zuò）描述　　　　為了提高效率通（tōng）常采用兩（liǎng）台機器人（rén），一個用於上（shàng）料，一個用於下料。整（zhěng）個上下料過程主要由兩（liǎng）步完成，無（wú）論采用一個機械手還是采用兩個Z軸係統，其工作過程幾乎完全一（yī）樣：1 抓取毛坯及放到工作台卡盤（pán）上過程；2從工作（zuò）台卡盤取下零件及放置到（dào）特定位置（zhì）過程。下麵分別加以簡（jiǎn）單描述：　　　　1、 抓取毛坯及放到工作台卡盤上過程： 毛坯料通常由鏈條式（shì）傳送帶運（yùn）輸到指定的（de）位置，由氣動或電動定（dìng）位機構進行初步定位，保證（zhèng）每（měi）次機器人從同一位置抓取零件。當X軸向右運動到毛坯料前方時停止（zhǐ）運動，Z軸向下運（yùn）動使張開的手爪剛（gāng）好能抓住毛坯件。這時閉（bì）合手爪抓住毛（máo）坯。然後Z向上運動（dòng）到指定（dìng）高度後（不會發生碰撞），X軸向左運動到工作台卡盤正上方，然後Z軸（zhóu）向下（xià）運動把毛坯裝入卡盤或（huò）工裝內。然後卡盤夾緊，Z軸上升到（dào）超出機床防護罩上方，X軸再運動到毛坯上方或等待卡盤上方。　　　　2、 從（cóng）工作台卡盤取（qǔ）下零件及放置到特定位置過程： 當X軸運動（dòng）到卡盤的正上方（fāng）後，Z軸向下運動使手爪剛好能抓住工件，然後給氣壓使手（shǒu）爪合並抓住工件，這時機械手的控製係統控製液（yè）壓卡盤鬆開，當控製係統得到卡盤鬆開信號後，Z軸向上運動（dòng）到出（chū）來機床（chuáng）防護（hù）板（bǎn），然後X軸向左運動（取（qǔ）決於放下料的位置（zhì））把（bǎ）工件運動到（dào）放料位置正上方。這（zhè）時Z軸下降到工件落到放料件上，在張開手爪及提升Z軸，從而完成取料及放料過程。　　　　四（sì）、 控製（zhì）係統簡介（jiè）　　　　在上下料過程中（zhōng）要與機床工作台運動及（jí）卡盤張緊等精確協調，嚴格按信號流（liú）順序來控製上下料過程。在放下加工好的零件和取要加工的新（xīn）零件時也必須（xū）與其配套的設施精確同步協（xié）調。這裏的到位和離（lí）開等開關信號要高質量高可靠，必須以安（ān）全為（wéi）主，確保每個步驟能夠合理銜接，控製係統的信號撲捉速度要快。專業設（shè）計人員精通數控係統和數控機床（chuáng），步進電機，伺服電機，氣動手爪等相關產品，借鑒百格拉類似的（de）機器人項目，可在短時間內（nèi）對各（gè）個運動節拍進行合（hé）理安排和設（shè）計，保證上下料機器人高效、協調、安全、長期可（kě）靠地工作。　　　　以上僅簡單介紹為立式加工中心上（shàng）下料原理性動作過程（chéng），還（hái）有其它車床、磨床和衝床等設備設計了上下料機器人。　　　　五、 結束語　　　　在德國幾乎所有批量加工都采用機（jī）器人自動上下料。但根據（jù）要加工工件的幾何形狀，加工工藝和（hé）工作節拍不同（tóng），所采取的手爪和機器人的型號（hào）也（yě）有所區別。如加工（gōng）工件（jiàn）不同或加工工件時間較長，可選用（yòng）不同的手爪結（jié）構，用單台機（jī）器人對多台機床進行上下料，或是多台機器人（rén）聯機上下料實（shí）現（xiàn）自（zì）動化。東莞（wǎn）市國（guó）匠（jiàng）智控（kòng）有限公司是（shì）一家股份製公司（sī），旗下有 眾（zhòng）創為智控科技有限公司，景哲機電有限公司，子帆機床服務公司 ，專注於數控設備的生（shēng）產'，銷售，研發，整機配套，和代工服務為一體的高薪（xīn）技術企業。