國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人打磨系統(tǒng)設(shè)計(jì)

賈時(shí)成 孫英飛

（安徽埃夫特智能裝備有限公司，安徽 蕪湖 241007）

1 引言

在打磨業(yè)人工進(jìn)行作業(yè)較多。這種打磨方式能提升產(chǎn)品質(zhì)量但也存在缺點(diǎn)：（1）因打磨現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境惡劣，火花與粉塵對(duì)人體傷害使從業(yè)者減少；（2）隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展，工人的工資與材料費(fèi)用增加，使成本提升；（3）工作時(shí)工人依照經(jīng)驗(yàn)判斷是否加工完成，因此加工質(zhì)量無(wú)法保證；（4）因工人無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間集中去做重復(fù)性工作，導(dǎo)致工作效率低，工作連續(xù)性無(wú)法保持穩(wěn)定。

國(guó)外有機(jī)器人在打磨行業(yè)的應(yīng)用，但昂貴的價(jià)格和售后服務(wù)使很多廠家忘卻止步。國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人在打磨和拋光行業(yè)中尚在發(fā)展階段，但價(jià)格便宜、服務(wù)周到，在打磨和拋光業(yè)中占有一定市場(chǎng)。本文所述的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人是由安徽埃夫特智能裝備有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)的ER50-C20型工業(yè)機(jī)器人在打磨和拋光行業(yè)中的應(yīng)用。

2 設(shè)計(jì)思路

2.1 行業(yè)需求

由于打磨行業(yè)的以上弊端，導(dǎo)致行業(yè)勞力銳減。公司根據(jù)際客戶需求，研究開發(fā)的ER50-C20型工業(yè)機(jī)器人，主要面向打磨和拋光市場(chǎng)。自動(dòng)打磨系統(tǒng)主要由工業(yè)機(jī)器人、打磨設(shè)備、力反饋控制系統(tǒng)、離線編程軟件、校準(zhǔn)裝置、在線控制系統(tǒng)等組成，覆蓋了打磨和拋光工藝的各方面，先進(jìn)技術(shù)使系統(tǒng)能處理各種復(fù)雜形狀的工件，且保證工件加工質(zhì)量和產(chǎn)品一致性，可以極大提高生產(chǎn)效率和成品率，同時(shí)又用安裝在磨削拋光設(shè)備上的力反饋?zhàn)赃m應(yīng)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)反饋加工受力狀態(tài)，使系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)均勻磨削，提高被加工表面質(zhì)量一致性，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀工件磨削拋光自動(dòng)化。

圖1 鑄管承口自動(dòng)打磨系統(tǒng)三維仿真

2.2 機(jī)器人設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）基本參數(shù)

ER50-C20型 機(jī)器人末端最大負(fù)載：50kg，最大臂展半徑：2146mm。

（2）各軸最大速度和活動(dòng)范圍

表1

3 打磨機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文以實(shí)際應(yīng)用的鑄管承口自動(dòng)打磨系統(tǒng)為例，整體介紹一下機(jī)器人打磨系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和組成。

圖2 自動(dòng)打磨系統(tǒng)流程控制圖

如圖1所示，鑄管承口自動(dòng)打磨系統(tǒng)三維仿真示意圖。

其中：1六自由度工業(yè)機(jī)器人，是整個(gè)打磨系統(tǒng)中的主要執(zhí)行者；2鑄管固定裝置，用于保證鑄管相對(duì)位置不變；3打磨刀具，有自適應(yīng)補(bǔ)償功能，用于打磨鑄管承口；4對(duì)刀平面，用于打磨磨損或換刀過(guò)程中對(duì)機(jī)器人末端工具的校準(zhǔn)；5鑄管檢測(cè)裝置，用于識(shí)別生產(chǎn)線上不同的鑄管產(chǎn)品，從而調(diào)用不同打磨程序；6待打磨的球墨鑄鐵管；7從動(dòng)托輪裝置，用于打磨過(guò)程中對(duì)鑄管傳動(dòng)。

系統(tǒng)由PLC作為主控單元，由PLC控制機(jī)器人、鑄管固定裝置、托輪電機(jī)、鑄管管徑識(shí)別裝置和打磨工具等協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。PLC主要實(shí)現(xiàn)和機(jī)器人相互通信邏輯判斷等功能，啟動(dòng)PLC后啟動(dòng)機(jī)器人，由PLC控制機(jī)器人、固定裝置、管徑識(shí)別裝置和打磨工具等動(dòng)作。機(jī)器人正常運(yùn)行則反饋給PLC一個(gè)運(yùn)行正常信號(hào)，機(jī)器人自檢出目前位置姿態(tài)確認(rèn)是否安全，如處于安全區(qū)域則發(fā)出高電平，允許鑄管輸送裝置輸送新的鑄管工件，如進(jìn)入打磨區(qū)域則為低電平，禁止輸送裝置輸送新的鑄管工件，PLC發(fā)送鑄管固定裝置開始動(dòng)作信號(hào)，固定好鑄管工件，再觸發(fā)鑄管管徑識(shí)別裝置，判斷當(dāng)前鑄管工件型號(hào)，PLC同時(shí)將這些信號(hào)發(fā)給機(jī)器人，機(jī)器人根據(jù)所發(fā)信號(hào)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用打磨程序。機(jī)器人發(fā)送啟動(dòng)托輪電機(jī)和啟動(dòng)打磨工具命令，進(jìn)行鑄管承口的打磨工序。機(jī)器人完成打磨后，回到安全區(qū)域發(fā)給PLC打磨任務(wù)完成命令，機(jī)器人調(diào)用對(duì)刀補(bǔ)償程序，由于打磨過(guò)程中對(duì)打磨工具的磨損，需要對(duì)打磨工具進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)償，同時(shí)PLC接受到打磨任務(wù)完后，啟動(dòng)鑄管輸送裝置輸送出打磨過(guò)的鑄管工件，PLC進(jìn)入下一循環(huán)周期。

結(jié)語(yǔ)

該鑄管承口自動(dòng)打磨系統(tǒng)已連續(xù)運(yùn)行數(shù)月，狀況良好，打磨鑄管承口不僅打磨效果良好，保證產(chǎn)品一致性，不僅改善惡劣的工作環(huán)境，提高了生產(chǎn)率。該鑄管承口自動(dòng)打磨系統(tǒng)的成功運(yùn)行開啟國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人在打磨業(yè)的應(yīng)用，相信不久的將來(lái)，打磨和拋光業(yè)中會(huì)看到更多國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的身影。

[1]龐明.機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[M].北京：科學(xué)出版社，2007.