一種精整機(jī)上下料生產(chǎn)線設(shè)計(jì)

顧明磊，朱從武，范慶豐，周星源，楊 洋，黃海洋（揚(yáng)州鍛壓機(jī)床股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225128）

一種精整機(jī)上下料生產(chǎn)線設(shè)計(jì)

顧明磊，朱從武，范慶豐，周星源，楊 洋，黃海洋
（揚(yáng)州鍛壓機(jī)床股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225128）

本文介紹了一種直線機(jī)械手+視覺(jué)檢測(cè)精整機(jī)上下料技術(shù)，闡述粉末冶金異型件在生產(chǎn)線上的加工工藝和流程。

壓力機(jī)；偏載；底傳動(dòng)；雙伺服

粉末冶金零件大部分是異型件。將異型件上料至精整機(jī)模具內(nèi)需要判斷零件特征點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)暫沒(méi)有專用設(shè)備可識(shí)別異型件的特征點(diǎn)，因此尚不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化上下料，仍然以人工為主。精整機(jī)工作時(shí)噪聲較大，部分零件精整前需沾油處理，工作環(huán)境較差，加之用工成本不斷增加，市場(chǎng)上急需一種自動(dòng)化設(shè)備來(lái)替代或者部分替代人工上下料。結(jié)合用戶提供的零件和現(xiàn)有壓機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究，設(shè)計(jì)一臺(tái)自動(dòng)化設(shè)備實(shí)現(xiàn)精整機(jī)異型件自動(dòng)上下料。

1 零件分析

如圖1所示一種異形齒輪零件。該齒輪有兩個(gè)特征點(diǎn)：一是齒輪內(nèi)孔不規(guī)則，二是外面的齒形和內(nèi)孔有位置要求。零件重量113.2g。

圖1 零件外形圖

2 工藝分析

精整機(jī)上料工作站由產(chǎn)品供給系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、下料系統(tǒng)和產(chǎn)品收納系統(tǒng)四部分組成。

產(chǎn)品供給系統(tǒng)是集產(chǎn)品儲(chǔ)存、排列和輸送為一

體的系統(tǒng)，大體有三種方式：①振動(dòng)盤振動(dòng)碼料（外形是圓形且直徑較小零件）；②傳送帶自動(dòng)送料（異型件）；③碼料小車加自動(dòng)出料系統(tǒng)（異型件、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高）。

上料系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從供給系統(tǒng)出料位置到精整機(jī)模具定位位置運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。由于該零件是多特征異型件，故上料系統(tǒng)應(yīng)具有視覺(jué)分析、圖像處理、產(chǎn)品自動(dòng)旋轉(zhuǎn)定位和沾油等功能。運(yùn)動(dòng)過(guò)程要具備重復(fù)定位精度高、響應(yīng)時(shí)間短，運(yùn)動(dòng)速度快等特點(diǎn)。

下料系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從精整機(jī)到產(chǎn)品收納系統(tǒng)集料位置運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。

產(chǎn)品收納系統(tǒng)是精整合格產(chǎn)品的儲(chǔ)存排料系統(tǒng)。

根據(jù)零件特點(diǎn)，做出工藝流程圖如圖2所示。

圖2 工藝流程圖

3 工作站工位間尺寸確定

精整機(jī)模具長(zhǎng)度690mm，寬度650mm，上模和下模最大間距240mm。

為確保沾油工位安裝和油槽儲(chǔ)油量，現(xiàn)設(shè)定模具中心到沾油工位中心距600mm，則根據(jù)該尺寸確定出工作站相鄰工位間距，如圖2所示。

4 外購(gòu)件選型

4.1 輸送帶

帶寬140mm，電機(jī)輸出功率90W，皮帶長(zhǎng)度2m（一次可上料32個(gè)齒輪）。

4.2 搬運(yùn)機(jī)械手

搬運(yùn)機(jī)械手包括電機(jī)、直線機(jī)器人、伸縮滑臺(tái)、氣爪。

直線機(jī)器人：最大速度1050mm/s；重復(fù)定位精度0.01mm；電機(jī)功率400W；額定轉(zhuǎn)速3000r/min。

直線機(jī)器人額定速度：1000mm/s導(dǎo)程乘以電機(jī)額定轉(zhuǎn)速）。

伸縮滑臺(tái)：缸徑16mm；最大允許集中負(fù)載質(zhì)量4kg；活塞速度50~500mm/s；行程50mm；調(diào)整裝置后端調(diào)程。

氣爪：缸徑20mm；把持力有效值45N；行程10mm；重復(fù)精度0.02mm；最高頻率120cpm。

4.3 上料機(jī)械手

上料機(jī)械手包括直線機(jī)器人、電機(jī)、伸縮滑臺(tái)、氣爪。

直線機(jī)器人、電機(jī)、伸縮滑臺(tái)與搬運(yùn)機(jī)器人型號(hào)相同，由于氣爪把工件分別定位到沾油裝置和精整機(jī)后需不碰到工件的情況下返回，故氣爪選用齒輪式180°開(kāi)閉氣爪。

氣爪:缸徑25mm；夾持力矩0.73N·m(產(chǎn)品中心到轉(zhuǎn)動(dòng)中心距離100mm，大概能夾持0.73kg產(chǎn)品)；行程180°開(kāi)閉；重復(fù)精度0.2mm； 最 高 頻 率60cpm。

4.4 視覺(jué)分析

視覺(jué)分析包括工業(yè)相機(jī)、背光、直驅(qū)電機(jī)。

目前北京三寶興業(yè)視覺(jué)有限公司和北京大恒集團(tuán)在視覺(jué)領(lǐng)域比較專業(yè)，代理品牌較多，可以提供技術(shù)支持。西安市碑林區(qū)光良電子產(chǎn)品有限公司代理的背光產(chǎn)品比較多，可以根據(jù)相機(jī)具體尺寸確定背光型號(hào)。

直驅(qū)電機(jī)：電機(jī)功率377W，額定轉(zhuǎn)速200r/min，絕對(duì)精度12.5s。

4.5 沾油裝置

沾油裝置包括伸縮滑臺(tái)、產(chǎn)品。

伸縮滑臺(tái)：缸徑16mm；最大允許集中負(fù)載質(zhì)量4kg；活塞速度50~500mm/s；行程100mm；調(diào)整裝置后端調(diào)程。

4.6 下料機(jī)械手

下料機(jī)械手包括無(wú)桿氣缸、伸縮滑臺(tái)、氣爪。

伸縮滑臺(tái)、氣爪與上料機(jī)器人型號(hào)相同，由于下料過(guò)程中要求產(chǎn)品位置精度不是很高，而且只有一個(gè)伸縮動(dòng)作，故X軸運(yùn)動(dòng)采用無(wú)桿氣缸代替直線機(jī)器人。

無(wú)桿氣缸：缸徑25mm；行程600mm；重復(fù)精度1.8mm；最高頻率80~1000mm/s。

4.7 傳感器

直線機(jī)器人上配三個(gè)磁性開(kāi)關(guān)，氣缸、氣爪配兩個(gè)磁性開(kāi)關(guān)。

上料傳送帶上料處、視覺(jué)檢測(cè)的直線電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置、沾油裝置產(chǎn)品托架正上方各固定一個(gè)光電開(kāi)關(guān)，光電開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)料的到位情況，通過(guò)PLC控制機(jī)械手運(yùn)動(dòng)。

5 數(shù)字樣機(jī)

數(shù)字樣機(jī)構(gòu)成示意圖如圖3所示。

6 時(shí)序分析

（1）機(jī)器循環(huán)運(yùn)行前需要機(jī)械手事先抓取好料，在相應(yīng)位置等待，該過(guò)程需要設(shè)定初始化程序，待初始化完成后工作站自動(dòng)運(yùn)行。

（2）代號(hào)A代表搬運(yùn)機(jī)械手，代號(hào)B代表上料機(jī)械手，代號(hào)C代表下料機(jī)械手，對(duì)每個(gè)機(jī)械手和工位每個(gè)動(dòng)作分析，得到如圖4所示時(shí)序圖。

圖3數(shù)字樣機(jī)

（3）經(jīng)過(guò)以上對(duì)每個(gè)動(dòng)作時(shí)間分析，得出理論上的一個(gè)產(chǎn)品產(chǎn)出時(shí)間是9s。由于這個(gè)值是理論值，實(shí)際工作中要比理論時(shí)間長(zhǎng)，預(yù)估在10s左右，這樣一臺(tái)精整機(jī)8h產(chǎn)量2880件。輸送帶供給系統(tǒng)一次上料可運(yùn)行5min。

圖4時(shí)序圖

7 誤差分析

精整機(jī)上下料工作站誤差主要有兩種，一種是加工裝配誤差，一種是運(yùn)動(dòng)部件重復(fù)定位誤差。

設(shè)計(jì)選型時(shí)氣缸都帶有伸縮距離微調(diào)部件，Z軸方向誤差可以通過(guò)調(diào)整氣缸伸縮距離消除。直線機(jī)器人運(yùn)動(dòng)距離程序可以控制，通過(guò)控制直線機(jī)器人移動(dòng)距離可以消除工位之間的距離誤差。

運(yùn)動(dòng)部件的重復(fù)定位誤差是不確定值，隨機(jī)誤差，裝配調(diào)整無(wú)法消除?，F(xiàn)從上料傳送帶到精整機(jī)模具中心，X軸方向最大可能產(chǎn)生重復(fù)誤差是0.5mm（齒輪式180°開(kāi)閉氣爪重復(fù)定位誤差0.2mm，設(shè)備中共兩處使用），視覺(jué)工位旋轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)品可產(chǎn)生12.5s角度誤差。為了消除這兩個(gè)誤差，擬設(shè)計(jì)兩處帶錐度過(guò)定位處。一處是在視覺(jué)定位工位對(duì)產(chǎn)品下面臺(tái)階定位，可以消除搬運(yùn)機(jī)器人產(chǎn)生的誤差。一處是在精整機(jī)模具下模中心處對(duì)內(nèi)孔定位，可以消除旋轉(zhuǎn)電機(jī)和上料機(jī)器人運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的誤差。

[1]何德譽(yù).曲柄壓力機(jī)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981.

[2]陳文軍，王發(fā)展，丁秉鈞．粉末冶金工藝及材料[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2011．

[3]陳振華．現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[4]宋久鵬，日爾曼．粉末注射成形：材料、性能、設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011．

[5]韓鳳麟，馬?？?，曹勇家．粉末冶金工藝及材料[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009．

Design of loading and unloading for fine finishing press production line

GU Minglei,ZHU Congwu,FAN Qingfeng,ZHOU Xingyuan,YANG Yang,HUANG Haiyang
（Yangzhou Metal Forming Machine Group Co.,Ltd.,Yangzhou 225128,Jiangsu China）

One kind of loading and unloading technology combining with linear manipulator and visual inspection for fine finishing presshas been introduced in the text.The processing technology and flow of powder metallurgy parts in the production line have been described.

Fine finishing press;Powder metallurgy;Manipulator

TG315.5

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.02.002

1672-0121（2017）02-0009-04

2016-10-27；

2017-02-20

顧明磊（1982-），男，工程師，從事鍛壓設(shè)備設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。

E-mail：beijing2008chenc@163.com