劉佰林
(沈陽新松機(jī)器人自動化股份有限公司,遼寧 沈陽 110168)
三維工裝平臺是一個標(biāo)準(zhǔn)化、高柔性、精度高、可反復(fù)使用的設(shè)備,智能工廠的工作人員可根據(jù)生產(chǎn)要求拼接出不同方案要求的工裝夾具,可以適用在軌道車輛、工程機(jī)械、新能源汽車、集裝箱、航空等行業(yè)。然而種類繁多的工件的拼接角度是千變?nèi)f化的,需要在輔助工裝上繼續(xù)投入各種資源,目前這種三維工裝平臺就很難快速適應(yīng)工件對不同拼焊角度的需求,因而研發(fā)一種能快速實現(xiàn)自動翻轉(zhuǎn)角度的三維工裝翻轉(zhuǎn)平臺就勢在必行。
該設(shè)備主要通過兩種三維工裝平臺作為工裝夾具的本體,其中一種三維工裝平臺是固定的,另一種工裝平臺可以正反向翻轉(zhuǎn)角度來實現(xiàn)兩種三維工裝平臺相對角度的變化。
三維工裝翻轉(zhuǎn)平臺(如圖1所示)主要由三維柔性焊接工裝平臺(固定)、三維柔性焊接工裝平臺(翻轉(zhuǎn))、支撐柱、鉸接座、小齒輪、大齒圈、電機(jī)減速機(jī)、十字萬向軸、翻轉(zhuǎn)架、安裝框架、工作行程限位安全開關(guān)等組成;三維工裝平臺(固定)安裝在多個支撐柱上,固定基礎(chǔ)地基上固定不動,具有翻轉(zhuǎn)功能的三維工裝平臺安裝在翻轉(zhuǎn)架上,翻轉(zhuǎn)架與多個鉸接座使用銷軸鉸接的方式進(jìn)行連接,鉸接座、小齒輪、電機(jī)減速機(jī)、十字萬向軸安裝固定在基礎(chǔ)地基的安裝框架上。該設(shè)備使用高精度的伺服驅(qū)動電機(jī)作為平臺旋轉(zhuǎn)的動力源,伺服電機(jī)連接在驅(qū)動減速機(jī)、驅(qū)動減速機(jī)、十字萬向軸、小齒輪、大齒圈、翻轉(zhuǎn)架、三維柔性工裝平臺(翻轉(zhuǎn))進(jìn)行正反方向的翻轉(zhuǎn),這樣就實現(xiàn)了固定的三維工裝平臺和能翻轉(zhuǎn)三維工裝平臺形成相對不同的需求的角度,然后在已經(jīng)形成要求角度的三維柔性焊接工裝平臺上安裝各種柔性工裝夾具,拼接成需要的工裝。
圖1 三維工裝翻轉(zhuǎn)平臺
該夾具系統(tǒng)由帶有眾多規(guī)格相同孔的平臺和具有多樣功能的模塊組成,孔徑一般為直徑28 mm和直徑16 mm兩種規(guī)格。
三維平臺的表面使用孔陣列,該三維平臺的外形尺寸從長度0.5 m、寬度1 m到長度2 m、寬度4 m,在三維平臺除了底部的其他表面上,每100 mm穿一個28 mm(直徑28 mm的系列)的圓形孔,或每50 mm穿一次16 mm(直徑16 mm的系列)的圓形孔,尺寸線按照橫平豎直陣列的方式布局,這些定位銷孔是用來穿標(biāo)準(zhǔn)的定位銷使用的,各種形狀、功能各異的標(biāo)準(zhǔn)夾具使用定位銷軸固定在三維平臺上。
標(biāo)準(zhǔn)夾具表面上的孔有直徑28 mm和直徑16 mm兩種規(guī)格。標(biāo)準(zhǔn)夾具包括各種高度規(guī)格的直角定位塊、各種高度規(guī)格的立柱、V形塊、快鎖定位銷以及各種快速夾具和其他模塊等。標(biāo)準(zhǔn)夾具上還配以直徑28 mm和直徑16 mm的高精度定位光孔和U形孔,可以在三維平臺的任意一個位置使用快鎖定位銷安裝,標(biāo)準(zhǔn)夾具的外形和機(jī)構(gòu)是標(biāo)準(zhǔn)化的,構(gòu)思非常巧妙。
快鎖定位銷的材質(zhì)使用高強(qiáng)度碳鋼制造,硬度極高,其內(nèi)部構(gòu)造是使用高強(qiáng)度圓形鋼珠與三維平臺固定,將標(biāo)準(zhǔn)夾具穿銷固定后,旋轉(zhuǎn)手柄鋼珠就會從銷軸的內(nèi)部向外漲緊,結(jié)構(gòu)簡單,實用性能強(qiáng),不容易損壞,性能穩(wěn)定,操作人員只要使用一只手就可以擰緊快鎖定位銷;各種高度規(guī)格的直角定位塊可用于需要直角定位的場景,例如,需要拼接成直角的兩個板材零件,就可以使用直角定位塊來定位,寬度為28 mm或16 mm的U形長槽口會配置在長度比較長的直角定位塊上,可以通過U形的槽口的特點,進(jìn)行各種方向的拉伸來改變位置,調(diào)整好位置后,操作人員可以旋轉(zhuǎn)快鎖定位銷鎖緊定位塊;懸臂類型的標(biāo)準(zhǔn)壓頭的夾緊方向有各種夾緊角度的。按照操作手柄的種類,有旋轉(zhuǎn)螺紋夾緊的,快速夾鉗夾緊的,還有外六方擰緊樣式的。V形塊樣式的標(biāo)準(zhǔn)夾具是用來定位工件有孔位精度要求的場景的,將V形塊固定在工裝平臺上,穿銷軸固定帶孔的工件,再將銷軸用快速夾鉗夾緊,這樣就拼接出高精度的孔類工件。調(diào)高件夾具是用來調(diào)整支撐高度不同的場景的,零件拼接有高度差的時候,就可以旋轉(zhuǎn)調(diào)高件來調(diào)整出不同的高度需求,然后再用快速夾緊夾具夾緊固定。這樣的功能性標(biāo)準(zhǔn)夾具還有很多種。
三維工裝平臺固定結(jié)構(gòu)(見圖2)采用螺栓和快鎖定位銷固定方式安裝在支撐柱上,支撐柱固定在土建基礎(chǔ)和安裝框架上面固定不動,立柱具有可調(diào)整高低功能,調(diào)整各個立柱的調(diào)整螺栓,使工裝平臺的工作面處于水平狀態(tài),調(diào)整水平后,采用焊接的方式固定在基礎(chǔ)上的預(yù)埋鋼板上;平臺側(cè)邊在鑄造的時候,將工藝缺口提前鑄造成型,防止大齒圈回轉(zhuǎn)過程中與工裝平臺干涉,起到避讓的作用。
圖2 三維工裝平臺(固定)結(jié)構(gòu)
工裝平臺側(cè)面均留有連接快鎖定位銷的孔,當(dāng)需要拓展成多個平臺的時候,多個平臺之間可以穿平臺專用的快鎖定位銷穿銷固定連接,這樣就可以使平臺之間緊密貼合,連接非常牢固。
翻轉(zhuǎn)架(結(jié)構(gòu)見圖3)的材質(zhì)采用高強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)型鋼,使用焊接的方式拼接成翻轉(zhuǎn)架;大齒圈安裝在齒圈安裝架上,齒圈安裝架使用螺栓固定在翻轉(zhuǎn)架上,具有翻轉(zhuǎn)功能的三維工裝平臺安裝在翻轉(zhuǎn)架上,三維工裝平臺和翻轉(zhuǎn)架使用快鎖定位銷定位,采用高強(qiáng)度螺栓鎖緊,這樣保證了翻轉(zhuǎn)架的鉸接孔與大齒圈的回轉(zhuǎn)中心同軸的精度,翻轉(zhuǎn)架的鉸接孔安裝在鉸接座上的銷軸上,由伺服電機(jī)驅(qū)動減速機(jī),減速機(jī)帶動十字萬向軸,十字萬向軸帶動小齒輪、小齒輪咬合大齒圈進(jìn)行轉(zhuǎn)動,實現(xiàn)平臺進(jìn)行正反方向的旋轉(zhuǎn)功能。
圖3 翻轉(zhuǎn)架結(jié)構(gòu)
鉸接座(結(jié)構(gòu)見圖4)的材質(zhì)采用高強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)型鋼,使用焊接的方式拼接成翻轉(zhuǎn)架;鉸接座安裝在安裝框架的上面,翻轉(zhuǎn)架用銷軸安裝在鉸接座上,翻轉(zhuǎn)架繞著旋轉(zhuǎn)軸正方向旋轉(zhuǎn),鉸接座上安裝了防護(hù)罩,大齒圈防護(hù)罩可以罩住大齒圈,這樣就起到安全防護(hù)的作用。
圖4 鉸接座結(jié)構(gòu)
驅(qū)動設(shè)備(結(jié)構(gòu)見下頁圖5)由伺服電機(jī)、減速機(jī)、十字萬向軸、小齒輪等組成;驅(qū)動設(shè)備安裝在各自的安裝座上,伺服電機(jī)驅(qū)動減速機(jī)、十字萬向軸、小齒輪、大齒圈進(jìn)行正反方向旋轉(zhuǎn),這樣就改變了固定平臺與翻轉(zhuǎn)平臺之間的角度。
圖5 驅(qū)動結(jié)構(gòu)
安全配置由行程開關(guān)、限位塊、防護(hù)罩等組成,平臺在旋轉(zhuǎn)的時候,超過設(shè)定行程,出現(xiàn)意外不停止的情況下,限位塊會觸碰到行程開關(guān),行程開關(guān)閉合,觸發(fā)信號,信號傳送給上位機(jī)PLC,控制系統(tǒng)會強(qiáng)制伺服驅(qū)動電機(jī)斷電,伺服驅(qū)動電機(jī)選用掉電抱閘的類型,伺服電機(jī)斷電后,抱閘會自動對電機(jī)進(jìn)行抱閘,這樣就保證了平臺不會自動下落,保證了人員以及設(shè)備的安全。
防護(hù)罩設(shè)計成半圓形狀,平臺和平臺之間的間隙用防護(hù)罩遮擋,平臺旋轉(zhuǎn)的時候,防護(hù)罩圓弧面始終與固定平臺的側(cè)面相互貼合,這樣就保證了平臺與平臺之間是沒有間隙的,人工在平臺上面工作的時候,就不會掉落進(jìn)縫隙之中,保護(hù)了操作人員的安全[1-3]。
通過上述介紹可以看出,該三維工裝翻轉(zhuǎn)平臺可以自動調(diào)整平臺工件的拼接角度,角度可以在上位機(jī)操作屏幕上進(jìn)行人工設(shè)定,根據(jù)生產(chǎn)需求,操作員可以調(diào)用不同的平臺角度參數(shù),可以一鍵切換平臺的狀態(tài),自動化水平非常高,根據(jù)不同工件的拼接角度需求可以立即調(diào)用相對應(yīng)的角度參數(shù)數(shù)值,進(jìn)而提高了生產(chǎn)效率,節(jié)省了額外的輔助工裝的投入費(fèi)用,這樣可以給企業(yè)提供更高的價值,在三維工裝領(lǐng)域里開辟了一條新的工藝裝備路線。