自動線抓取不規(guī)則工件的機(jī)構(gòu)設(shè)計*

武 亮

(江蘇太平洋石英股份有限公司，江蘇 連云港 222300)

0 引 言

在機(jī)械零件加工過程中，零件的加工質(zhì)量與生產(chǎn)效率越來越受到企業(yè)的重視。由于加工零件種類繁多復(fù)雜，外形也千差萬別，而人工拾取、搬運(yùn)物品已經(jīng)越來越跟不上時代步伐，所以推動自動生產(chǎn)線的發(fā)展是眾多企業(yè)的生存之道，也是迫在眉睫的挑戰(zhàn)。但是自動化生產(chǎn)線要求作業(yè)效率高、配置人員少、加工范圍多元化，所以一些形狀有差異的零件會難以適用于同一條自動線生產(chǎn)。筆者以厚度不同的工件為例，通過生產(chǎn)實際中所遇到的自動線抓取困難問題提出涉及方案并得出有效的解決方法。

1 存在的問題

圖1中所示為兩個加工工件疊加放在一起，1為工件1，2為工件2。這兩個工件尺寸均不相同，下面的工件1的尺寸大于工件2，當(dāng)需要將這兩個工件依次抓取并搬運(yùn)至作業(yè)位置時較難使用自動化工具。由于人工作業(yè)效率太低，若使用自動化工具則受到工件1、工件2表面不平整因素制約，而且工件2位于工件1之上，抓取工件2時容易連同工件1一同抬起，造成自動生產(chǎn)線智能抓取推行困難。

圖1 工件圖1.工件1 2.工件2

產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因如下。

(1) 工件形狀存在差異性。工件形狀千差萬別，自動化生產(chǎn)線不能僅生產(chǎn)規(guī)格統(tǒng)一的產(chǎn)品，為了擴(kuò)大生產(chǎn)線的產(chǎn)能及適用范圍，降低投入成本，需要設(shè)計特殊的抓取工具。

(2) 多個工件疊加在一起時，如果上面的工件尺寸小于下面的工件，當(dāng)自動抓取上面的工件時就容易抓取到下面的工件，造成生產(chǎn)線不能逐一抓取，給生產(chǎn)線的設(shè)計及實施造成困難，這需要設(shè)計出特殊的結(jié)構(gòu)以應(yīng)對自動抓取及搬送。

2 解決方法

為了應(yīng)對工件形狀的差異性，需要設(shè)計新型的抓取裝置以適用于自動化智能制造的發(fā)展與推廣(如圖2所示)。

圖2 夾具圖

圖3所示為抓取夾具的詳細(xì)圖解說明。1為接近感應(yīng)開關(guān)，當(dāng)金屬檢測體接近開關(guān)的感應(yīng)區(qū)域，開關(guān)就能無接觸、迅速發(fā)出電氣指令，準(zhǔn)確反應(yīng)出運(yùn)動機(jī)構(gòu)的位置和行程。

圖3 夾具剖視圖1.接近感應(yīng)開關(guān) 2.開關(guān)基座 3.圓形電磁鐵 4.活動軸 5.壓縮彈簧 6.立板 7.橫板

接近感應(yīng)開關(guān)1安裝在開關(guān)基座2的一側(cè)，其另一側(cè)為通孔。當(dāng)圓形電磁鐵3壓緊至工件表面時，上側(cè)壓縮彈簧5壓緊，起到緩沖作用，活動軸4向上運(yùn)動，活動軸的頭端升高至開關(guān)基座2的通孔處，這時接近感應(yīng)開關(guān)1檢測到活動軸4，發(fā)出信號至PLC系統(tǒng)，系統(tǒng)做出電磁鐵通電信號，使得圓形電磁鐵3通電，吸附工件后進(jìn)行隨后自動生產(chǎn)線的相關(guān)動作?；顒虞S4的尺寸以及材質(zhì)需要有特殊要求，因為接近感應(yīng)開關(guān)1為渦流式接近開關(guān)，它是利用導(dǎo)電物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場接近開關(guān)時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流[1]。這個渦流反作用到接近開關(guān)，使開關(guān)內(nèi)部電路參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無導(dǎo)電物體移近，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。由電感線圈和電容及晶體管組成振蕩器，并產(chǎn)生一個交變磁場，當(dāng)有金屬物體接近這一磁場時就會在金屬物體內(nèi)產(chǎn)生渦流，從而導(dǎo)致振蕩停止，這種變化被后極放大處理后轉(zhuǎn)換成晶體管開關(guān)信號輸出[2]。因此必須要求被感應(yīng)的物體為金屬材質(zhì)，而且要對接近傳感器與活動軸4之間的距離進(jìn)行調(diào)整(如圖4所示)。當(dāng)抓取夾具升起時，由于工件及圓形電磁鐵有一定的自身重量，下側(cè)壓縮彈簧5受力壓縮，起到一定緩沖作用。整個裝置移動到指定位置后通過生產(chǎn)線上其他檢測開關(guān)給出信號使得電磁鐵斷電，工件脫離圓形電磁鐵3后脫落。

圖4 感應(yīng)器性能圖

在實際應(yīng)用中，自動化生產(chǎn)線需要多組夾具進(jìn)行組合使用，通過單軸機(jī)器人驅(qū)動多組組合夾具(如圖5所示)。

圖5 整體效果圖1～4.圓形電磁鐵

組合夾具下降壓到工件表面時，圓形電磁鐵2首先接觸工件1的表面(距離最近)，通過活動軸的運(yùn)動使得接近感應(yīng)開關(guān)發(fā)出信號，圓形電磁鐵2通電后吸附工件1；此時單軸機(jī)器人繼續(xù)向下運(yùn)作，圓形電磁鐵3接觸到工件1的表面，同樣原理使得圓形電磁鐵3通電后吸附工件1表面，此時由于工件高度差的原因圓形電磁鐵2、3均通電且活動軸達(dá)到最大行程，圓形電磁鐵1、4并沒有得到通電信號(即其活動軸沒有上升到接近感應(yīng)開關(guān)工作的高度)，隨后單軸機(jī)器人帶動工件升起，配合自動生產(chǎn)線繼續(xù)相關(guān)作業(yè)[3](如圖6所示)。

圖6 工作效果圖1～4.圓形電磁鐵

通過圖6可以看到，圓形電磁鐵2、3先后通電是因為工件尺寸不同導(dǎo)致，若自動生產(chǎn)線加工的工件都是單件依次加工的，則可以根據(jù)工件外形公差設(shè)計出合適的抓取夾具。抓取夾具的結(jié)構(gòu)不需要改動，只需要修改活動軸的尺寸即可；若是自動生產(chǎn)線的工件為多個工件疊加，則需要根據(jù)加工件的外形尺寸公差與加工件相互之間的高度差異設(shè)計出合適的活動軸4即可，同樣不需要做出其他結(jié)構(gòu)改動，抓取夾具可以根據(jù)加工工件的外形進(jìn)行設(shè)計，例如加工工件為長方形則夾具可設(shè)計為長條形狀；若加工工件為圓形，則夾具設(shè)計為圓盤形狀即可。

3 結(jié) 語

通過在生產(chǎn)實際中試驗，可以大幅增大自動生產(chǎn)線的適用范圍，解決了因為工件外形差異造成的無法適用于生產(chǎn)線的情況。通過零件的外形尺寸大小來決定抓取夾具的數(shù)量及規(guī)格(抓取夾具可根據(jù)工件形狀設(shè)計為直線型或圓環(huán)型等)，不僅解決了自動生產(chǎn)線加工外形有差異的工件，而且可以解決多個工件疊加起來抓取的情況，根據(jù)實際要求只需要改變活動軸的尺寸即可，其余零件結(jié)構(gòu)無需變更，使用范圍廣，維修更換方便，制造成本低廉，極大提高了自動生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。