朱凌宏

（麗水職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電信息分院，浙江麗水 323000）

0 引言

傳統(tǒng)的中小型流水生產(chǎn)線工作流程短、功能單一［1-2］即將毛坯的輸入、工件加工、組件裝配、成品檢測(cè)輸出作一單一的功能進(jìn)行逐一實(shí)現(xiàn)［3－4］，這樣做的目的是為了降低企業(yè)在硬件上所投入的成本，所存在的問(wèn)題是勞動(dòng)者工作強(qiáng)度加大，短期內(nèi)企業(yè)對(duì)工人的成本投入大。本文在單一功能流水生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上提出以圓柱形毛坯為例，設(shè)計(jì)集毛坯加工、工件裝配、成品檢測(cè)為一體的全自動(dòng)化生產(chǎn)線，提高生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)工作強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期的高效、低成本企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)作模式。

1 全自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)構(gòu)想

以圓柱形毛坯以例，先鉆孔、而后進(jìn)行組件裝配，裝配完成后需要利用工具探測(cè)裝配間隙并進(jìn)行檢測(cè)分類。整個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)線分為以下幾個(gè)部分：毛坯輸入、加工工作臺(tái)、裝配工作臺(tái)、檢測(cè)分類工作臺(tái)、成品輸出工作臺(tái)，各工作臺(tái)間運(yùn)行通過(guò)PLC 控制器將各部分串連起來(lái)，最后利用氣源實(shí)現(xiàn)對(duì)流水生產(chǎn)線各工作臺(tái)的動(dòng)作。圖1 所示為全自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)總圖。

圖1 全自動(dòng)化生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)

2 生產(chǎn)線工作臺(tái)及機(jī)械手設(shè)計(jì)

2.1 送料工作臺(tái)設(shè)計(jì)

毛坯：毛坯形狀為圓柱體A，直徑為d1，高度為h1。

動(dòng)作要求：如圖2，需要將圓柱體工件A 按順序排列，根據(jù)整個(gè)流水線需要，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)輸入。

圖2 送料工作臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

步驟1：設(shè)計(jì)直徑d1+3mm 的圓柱形筒4，使工件A順利下落；

步驟2：設(shè)計(jì)2 個(gè)氣缸頂桿，氣缸I 將工件A 向前推移，推至定位塊6，同時(shí)氣缸II 伸出，阻止上部第二個(gè)工件下落。

工作原理：圖1 中氣泵F 提供（圖2）氣源輸入接口1，PLC 控制信號(hào)輸入送料臺(tái)接線口9，工件A 從圓柱型筒4 內(nèi)部自由下落，下落后氣缸頂桿I 開(kāi)始動(dòng)作，將工件A 推至定位塊6 位置，同時(shí)氣缸頂桿II 也伸出，阻止第二個(gè)工件下落，該工作臺(tái)主要完成送料任務(wù)。

2.2 加工工作臺(tái)設(shè)計(jì)

加工要求：對(duì)工件A 進(jìn)行孔加工，加工尺寸為直徑d2、深度h2。

動(dòng)作要求：將圓柱體工件A 進(jìn)行快速裝夾，并移動(dòng)至加工區(qū)域，選用麻花鉆對(duì)工件A 進(jìn)行孔加工。

步驟1：設(shè)計(jì)裝夾手，使工件A 快速定位，保證加工精度；

步驟2：設(shè)計(jì)絲桿螺母機(jī)構(gòu)，使裝夾手能進(jìn)行精確的前進(jìn)后退，實(shí)現(xiàn)自鎖；

步驟3：設(shè)計(jì)麻花鉆伸縮機(jī)構(gòu)且能對(duì)鉆孔深度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

工作原理：搬運(yùn)機(jī)械手B 將工件A 搬運(yùn)至加工工作臺(tái)D，如圖3，裝夾手16 夾緊工件，而后裝夾手絲桿螺母機(jī)構(gòu)11 開(kāi)始工作，支撐座17 沿裝夾手移動(dòng)軌道18 移動(dòng)，裝夾手16 移動(dòng)到加工區(qū)域之后停止，麻花鉆伸縮機(jī)構(gòu)15 開(kāi)始下降，同時(shí)麻花鉆14 開(kāi)始旋轉(zhuǎn)工作。工件A 進(jìn)行孔加工，加工完畢后，麻花鉆伸縮機(jī)構(gòu)15 上升，麻花鉆14 停止旋轉(zhuǎn)，裝夾手16 沿移動(dòng)軌道伸出，裝夾手16 松開(kāi)工件，搬運(yùn)機(jī)械手B 將工件A 取走。

圖3 加工工作臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

2.3 裝配工作臺(tái)設(shè)計(jì)

裝配要求：將工件A 進(jìn)行精確定位，裝配工作臺(tái)需自動(dòng)輸入工件B，利用裝配機(jī)械手提取工件B，移動(dòng)至工件A 區(qū)域，進(jìn)行2 個(gè)工件裝配。

步驟1：設(shè)計(jì)圓柱凹孔，使圓柱體工件A 快速定位；

步驟2：設(shè)計(jì)自動(dòng)輸送工件B 設(shè)備；

步驟3：設(shè)計(jì)裝配機(jī)械手［5］。

工作原理：搬運(yùn)機(jī)械手B 從加工工作臺(tái)D 運(yùn)送到裝配工作臺(tái)E，放入圓柱定位凹槽29 內(nèi)（圖4），裝配工作臺(tái)E 開(kāi)始運(yùn)送工件B，工件B 從供料圓柱筒25 內(nèi)落入，掉入旋轉(zhuǎn)托盤21 里面，旋轉(zhuǎn)托盤21 旋轉(zhuǎn)180°，此時(shí)裝配機(jī)械手開(kāi)始工作，伸縮機(jī)構(gòu)22 將機(jī)械手向前推動(dòng)，升降機(jī)構(gòu)23 將機(jī)械手下降到工件B 位置，裝配機(jī)械手抓緊機(jī)構(gòu)26 抓取工件B，裝配機(jī)械手將工件B 移動(dòng)到工件A5 上方，開(kāi)始兩工件裝夾，裝配任務(wù)完成，搬運(yùn)機(jī)械手B 將裝配體取走。

圖4 裝配工作臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

2.4 檢測(cè)分類工作臺(tái)設(shè)計(jì)

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：為了檢驗(yàn)工件裝配的合格性，將組件檢測(cè)分為三類，第一類：裝配間隙≤0.05 mm，第二類0.05～0.10 mm，第三類：＞0.10 mm，第三類被判定為不合格產(chǎn)品［6］。

檢測(cè)要求：需要將裝配完成的工件進(jìn)行檢驗(yàn)，利用光學(xué)儀器進(jìn)行間隙探測(cè)，檢測(cè)后的結(jié)果與分類表進(jìn)行對(duì)比。

步驟1：采用光學(xué)儀器進(jìn)行間隙探測(cè)；

步驟2：設(shè)置程序，將探測(cè)結(jié)果輸入程序，進(jìn)行分類，如分到第一類，則第一類的硬件設(shè)備開(kāi)放，其他都停用；

步驟3：利用PLC 控制氣缸頂桿，工件檢測(cè)完成之后隨傳送帶移動(dòng)，當(dāng)分類一紅外線探測(cè)到工件時(shí)，分類一氣缸頂桿執(zhí)行動(dòng)作，將工件頂入第一類流水線，以此類推。

工作原理：搬運(yùn)機(jī)械手B 將裝配體41 運(yùn)送到檢測(cè)分類工作臺(tái)G，放入工作臺(tái)之后，光學(xué)間隙探測(cè)儀開(kāi)始檢驗(yàn)縫隙，檢驗(yàn)完畢之后，將數(shù)據(jù)提交給PLC 總成34（圖5），此時(shí)傳輸帶35 開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，裝配體41 隨傳輸帶35 前進(jìn)，當(dāng)遇到區(qū)域紅外線時(shí)，該區(qū)域氣缸30、31、32 執(zhí)行動(dòng)作，將裝配體41 推入該分區(qū)37、38、39，工作臺(tái)完成檢測(cè)分類任務(wù)。

圖5 檢驗(yàn)分類工作臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

圖6 搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)分析

2.5 搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)

氣壓機(jī)械手是利用空氣壓力驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的裝置。其特點(diǎn)是：輸出力小，氣壓動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，適用于高速、輕載、高溫以及粉塵大的工作環(huán)境中［9］。

機(jī)械手動(dòng)作過(guò)程要求如圖7 所示。

工作原理：當(dāng)搬運(yùn)機(jī)械手需要運(yùn)送工件時(shí)，根據(jù)PLC總成給出的工件位置數(shù)據(jù)，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，一般情況下，機(jī)械手升降臺(tái)43 開(kāi)始動(dòng)作，使機(jī)械手達(dá)到工件水平高度，之后前臂伸縮氣缸48 開(kāi)始動(dòng)作，將機(jī)械手抓取部分45、46 推移到工件區(qū)域，最后手部抓取氣缸筒50 動(dòng)作，機(jī)械手指46 完成物體抓取，之后根據(jù)PLC 給出的目的坐標(biāo)，進(jìn)行精確運(yùn)送。

全自動(dòng)化生產(chǎn)線總成圖如圖8 所示。

圖7 機(jī)械手動(dòng)作過(guò)程

圖8 全自動(dòng)化生產(chǎn)線總成

3 結(jié)論

針對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)流水線工作流程短、功能單一等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種集工件輸入、毛坯加工、組件裝配、成品檢測(cè)分類的全自動(dòng)化流水生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)連續(xù)高效的流水作業(yè)，提高生產(chǎn)效率，降低工作強(qiáng)度。本文詳細(xì)介紹了送料工作臺(tái)、加工工作臺(tái)、裝配工作臺(tái)、檢測(cè)分類工作臺(tái)以及搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)過(guò)程，最終完成全自化生產(chǎn)總成圖。

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