甘爱芬
【摘 要】在人工成本不断上涨,老龄化的大环境下,如何提高产品生成效率与质量,成为每一个公司迫切需要解决的问题.针对某公司机床上下料的实际情况,紧跟机器换人的国家政策,先从产品特性与自动化系统改造的设计要求着眼,接着介绍自动化系统整体方案以及工业机器人关键组成部分,最后验证机床与工业机器人的输出与输入信号是否符合系统改造的要求.采取工业机器人自动化改造技术,每台设备生产时间多出4个小时,由原来的一人一台机改成一人4台机,节省人力成本,给企业带来非常大的效益. 【期刊名称】《机电工程技术》
【年(卷),期】2018(047)007
【总页数】3页(P87-89)
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【关键词】工业机器人;自动化;机床上下料
【作 者】甘爱芬
【作者单位】广东省机械研究所,广东广州 510635
【正文语种】中 文
【中图分类】TP242
0 引言
随着先进技术的普及、国家智能制造政策的推广，企业制造系统自动化程度的不断提高，中国从制造走向“智造”。尤其珠三角地区企业纷纷响应国家号召，推广机器换人计划。由于精密机床的技术发展，传统的人工操作已经远远不能满足生产需要。机器人在机床上下料方面的应用显得尤其迫切。
C公司针对此次产线改造的产品为铝材端盖，见图1，铝片通过机床挤压成型。改造前机床上下料采用传统人工操作，产品挤压成型周期约为5 s。以传统方式进行批量化生产的瓶颈在于工人连续操作一段时间后需要休息以及工人交接班需要停止生产，总计时间4小时。如 果采用工业机器人自动上下料后的自动化改造，将实现机器24小时运作无间断，生产效率提高16.7%。本文针对实际案例分析，提出工业机器人在智能制造方面的应用，尤其在机床上下料方面应大力推广，从而为企业节省生产成本，保障产品品质，提高生产弹性。
图1 产品图样
1 自动化改造的设计要求
根据C公司提供的目前生产状况，考虑铝材端盖的生产工艺以及生产车间的机床状况，以及FANUC智能化机床上下料系统【1】应用案例分析，提出了工业机器人代替人工完成机床上下料的自动化设计方案。本次改造，主要根据自动化系统的科学定义做了以下几项设计要求：
（1）经济性：目前的生产车间机床数量300多台，空间布置紧凑，改造必须考虑空间大小以及便利性，避免基建的重大改造造成不必要的经济投入；
（2）操作简便：整个自动化系统的操作流程须简单，方便，节省人力，提高效率；
（3）安全可靠：整个自动化系统必须保证人员的使用安全，以及制造环境的安全[2]。
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2 系统设计
2.1 系统概述
机器人在智能化机床上下料系统中的应用技术[3]，针对机器人对无夹具定位工件的自动柔性搬运应用的参考案例，提出此次系统的设计思路：运用工业机器人代替人工进行机床上下料自动化生产，如图2所示，本方案由1台Fanuc机器人、自动控制柜、旋转式入料机构、双层出料机构以及2台机床等组成，完成产品取件、上料、下料至输送带，最后由人工检验、装箱。
图2 自动化改造生产线
2.2 系统流程设计
在系统软件构造化技术[4]与基于PLC和CC-Link总线的工业机器人控制【5】的实现技术文章里，作者都充分分析与应用机器人的软件能力，来实现多台设备联动的功能。在本案例中，考虑到最大化利用空间以及设备使用率，提出应用1台机器人联合2台或3台机床设备进行生产制造，可以充分利用空间和节省机器人成本。采取3台机床同时运作的方案，由于
机器人手臂尺寸以及产品成型时间太短问题，无法充分利用机器人的效益，最终选择1台机器人配合2台机床进行生产，达到经济效益最大化。
硅酸铝生产线产品成型流程如下：工人间隔4个小时更换料盘一次，机器人手臂吸取铝盘送至机床固定工装进行定位挤压加工；在加工过程中，机器人抓取铝盘上的塑料纸放置在塑料纸盘后，吸取第二个铝盘在第二台机床进行挤压加工。第一个铝材端盖加工完毕后，机器人吸取产品放置在出料皮带上。接着第二个生产完毕，重复前面的取料动作至出料皮带。不论原料铝盘还是成品铝材端盖，每个产品间都有一张塑料纸防止刮花。所以在每次的上料和下料动作中，都有一次的塑料纸传递的动作进行重复利用。具体流程图如图3。电压比较器电路
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图3 上下料流程图
2.3 旋转入料机构
孙丰[6]在其双工位旋转取放料机构文章中提到，特征在于机械手、定位平台、整形平台设置在机台上，送料带设置在机台一侧，包膜平台设置在机台另一侧，双工位吸盘设置在机械手上并随着机械手运动而移动。根据此设计原理，在对C公司的方案设计中，如图4所示，
入料机构采用电气控制气缸运动，带动齿轮齿条进行旋转，当传感器感应到一组料架上的铝盘已经被取完，将自动旋转到另一组料架，接着下一个生产动作。由于产品的尺寸不一，为了减少工装夹具的制作，节省成本，由此设计出可调节式产品固定架。工人上料间隔时间主要根据原料每次堆放的数量来确定，即客户批次生产量。这个时间目前设定为4 h，在这个时间段，工人可去进行其他工作任务，一人多个岗位，节省人工成本。改变以前每小时更换上料架的情况。而且固定尺寸的固定架，需要制作不同的产品模架适应不同尺寸产品需求，节省存储空间、更换时间以及工具成本。目前仅仅通过轻松地调整固定架柱子位子就可以达到要求。而利用传感器的功能，轻松就可实现自动传送铝盘的功能。一组料架用完，自动旋转输送下一组料架。此设计机构具有定位精准、性能稳定，可大大提高工作效率。
图4 旋转入料机构
2.4 手爪
为了获得稳定、高效的工作效率，实现对薄而表面光滑的金属制品以及纸张的抓取[7]，手爪机构设计采用具有真空吸附技术的机器人气动手爪来搬运物料。如图5上下料采取可手动
调节装置进行抓取，上下料手抓由3个吸盘吸料，考虑产品的结构特性圆盘，抓取位置设计在产品中心，而铝盘端盖中间部分已加工部分沾有润滑油，不适合吸取动作，所以设计手抓直接抓取产品边缘，利用三个吸盘定位。考虑不同产品大小问题，设计手动调节机构，可以实现一个手抓同时应用在多个产品的功能，节省手抓生产费用与时间成本。
图5 手抓
电梯试验塔2.5 PLC对机床以及机器人监管
在整个系统设计过程中，主要考虑自动门、机床夹具以及机床通讯改造的内容。针对这些改造需要考虑实时监测、互不干扰，所以设置了实时监控模块，采用专用监控平台，能够满足生产线上设备状态进行实时动态监控、报警、预警，并形成完整的工位生产流程图监控。而此功能实现，主要采取PLC对机床与机器人的信号进行监控管理[8]。电气架构示意图如图6，机床与机器人信号表如图7。
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