軸承裝備技術(shù)是軸承工業(yè)中的核心技術(shù)之一,直接影響到軸承產(chǎn)品的精度、性能、壽命和可靠性,制約著軸承產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。目前,國(guó)內(nèi)數(shù)控技術(shù)水平有了很大的發(fā)展,在加工常規(guī)零件的單機(jī)數(shù)控領(lǐng)域已經(jīng)接近先進(jìn)水平,但是在柔性集成制造領(lǐng)域與先進(jìn)水平還有一定差距,現(xiàn)用于盤類異形不規(guī)則零件制造的數(shù)控車床方面,其生產(chǎn)加工基本采用單機(jī)加工,工件從毛坯到成品需要經(jīng)過(guò)多臺(tái)設(shè)備重復(fù)加工,工件的裝夾和上下料基本通過(guò)人工手動(dòng)完成,多次搬運(yùn),人工使用量大,加工效率慢,加工產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定,加工成本高,與目前數(shù)控研究方向的高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢(shì)存在不小的差距。針對(duì)目前市場(chǎng)現(xiàn)狀,公司經(jīng)過(guò)三代產(chǎn)品的系列化和持續(xù)完善改進(jìn),推出的第三代直角坐標(biāo)盤類數(shù)控全自動(dòng)車削生產(chǎn)線將大大節(jié)約人力資源成本、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度,減少占地和倉(cāng)儲(chǔ)物流成本,為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工廠提供可能。該產(chǎn)品主要由自動(dòng)上料機(jī)、兩臺(tái)直角坐標(biāo)工業(yè)機(jī)器人、中間翻面機(jī)構(gòu)和自動(dòng)理料機(jī)依次連接組成,實(shí)現(xiàn)了工件從上料、輸送和下料的全自動(dòng)加工過(guò)程,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)盤類異形不規(guī)則零件數(shù)控車削加工之不足,多項(xiàng)技術(shù)達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、先進(jìn)水平,自動(dòng)線整體性能水平處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。
浙江陀曼直角坐標(biāo)盤類數(shù)控車削自動(dòng)線是專門針對(duì)盤類異形零件精密加工開(kāi)發(fā)的專用數(shù)控車削自動(dòng)線,Z初定型產(chǎn)品是Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ代輪轂單元的車削加工,Z大加工外徑Ф200mm,Z大寬度為100mm。為了控制設(shè)備成本,減少裝夾時(shí)間,提高加工效率,采用了一種全新的、可靠的直角坐標(biāo)全自動(dòng)上下料機(jī)械手結(jié)構(gòu),達(dá)到快速高效、低成本和精準(zhǔn)控制的要求。該新型機(jī)械手機(jī)構(gòu),采用MITSUBISHI E68數(shù)控系統(tǒng),X、Z軸進(jìn)給部分均采用了全數(shù)字化伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),經(jīng)高精度行星減速器減速后輸出到嚙合的軸上齒輪和支架上的齒條上,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、重復(fù)編程和多功能、多自由度運(yùn)動(dòng),X軸Z高速度可達(dá)110 m/min, Z軸Z高速度可達(dá)150m/min(X軸:垂直于車床主軸軸線且遠(yuǎn)離主軸方向?yàn)檎较,Z軸:平行于主軸軸線且以車床Z軸正方向?yàn)檎较颍,并?jīng)伺服驅(qū)動(dòng)和定位,實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確并快速的定位;工件抓取機(jī)械手由兩個(gè)氣動(dòng)夾爪呈直角狀態(tài)安裝,減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)分度機(jī)構(gòu)控制α換位軸180°旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)氣動(dòng)夾爪換位,從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)工件(已加工件和待加工件)的快速精確換位,同時(shí)為保證夾持牢靠,不掉料,增設(shè)了穩(wěn)壓裝置來(lái)保證氣動(dòng)夾爪有足夠穩(wěn)定的壓力,使工件夾持Z大重量達(dá)到5千克,克服了第二代自動(dòng)線抓料不穩(wěn)、掉料等現(xiàn)象;機(jī)械手上下料具備柔性緩沖,確保工件準(zhǔn)確定位(加工基準(zhǔn)面與機(jī)床卡盤加工基準(zhǔn)面貼緊),夾爪增設(shè)彈性導(dǎo)向裝置向工件施加壓力。在循環(huán)上料方面,為Z大程度減少加工設(shè)備對(duì)人的依賴,循環(huán)上料系統(tǒng)采用全新的全自動(dòng)循環(huán)上料機(jī),由減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)分度機(jī)構(gòu)上的鏈輪帶動(dòng)固定在鏈條上的托盤在橢圓形軸承軌道上實(shí)現(xiàn)分步循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn),下方減速電機(jī)控制導(dǎo)柱推動(dòng)托盤上方的托料盤及托料盤上由導(dǎo)柱定位的疊加的工件每次抬升一個(gè)工件位置,實(shí)現(xiàn)遞進(jìn)上料,與傳統(tǒng)上料裝置比較,這種循環(huán)式上下料結(jié)構(gòu),占地少,工件疊加放置,儲(chǔ)料多,電機(jī)驅(qū)動(dòng)遞進(jìn)式上料,方便機(jī)械手抓取,具備有料、無(wú)料及工件正反面自動(dòng)判斷裝置防止機(jī)械手誤操作。同時(shí),由于產(chǎn)品自動(dòng)化程度要求高,人工干預(yù)少,自動(dòng)線具備多項(xiàng)自動(dòng)識(shí)別功能,以降低不合格率,譬如裝夾不良自動(dòng)報(bào)警并停機(jī)功能,確保機(jī)械手在自動(dòng)上料時(shí)沒(méi)有裝夾到位或端面鐵屑處理不凈等其它不可預(yù)測(cè)的因素導(dǎo)致工件沒(méi)有裝夾到位而產(chǎn)生不合格品;專利后釋放主軸軸承結(jié)構(gòu)在充分保證機(jī)床高速、高精度切削所需的精度和剛性的同時(shí),使得主軸受熱后只向后伸長(zhǎng),夾頭位置不會(huì)產(chǎn)生變化,主軸的軸向和徑向跳動(dòng)也基本不會(huì)產(chǎn)生變化,避免主軸熱變形對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度和主軸前端伸長(zhǎng)對(duì)定位的影響,從而保證良好的加工位置精度。
(1)上下料定位精度設(shè)置
國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的機(jī)械手,按其動(dòng)力源的驅(qū)動(dòng)方式大致可分為:液壓驅(qū)動(dòng),氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和電氣驅(qū)動(dòng)三種,液壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是功率大,氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是沖擊力大,但上述兩種驅(qū)動(dòng)都同時(shí)存在精度難以控制,且多點(diǎn)定位實(shí)現(xiàn)難度大,不便于操作等缺點(diǎn)。而電氣驅(qū)動(dòng)具有控制方便靈活,精度高,性能好等優(yōu)點(diǎn),隨著電機(jī)制造技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)的提高,電氣驅(qū)動(dòng)所占的比例日益增加。
電氣驅(qū)動(dòng)方式又包括普通電機(jī),直流伺服電機(jī),交流伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)以及力矩電機(jī)等驅(qū)動(dòng)方式。普通電機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)定位,且定位精度差;直流伺服電機(jī)的電刷易磨損形成電火花,限制了其應(yīng)用范圍;步進(jìn)電機(jī)雖然具有控制簡(jiǎn)單,響應(yīng)速度快等特點(diǎn),但其容易因脈沖丟失而引起位置誤差,且速度調(diào)節(jié)及操作不方便;伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量小,動(dòng)態(tài)性能好,由其驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手具有運(yùn)行精度高,調(diào)速范圍廣,速度運(yùn)行平滑,可靠性高并易于控制等優(yōu)點(diǎn)。
公司上下料機(jī)械手動(dòng)作均采用交流伺服電機(jī)控制,能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)定位,且定位精度高,其對(duì)應(yīng)的機(jī)械坐標(biāo)值單位精確到u,這是其他如液壓控制,氣動(dòng)控制和步進(jìn)電機(jī)等控制方式所無(wú)法達(dá)到的。
(2)機(jī)械手的人機(jī)操作設(shè)計(jì)。
與普通伺服軸一樣,可以通過(guò)手搖脈沖發(fā)生器進(jìn)行手動(dòng)操作控制,方便位置調(diào)整,調(diào)整好的位置坐標(biāo)值可以通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)顯示器中的變量直接寫入,并被系統(tǒng)所記憶,關(guān)機(jī)重新開(kāi)機(jī)后,不用重新調(diào)整;且移動(dòng)過(guò)程中對(duì)應(yīng)變化的機(jī)械坐標(biāo)值也可以通過(guò)顯示器直接讀出;通過(guò)機(jī)床操作面板上的快速倍率開(kāi)關(guān),同樣可以在機(jī)械手自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中,對(duì)其進(jìn)行速度控制。
項(xiàng)目產(chǎn)品的創(chuàng)新點(diǎn)
1) 夾爪換位裝置由兩個(gè)氣動(dòng)抓手和分度機(jī)構(gòu)控制的α換位軸組成,兩個(gè)氣動(dòng)夾爪呈直角狀態(tài)安裝,在中間位置通過(guò)α換位軸180°旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)氣動(dòng)夾爪換位自鎖,從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)工件快速精確換位。
2) 上料裝置由分度機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的鏈輪帶動(dòng)固定在鏈條上的托盤在橢圓形軸承軌道上實(shí)現(xiàn)分步循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn),當(dāng)托盤移動(dòng)到固定位置由鎖定裝置鎖死,此時(shí)下方減速電機(jī)控制導(dǎo)柱推動(dòng)托盤上方的托料盤及托料盤上疊加的工件每次抬升一個(gè)工件位置,實(shí)現(xiàn)遞進(jìn)上料。
3) 新型機(jī)器人執(zhí)行運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的X、Z軸采用全數(shù)字化伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),經(jīng)高精度行星減速器減速后輸出到嚙合的軸上齒輪和支架上的齒條上,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、可重復(fù)編程和多功能、多自由度快速運(yùn)動(dòng)。
4 )機(jī)械手水平方向的左右和豎直方向的上下動(dòng)作分別由兩個(gè)PLC軸來(lái)控制,兩軸經(jīng)高精度行星減速器減速后輸出到嚙合的軸上齒輪和支架上的齒條上,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)可循環(huán)動(dòng)作,且CNC數(shù)控車床在自動(dòng)方式下運(yùn)行加工程序,對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行加工時(shí),機(jī)械手同時(shí)進(jìn)行上下料動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)與CNC數(shù)控車床的同步控制,提高生產(chǎn)加工效率。
從浙江省信息研究院查新結(jié)果看,陀曼公司龍門式全自動(dòng)車削生產(chǎn)線項(xiàng)目由自動(dòng)上料機(jī)、兩臺(tái)龍門式直角坐標(biāo)工業(yè)機(jī)器人和自動(dòng)理料機(jī)依次連接組成,其夾爪換位裝置由兩個(gè)氣動(dòng)抓手和分度機(jī)構(gòu)控制的α換位軸組成,兩個(gè)氣動(dòng)夾爪呈直角狀態(tài)安裝,右間位置通過(guò)α換位軸180°旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)氣動(dòng)夾爪換位自鎖,上料裝置由分度機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的鏈輪帶動(dòng)固定在鏈條上的托盤在橢圓形軸承軌道上實(shí)現(xiàn)分步循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn),當(dāng)托盤移動(dòng)到固定位置由鎖定裝置鎖死,此時(shí)下方減速電機(jī)控制導(dǎo)柱推動(dòng)托盤上方的托料盤及托料盤上疊加的工件每次抬升一個(gè)工件位置,實(shí)現(xiàn)遞進(jìn)上料,這些特點(diǎn)在國(guó)內(nèi)相關(guān)文獻(xiàn)及產(chǎn)品均未見(jiàn)有述及,也是陀曼公司在該項(xiàng)目上的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn),并獲得相關(guān)機(jī)構(gòu)專利。(陀曼精密機(jī)械)