曲轴自动上下料机器人

一、引言

图1 曲轴零件图

曲轴（图1）作为汽车发动机的重要部件，它的旋转是发动机的动力源，也是整个机械系统的源动力，所以它在汽车传动系统中起着举足轻重的作用。正因为如此，它的加工生产要求很高，对加工工艺要求也很高，但是目前国内生产过程中的人工操纵，人工送料的生产方式已经无法满足该行业的需要。

沈阳莱茵机电设计开发的自动上下料机器人（机械手）代替人工操纵，自动上下料，构成自动化生产单元或组成自动化生产线（从毛坯开始到加工成成品，整套生产线全部采用机械手完成）。此种生产方式是进行高速、高效、高质曲轴生产的有效方式，也是现代加工生产技术的发展方向。

二、自动上下料机器人构成及硬件分析

曲轴自动上下料机器人由供料仓或输送带、旋转手爪、机器人控制系统、机器人防护、自动润滑系统、自动刀具检测系统、吹气自动排削等组成。下面我们就主要的系统部件进行介绍：

供料仓（图2）

为了尽量节省劳动力，节省空间，提高曲轴加工的效率，我们将毛坯或半成品放置在供料仓内。通过抓取机构或者上料机械手直接抓取，放置到指定位置。经过合理的机床排布设计和工艺设计，采用供料仓可以大大节省空间和中间环节的时间，大大提供工作效率。由于工件、加工节拍以及厂家车间规划不同，我们采用多种供料仓结构，例如固定货架、链条传动、移动托盘等结构。

（2）输送带（图3）

图3 曲轴输送带

曲轴机床上下料除了采用供料仓作为供料机构外，还可以采用输送带的方式进行供料。沈阳莱茵根据曲轴的结构特点及加工工艺流程对输送带进行改进，输送带类型以及工件托盘形式采用多种结构，例如摩擦链带，摩擦滚子链，托盘链带等等。工件的托盘结构也采用多点支撑的结构，在保证工件平稳性的同时，也提高了定位精度，同时也考虑手爪抓取方便。

输送带上下料机构可根据生产的需要，在长度和工件摆放上进行设计。按照整套曲轴生产工艺流程，专门设计一套传输装置，在此传输装置上可以对机床进行上料操作，也可以对同一道工序机床进行下料操作。通过传输装置的控制以及料架结构的特殊机械控制，保证上料和下料的协调、合理的运行，不会出现影响机器人上下料的节拍，进而降低生产效率的情况。

（3）X,Z轴机械手（图4）

曲轴从毛坯到成品需要多道加工工序完成，所以我们用机器人完成整套工序的上下料。根据加工工艺和节拍不同，我们可以用一个机器人给一台机床上下料，也可以用一个机器人给2台机床上下料。在保证加工质量和效率的同时也节省了成本，每台机器人即是独立工作，同时也通过接收工序之间的前后关联控制信号，协调工作，完成整套加工工艺。

图4X,Z桁架结构图

二维机器手作为独立单元安装在桁架横梁上，可以对机器手X轴与地面的平行度做调整，可以对Z轴与地面的垂直度进行微调。避免了其它厂家桁架横梁就是机器手的水平轴，现场调节很难，横梁中间会下沉的现象，桁架的高度和长度根据机床高度以及加工工艺要求是单台机床还是多台机床进行设计。

由于水平和垂直轴承受较大负载，运行速度比较高，所以为了保证系统的稳定性，我们采用德国Roboworker公司的大负载直线运动单元（图5）。采用齿轮齿条驱动方式，钢柱或直线导轨作为支撑，提供足够的支撑力、足够的刚性，保证快速移动和快速升降时平稳运行。

图5 Roboworker大负载直线单元

由于存在一台机器人给一台机床上下料和一台机器人给2台机床上下料的情况，所以垂直轴采用了2种形式：①单Z轴双手爪（图6），②双Z轴双手爪（图7，每个Z轴配一个手爪）。

双手爪所占用的空间比较大，如果有些工序所采用的加工机床内部空间允许，无论是给一台机床还是给2台机床上下料，我们都可以采用单Z轴双手爪的结构，这样就会节省上下料的时间，提高效率。如果机床内部空间不能放下2个手爪，我们只能采用双Z轴的结构，每个Z轴配一套手爪，通过节拍分析，合理安排手爪的运动轨迹。

图6单Z轴双手爪结构 图7双Z轴单手爪结构

（3）旋转手爪（图8）

手爪在自动上下料生产线中占有重要的地位，设计好的手爪，可以提高生产的稳定性，提高效率。根据曲轴的结构特点，沈阳莱茵设计专门的气动手爪，简单、可靠的手指夹具；保证对工件准确抓取，气动传动机构；提高足够的夹持力，保证工件运动中不脱落，位置检测开关；保证工件准确定位，顺利夹持，伺服旋转机构；顺序完成上料，卸料二步工序，提高效率。

图8 曲轴专用手爪结构图

（4）机器人控制系统

机器人控制系统是整条自动化线的大脑，控制着每部分机构，即可以独立工作，也可以协调合作，顺利完