國(guó)內(nèi)制造業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化水平在逐步提高，數(shù)控機(jī)床的上下料由人工轉(zhuǎn)為機(jī)器自動(dòng)化成為必然[1] 。柔性加工單元(FMC)可以看作是擴(kuò)大功能的鏜銑或車削加工中心。各種加工中心配上了自動(dòng)裝卸工件、自動(dòng)檢測(cè)裝置，就成了FMC[2] 。提高機(jī)床自動(dòng)化可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和更好地保證加工精度及其穩(wěn)定性[3] 。機(jī)床上下料裝置在提高機(jī)床的自動(dòng)化程度和加工效率，降低人工成本方面發(fā)揮著重要作用[4] 。

　　目前，柔性加工單元較為常見的上下料方式有桁架式機(jī)械手和關(guān)節(jié)式機(jī)械手兩種。這兩種方式一般是一臺(tái)或多臺(tái)車削加工中心配備一臺(tái)機(jī)械手，相對(duì)內(nèi)置式機(jī)械手的柔性單元結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、占地面積較大、制造成本較高。

　　根據(jù)某用戶的需求，在某型車削加工中心的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種內(nèi)置式機(jī)械手柔性加工單元。設(shè)計(jì)了專用夾具，能夠自動(dòng)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)精確定位。將原來(lái)的轉(zhuǎn)塔刀架改為排刀結(jié)構(gòu)，且可根據(jù)需要在排刀板上安裝動(dòng)力頭。加工單元配備內(nèi)置式機(jī)械手和振動(dòng)料倉(cāng)，該機(jī)械手采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，上下料一體化設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)兩種上下料方式。加工單元還具有自動(dòng)檢測(cè)裝置，對(duì)于上料過(guò)程中產(chǎn)生的安裝位置不符合要求的毛坯件進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)上下料的時(shí)間控制在10秒鐘以內(nèi)，與人工相比顯著提高了生產(chǎn)效率。

　　1 工件工藝分析與夾具設(shè)計(jì)

　　1.1 工藝分析以該加工單元上加工的一種工件的一道工序?yàn)槔�進(jìn)行工藝分析。如圖1(a)所示為毛坯件圖，毛坯件直徑 φ31+0.1 、長(zhǎng)度26mm。如圖1(b)所示，為工件圖。

　　本工序加工的工步內(nèi)容：用夾具夾φ31+0.1 外圓，以φ28端面定位，車削φ31+0.1 右端面，加工余量為 1.5mm，外圓面倒角C1，內(nèi)孔倒角C0.2;車削φ7凸臺(tái)端面，加工余量為1mm，凸臺(tái)端面對(duì)基準(zhǔn)A垂直度為 0.03mm，加工部位表面粗糙均為Ra3.2。加工工序卡如表1所示。

　　1.2 夾具設(shè)計(jì)夾具設(shè)計(jì)了定位面和自動(dòng)檢測(cè)氣孔，實(shí)現(xiàn)精確定位和自動(dòng)檢測(cè)的功能，如圖2所示。自動(dòng)上料裝置可保證夾持毛坯件的端面與機(jī)床主軸垂直，垂直度不大于 0.02mm，可以保證毛坯件的定位面與夾具的定位面緊密接觸，由上料裝置與夾具共同保證工件的加工精度。

　　2 柔性加工單元的設(shè)計(jì)

　　2.1 主機(jī)結(jié)構(gòu)機(jī)床采用45°整體斜床身車，機(jī)床最大回轉(zhuǎn)直徑為 φ400，最大切削長(zhǎng)度210mm，最大切削直徑為φ160，主電機(jī)功率為11Kw/7.5Kw(30min/連續(xù))，機(jī)床加工精度為IT6，主機(jī)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　為了便于上下料機(jī)構(gòu)的安裝，機(jī)床采用排刀結(jié)構(gòu)。排刀板上可安裝刀夾6套，其中：外圓刀夾正、反各一套，端面刀夾正、反各一套，鏜孔刀夾兩套，如圖4所示。用戶根據(jù)需要也可在排刀板上安裝動(dòng)力頭。

　　2.2 整體方案設(shè)計(jì)加工單元是在車削加工中心主機(jī)上配置上下料機(jī)構(gòu)，如圖5所示。加工單元具有自動(dòng)檢測(cè)裝置，對(duì)于上料過(guò)程中產(chǎn)生的安裝位置不符合要求的毛坯件進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，自動(dòng)停止加工程序，解除故障后自動(dòng)復(fù)位。機(jī)械手的動(dòng)作和機(jī)床程序由I/O信號(hào)連接，實(shí)現(xiàn)上料→加工→下料等連續(xù)加工過(guò)程的自動(dòng)化。上下料機(jī)構(gòu)主要由支架2、料倉(cāng)3、料道4、閥島5、上料機(jī)械手7、下料機(jī)械手8、滑道9等組成。

　　振動(dòng)料倉(cāng)3用支架2安裝在床身1的后側(cè)，料倉(cāng)的毛坯件容量為500件。毛坯件由料道4輸送至主軸夾具上方指定位置;由下料機(jī)械手8將工件從夾具上卸下，送至安裝在防護(hù)罩10上的滑道9將工件放入料箱;由上料機(jī)械手7抓取料道4出口的毛坯件并放入夾具內(nèi)。閥島5安裝在主軸箱6的上部，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成氣動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)氣缸動(dòng)作。

　　2.3 料倉(cāng)與料道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自動(dòng)料倉(cāng)通過(guò)振動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、有序供料。料倉(cāng)有選料裝置，根據(jù)毛坯件的加工位置和裝夾方式來(lái)判斷毛坯件的開口方向，使毛坯件按照正確開口方向通過(guò)。用料道連接振動(dòng)料倉(cāng)與上料臂，實(shí)現(xiàn)逐個(gè)上料，如圖6 所示。

　　工作過(guò)程：首先在料倉(cāng)1中裝毛坯件;工作中通過(guò)3 號(hào)傳感器控制料倉(cāng)給料，毛坯件進(jìn)入料道2后，被5號(hào)裝置擋住;當(dāng)系統(tǒng)要求送料時(shí)，4號(hào)裝置擋料，5號(hào)裝置松開，單個(gè)毛坯件即滾至出料口，然后5號(hào)裝置擋住，4號(hào)裝置松開，毛坯件依次下移，等待下次給料。

　　3 結(jié)語(yǔ)

　　內(nèi)置式機(jī)械手柔性加工單元在車削加工中心上加裝料倉(cāng)、料道和氣動(dòng)上下料機(jī)械手等機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)兩種上下料方式。加工單元還具有自動(dòng)檢測(cè)裝置，保證工件加工有序進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的自動(dòng)化。每個(gè)工件上下料時(shí)間10s，全部加工時(shí)間27s，其生產(chǎn)效率與人工相比得到顯著提高，滿足了用戶的需求。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[2] 戴曙.金屬切削機(jī)床[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1993.

　　[3] 隋秀凜.髙安邦.實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

　　[4] 文/中達(dá)電通股份有限公司. 臺(tái)達(dá)高效機(jī)床上下料解決方案助力提升車床加工自動(dòng)化水平[J].國(guó)內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù),2018(3):18-19.

　　《內(nèi)置式機(jī)械手柔性加工單元的設(shè)計(jì)》來(lái)源：《制造業(yè)自動(dòng)化》，作者：陳維范1 ，薛 丹2