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制造迈向智能自动化环境下桁架机械手的特性及运用

发布时间:2020-05-03 09:46文字数:2662字

  【摘要】通过对自动机械手的调查以及研究表明:桁架机械手具有结构简单、设计周期短,物料输送快捷、精准、柔性,便于组合等优点,广泛应用于数控机床的自动上下料、自动化生产线等场所。因此,桁架机械手将在推动中国产业智能化的进程中起到举足轻重的作用。
 
  【关键词】桁架机械手;数控机床;自动化生产线
 
  桁架机械手是一种建立在直角X,Y,Z三坐标系统基础上,可以实现自动控制、可重复编程、多自由度、实现各种任务的自动化设备。桁架机械手和数控机床能够组成无人上下料自动加工系统,能够极大的提高生产效率,保证加工质量,降低用工成本。
 
  目前,国内外主流的柔性自动线物流系统主要有两种形式:由桁架机械手输送工件组成的全自动生产系统和由机器人搬运系统进行上下料的自动生产线。在欧美日等发达工业国家,由加工中心和桁架机械手组成的敏捷柔性生产系统已经是主流产品。
 
  桁架机械手具有结构简单、设计周期短,物料输送快捷、精准、柔性、便于组合等优点,广泛应用于数控机床的自动上下料、自动化生产线等场所。目前,桁架机械手广泛服务于汽车零配件中的发动机缸体、缸盖、曲轴、变速箱体以及其他各种轴类、盘类、齿类工件的机械加工。
 
  1桁架机械手在数控机床中的必要性及可行性
 
  首先,数控机床的广泛应用发现采用传统普通机床和人工进行上下料时存在很多不足。在国内的机械加工中,很多都是使用专机或人工进行机床上下料的方式,但是随着社会的进步和发展,科技的日益进步,产品更新换代加快,专机和人工具有占地面积大,柔性不够,生产效率低下等不足之处。
 
  其次,随着劳动力成本的持续增长,部分企业把工厂转移到用工成本低下的国家,越来越多的企业走机器人自动化生产之路。
 
  改革开放几十年,从低成本的人工到如今越来越昂贵的人工成本,是目前企业发展的最大瓶颈和支出。持续出现的大面积用工荒,迫使企业必须走机器自动化生产之路。对于企业来说,桁架机械手起到了重大的作用,高效替代人工,提高生产效率,提高设备利用率,真正为企业节约了生产成本。
 
  再次,在机械加工过程中,各类轻重型零件频繁上下料,急需一种能够快速、准确、安全,并代替人工的上下料方式。
 
  在数控车床、立式加工中心机、卧式加工中心机、数控磨床等上下料时,有的毛坯料重达几百公斤,有的小型零件虽轻但需要频繁上下料,还有大型壳体、箱体类零件的搬运等重复性工作,不仅费时、费力,而且涉及人身安全。此外,在冲压加工、注塑及压铸等有毒或高温条件下作业,危险大,伤及工人的人身安全,直接影响工作效率、机床利用率及生产安全。桁架机械手很好地解决了这些问题,并得以广泛应用。
 
  目前各类零部件的搬运、数控机床上下料、仪器仪表及轻工行业中小型零件的输送和自动装配等作业,食品包装及运输、电子产品输送和自动插接、汽车零部件的生产等在欧美发达国家早已实现自动化,在我国也有越来越多的企业实现了自动化加工和自动化装配。
 
  此外,桁架机械手具有结构简单,设计周期短等优点。桁架机械手主要由立柱、横梁、手爪、驱动部件、直线运动部件、润滑系统、控制系统等组成,在结构设计中机械手的立柱、横梁等通常采用钢结构和铝合金型材,驱动部件、直线运动部件、润滑系统、控制系统采用模块化设计。根据不同的使用要求设计制造不同的手爪。同一桁架机械手可以根据加工零件的形状及加工工艺的不同,更换不同的手爪抓取系统便可以满足不同零件的加工。当下,我国机床的发展很快,技术水平有了很大的提高,尤其是数控机床这几年发展得特别快,对桁架机器人的研究有助于推动我国柔性加工自动线向国际水准迈进。
 
  2桁架机械手的特点及应用
 
  实践证明,自动上下料机械手具有以下优点:
 
  (1)使用机械手,使工人的劳动条件及生产安全性得到了很大改善,具有高可靠性、高效率、高精度等特点,显著提高了生产率,加大了生产自动化程度。
 
  (2)桁架机械手具有结构简单,驱动方式多样,有液压式、气动式、电动式、机械式等优点,可以满足不同工厂的需求。
 
  (3)性价比高:同关节机器人相比,桁架机械手具有更强的受载能力,而制作成本却更低,适用于工厂生产线的现代化升级。
 
  (4)操作简单:基于直角坐标体系,其运动过程中各参数都较为简单。
 
  (5)可用于恶劣的环境,可长期工作,便于操作维修。
 
  桁架机械手适用于多台数控机床组合成一条自动化机加工生产线,专门为数控机床加工量身定制的机械手,可以一控一台数控机床或一控多台数控机床实现自动上下料。
 
  多台机械手联机的自动化生产线除了数控机床外,在冲床、冲压中的应用中也较为普遍。冲床机械手多台联机数量要更多,场面要更为壮观,冲压加工过程复杂,零件从毛胚到成品的过程需要经过较多环节,同时对机械手的联机也是更高标准的要求。
 
  桁架机械手可以节省空间,在高空中输送零部件,直接把被输送零部件从一个工位输送到另一个工位。可以在机械加工工艺过程中对各类工件进行自动上料、下料、安装等作业,兼有工序间运输和自动上下料及物料回转等辅助功能,可高效完成零件从毛坯到成品的整个加工过程自动化。国内越来越多的加工厂开始在自动生成流水线上使用桁架机械。
 
  随着控制技术的发展,桁架机械手与数控技术相结合,使机械手使用效率更高、应用范围更广、产品质量更加稳定。在数控机床机械加工过程中采用桁架机械手,可以使整个手动操作过程由机械手控制系统自动完成,而且可以实现智能检测,自动报警等功能。此外,桁架机械手可以在一定范围内进行任意组合,可以通过与数控车床、加工中心、插齿机、电火花机床、磨床、冲压加工等数控加工机床组合,实现产品的自动化生产。
 
  3结论
 
  桁架机械手在国内正在以前所未有的速度发展,其定位精度将会越来越高,运行速度将会越来越快。同时也会有越来越多的企业愿意选择自动化升级,将原先的数控单机,通过桁架机械手的连接,到成批的数控连线,真正地从人工操作升级到自动化流水线生产。
 
  在自动化行业中,小型的自动上下料机械手和工业机器人每年正以50%—60%的速度增长。众多注塑、汽车、机床行业的企业通过应用中央供料系统、机械手、工业机器人,实现“无人化工厂”和“无灯化车间”,最终高效而有力的推动企业由“制造”向“智造”的转型升级。
 
  基于大数据、物联网和人工智能的技术和产品在生产中大规模使用,生产走向智能化、自动化。可以预见在不远的将来,产业智能化所产生的经济增量将远远超过智能产业本身的经济增量,成为经济增长的主要推动力。第四次工业革命即将开启,智能化成为商业竞争新的主题词——智能自动化,桁架机械手将在技术平民化推动中国产业智能化的进程中起到举足轻重的作用。

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