利用德国ENGELHARDT的数控系统摆动臂车床上下料机器人

在给数控车床上下料时主要有从卡盘正上方上下料的龙门式直角坐标机器人，也有从卡盘前面通过摆臂来上小料的摆臂式直角坐标机器人。从卡盘正上方上下料的龙门式直角坐标机器人要安装在车床防护罩上方，其Z轴比较长，升降幅度大，要求放置数控车的厂房有足够的高度。如果车间比较低矮，就要采用摆臂式直角坐标机器人。另外在取料和上料过程中，Z轴要提升到车床防护罩的最上方，运动距离长，工作节拍相对要慢些。

在给数控车床上下料时主要有从卡盘正上方上下料的龙门式直角坐标机器人，也有从卡盘前面通过摆臂来上小料的摆臂式直角坐标机器人。从卡盘正上方上下料的龙门式直角坐标机器人要安装在车床防护罩上方，其Z轴比较长，升降幅度大，要求放置数控车的厂房有足够的高度。如果车间比较低矮，就要采用摆臂式直角坐标机器人。另外在取料和上料过程中，Z轴要提升到车床防护罩的最上方，运动距离长，工作节拍相对要慢些。由于Z轴长要考虑其晃动问题。

而摆臂式直角坐标机器人可以安装在车床前面，或是安装在车床防护罩里面最前面最高处。机器人的高度与机床防护罩高度相同。工作时通过摆动转动到45°来把工件运动到卡盘前面，其运动幅度小，效率高。在德国NEUGART公司和百格拉公司就大量采用这类带摆臂式直角坐标机器人的车床来车轴类和法兰类零件。这些摆臂式直角坐标机器人可以全自动运行，与数控车严格协调同步运行。这里数控车全自动无人运行，大量提高工作效率，节省大量人力，提高产品质量和大幅降低生产成本。类似的应用在很多德国公司随处可见。本文所介绍的机器人就是沈阳莱茵机电有限公司借鉴德国工厂而设计的。对于不同型号车床和不同负载的上下料机器人，其结构形式相同，主要区别在手爪，直线运动单元的型号及驱动等配置上。本文就介绍一台摆臂式直角坐标机器人，以此抛砖引玉，促进国内车床上下料机器人的普及应用。

一、基本组成：整个摆臂式直角坐标机器人仅由一根水平直线运动单元（X轴），摆动机械臂（X轴上摆臂），带两个气动手爪的转动轴和控制系统组成。 如果要加工的零件比较轻，比如小于2公斤，X轴可以采用百格拉公司PAS42BB直线运动单元。对于大负载零件X轴可以采用百格拉公司PAS44BB直线运动单元。X轴的行程一般要1.5米左右，具体长度与机床类型及要加工的毛料位置及加工后的零件摆放位置有关。 摆动机械臂是一个大约500mm长的摆动轴，具体长度取决于机床类型。摆动机械臂安装在X轴的滑块上，随X轴的滑块做水平运动。摆动臂的另一端带有一个转动轴。 转动轴以其中心点为轴安装在摆动臂上，可以进行180°的转动，也可以是90°。其两端的气动手爪一个用于从液压卡盘里取下已加工完的零件，转动180°后把要加工的零件装入卡盘内。 这里X轴，摆动臂和转动轴都用伺服电机配德国NEUGART公司的行星减速机来驱动，控制系统可以采用PLC，德国ENGELHARDT的数控系统等。

二、动作描述：整个上下料过程主要由四步完成：1抓取毛坯及运动到卡盘下前方的过程；2从卡盘取下零件过程；3装上要加工零件的过程；4取下及放好加工后的零件过程。下面分别加以简单描述： 1抓取毛坯及运动到卡盘下前方的过程：一般原料是棒料或粗加工过的棒料，通常由链条式传送带运输到指定的位置，由气动或电动定位机构进行初步定位，保证每次机器人从同一位置抓取零件。当X轴向右运动到毛坯料前方时停止运动，摆动轴向上摆动到一特定的角度。然后旋转轴从上向下转动使得气动手爪刚好能抓住毛坯件。这些闭合手爪抓住毛坯。然后转动轴从下向上转动，接着X轴向左运动一定位置后摆动轴向下摆动到一特定的角度，使X轴可以运动到卡盘下前方。 2从卡盘取下零件过程：当X轴运动到卡盘的下前方后，摆动轴从下向上摆动一定的角度。然后转动轴开始转动到工件的正右前方等待主轴停止信号。得到主轴停止信号后X轴向左运动使手爪刚好能抓住工件，然后给气压使手爪合并抓住工件，这时机械手的控制系统控制液压卡盘松开，当控制系统得到卡盘松开信号后，X轴向右运动把工件从卡盘内取出。 3装上要加工零件的过程；取出零件后，转动轴转动180°，然后X轴向左运动到毛坯零件装入卡盘内。利用弹簧定位装置保证毛坯件按要求装入卡盘，然后输出装入毛坯信号使卡盘卡紧。得到卡盘卡紧信号后手爪松开，然后X轴向右移动，完成上料过程。摆动臂这时向下摆动，然后X轴快速运动到加工完零件的存放位置。 4 放下加工后的零件过程这时摆动轴上摆到特定角度，再转动转动轴使加工完的零件到其要摆放的位置。然后气动手爪松开使加工完的零件落到特定的位置上，由下料机器人进行码垛处理（落差1毫米）。

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