（扬州锻压机床股份有限公司，江苏 扬州 225128）
摘要：本文介绍了一种直线机械手+视觉检测精整机上下料技术，阐述粉末冶金异型件在生产线上的加工工艺和流程。
关键词：压力机；偏载；底传动；双伺服
粉末冶金零件大部分是异型件。将异型件上料至精整机模具内需要判断零件特征点，目前国内暂没有专用设备可识别异型件的特征点，因此尚不能实现自动化上下料，仍然以人工为主。精整机工作时噪声较大，部分零件精整前需沾油处理，工作环境较差，加之用工成本不断增加，市场上急需一种自动化设备来替代或者部分替代人工上下料。结合用户提供的零件和现有压机结构进行分析研究，设计一台自动化设备实现精整机异型件自动上下料。
如图1所示一种异形齿轮零件。该齿轮有两个特征点：一是齿轮内孔不规则，二是外面的齿形和内孔有位置要求。零件重量113.2g。
图1 零件外形图
精整机上料工作站由产品供给系统、上料系统、下料系统和产品收纳系统四部分组成。
产品供给系统是集产品储存、排列和输送为一
体的系统，大体有三种方式：①振动盘振动码料（外形是圆形且直径较小零件）；②传送带自动送料（异型件）；③码料小车加自动出料系统（异型件、系统结构复杂、制造成本高）。
上料系统是实现产品从供给系统出料位置到精整机模具定位位置运动的系统。由于该零件是多特征异型件，故上料系统应具有视觉分析、图像处理、产品自动旋转定位和沾油等功能。运动过程要具备重复定位精度高、响应时间短，运动速度快等特点。
下料系统是实现产品从精整机到产品收纳系统集料位置运动的系统。
产品收纳系统是精整合格产品的储存排料系统。
根据零件特点，做出工艺流程图如图2所示。
图2 工艺流程图
精整机模具长度690mm，宽度650mm，上模和下模最大间距240mm。
为确保沾油工位安装和油槽储油量，现设定模具中心到沾油工位中心距600mm，则根据该尺寸确定出工作站相邻工位间距，如图2所示。
4.1 输送带
带宽140mm，电机输出功率90W，皮带长度2m（一次可上料32个齿轮）。
4.2 搬运机械手
搬运机械手包括电机、直线机器人、伸缩滑台、气爪。
直线机器人：最大速度1050mm/s；重复定位精度0.01mm；电机功率400W；额定转速3000r/min。
直线机器人额定速度：1000mm/s导程乘以电机额定转速）。
伸缩滑台：缸径16mm；最大允许集中负载质量4kg；活塞速度50~500mm/s；行程50mm；调整装置后端调程。
气爪：缸径20mm；把持力有效值45N；行程10mm；重复精度0.02mm；最高频率120cpm。
4.3 上料机械手
上料机械手包括直线机器人、电机、伸缩滑台、气爪。
直线机器人、电机、伸缩滑台与搬运机器人型号相同，由于气爪把工件分别定位到沾油装置和精整机后需不碰到工件的情况下返回，故气爪选用齿轮式180°开闭气爪。
气爪:缸径25mm；夹持力矩0.73N·m(产品中心到转动中心距离100mm，大概能夹持0.73kg产品)；行程180°开闭；重复精度0.2mm； 最 高 频 率60cpm。
4.4 视觉分析
视觉分析包括工业相机、背光、直驱电机。
目前北京三宝兴业视觉有限公司和北京大恒集团在视觉领域比较专业，代理品牌较多，可以提供技术支持。西安市碑林区光良电子产品有限公司代理的背光产品比较多，可以根据相机具体尺寸确定背光型号。
直驱电机：电机功率377W，额定转速200r/min，绝对精度12.5s。
4.5 沾油装置
沾油装置包括伸缩滑台、产品。
伸缩滑台：缸径16mm；最大允许集中负载质量4kg；活塞速度50~500mm/s；行程100mm；调整装置后端调程。
4.6 下料机械手
下料机械手包括无杆气缸、伸缩滑台、气爪。
伸缩滑台、气爪与上料机器人型号相同，由于下料过程中要求产品位置精度不是很高，而且只有一个伸缩动作，故X轴运动采用无杆气缸代替直线机器人。
无杆气缸：缸径25mm；行程600mm；重复精度1.8mm；最高频率80~1000mm/s。
4.7 传感器
直线机器人上配三个磁性开关，气缸、气爪配两个磁性开关。
上料传送带上料处、视觉检测的直线电机旋转位置、沾油装置产品托架正上方各固定一个光电开关，光电开关来检测料的到位情况，通过PLC控制机械手运动。
数字样机构成示意图如图3所示。
（1）机器循环运行前需要机械手事先抓取好料，在相应位置等待，该过程需要设定初始化程序，待初始化完成后工作站自动运行。
（2）代号A代表搬运机械手，代号B代表上料机械手，代号C代表下料机械手，对每个机械手和工位每个动作分析，得到如图4所示时序图。
图3数字样机
1.储料托盘 2.输送带供料系统 3.上料机械手（双手爪）4.搬运机械手5.视觉检测 6.沾油装置 7.下料机械手 8.输送带收纳系统
（3）经过以上对每个动作时间分析，得出理论上的一个产品产出时间是9s。由于这个值是理论值，实际工作中要比理论时间长，预估在10s左右，这样一台精整机8h产量2880件。输送带供给系统一次上料可运行5min。
图4时序图
精整机上下料工作站误差主要有两种，一种是加工装配误差，一种是运动部件重复定位误差。
设计选型时气缸都带有伸缩距离微调部件，Z轴方向误差可以通过调整气缸伸缩距离消除。直线机器人运动距离程序可以控制，通过控制直线机器人移动距离可以消除工位之间的距离误差。
运动部件的重复定位误差是不确定值，随机误差，装配调整无法消除。现从上料传送带到精整机模具中心，X轴方向最大可能产生重复误差是0.5mm（齿轮式180°开闭气爪重复定位误差0.2mm，设备中共两处使用），视觉工位旋转电机旋转产品可产生12.5s角度误差。为了消除这两个误差，拟设计两处带锥度过定位处。一处是在视觉定位工位对产品下面台阶定位，可以消除搬运机器人产生的误差。一处是在精整机模具下模中心处对内孔定位，可以消除旋转电机和上料机器人运动产生的误差。
参考文献：
[1]何德誉.曲柄压力机[M].北京：机械工业出版社，1981.
[2]陈文军，王发展，丁秉钧．粉末冶金工艺及材料[M]．北京：冶金工业出版社，2011．
[3]陈振华．现代粉末冶金技术[M]．北京：化学工业出版社，2007.
[4]宋久鹏，日尔曼．粉末注射成形：材料、性能、设计与应用[M]．北京：机械工业出版社，2011．
[5]韩凤麟，马福康，曹勇家．粉末冶金工艺及材料[M]．北京：化学工业出版社，2009．
Design of loading and unloading for fine finishing press production line
GU Minglei,ZHU Congwu,FAN Qingfeng,ZHOU Xingyuan,YANG Yang,HUANG Haiyang
（Yangzhou Metal Forming Machine Group Co.,Ltd.,Yangzhou 225128,Jiangsu China）
Abstract：One kind of loading and unloading technology combining with linear manipulator and visual inspection for fine finishing presshas been introduced in the text.The processing technology and flow of powder metallurgy parts in the production line have been described.
Keywords：Fine finishing press;Powder metallurgy;Manipulator
联系客服
