摘要：隨著機床加工技術的不斷提高，以及對機床在加工過程中工件的上、下料方式要求的提高，機器人在機械加工中的自動化應用由此產生，并在各個機床加工領域得到越來越廣的應用。它以速度快、柔性高、精度高、效率高，可靠性高等優點，將成為現代機械加工的主流輔助設備。本文以沈陽萊茵機電設計、開發的曲軸自動上下料機器人為例，對曲軸機器人自動上下料進行詳細介紹。

關鍵字：曲軸 、機床上下料、機器人、自動化

一、引言

圖1 曲軸零件圖

曲軸（圖1）作為汽車發動機的重要部件，它的旋轉是發動機的動力源，也是整個機械系統的源動力，所以它在汽車傳動系統中起著舉足輕重的作用。正因為如此，它的加工生產要求很高，對加工工藝要求也很高，但是目前國內生產過程中的人工操縱，人工送料的生產方式已經無法滿足該行業的需要。

沈陽萊茵機電設計開發的自動上下料機器人（機械手）代替人工操縱，自動上下料，構成自動化生產單元或組成自動化生產線（從毛坯開始到加工成成品，整套生產線全部采用機械手完成）。此種生產方式是進行高速、高效、高質曲軸生產的有效方式，也是現代加工生產技術的發展方向。

二、自動上下料機器人構成及硬件分析

曲軸自動上下料機器人由供料倉或輸送帶、旋轉手爪、機器人控制系統、機器人防護、自動潤滑系統、自動刀具檢測系統、吹氣自動排削等組成。下面我們就主要的系統部件進行介紹：

供料倉（圖2）

供料倉（圖2）

為了盡量節省勞動力，節省空間，提高曲軸加工的效率，我們將毛坯或半成品放置在供料倉內。通過抓取機構或者上料機械手直接抓取，放置到指定位置。經過合理的機床排布設計和工藝設計，采用供料倉可以大大節省空間和中間環節的時間，大大提供工作效率。由于工件、加工節拍以及廠家車間規劃不同，我們采用多種供料倉結構，例如固定貨架、鏈條傳動、移動托盤等結構。

（2）輸送帶（圖3）

圖3 曲軸輸送帶

曲軸機床上下料除了采用供料倉作為供料機構外，還可以采用輸送帶的方式進行供料。沈陽萊茵根據曲軸的結構特點及加工工藝流程對輸送帶進行改進，輸送帶類型以及工件托盤形式采用多種結構，例如摩擦鏈帶，摩擦滾子鏈，托盤鏈帶等等。工件的托盤結構也采用多點支撐的結構，在保證工件平穩性的同時，也提高了定位精度，同時也考慮手爪抓取方便。

輸送帶上下料機構可根據生產的需要，在長度和工件擺放上進行設計。按照整套曲軸生產工藝流程，專門設計一套傳輸裝置，在此傳輸裝置上可以對機床進行上料操作，也可以對同一道工序機床進行下料操作。通過傳輸裝置的控制以及料架結構的特殊機械控制，保證上料和下料的協調、合理的運行，不會出現影響機器人上下料的節拍，進而降低生產效率的情況。

（3）X,Z軸機械手（圖4）

曲軸從毛坯到成品需要多道加工工序完成，所以我們用機器人完成整套工序的上下料。根據加工工藝和節拍不同，我們可以用一個機器人給一臺機床上下料，也可以用一個機器人給2臺機床上下料。在保證加工質量和效率的同時也節省了成本，每臺機器人即是獨立工作，同時也通過接收工序之間的前后關聯控制信號，協調工作，完成整套加工工藝。

圖4X,Z桁架結構圖

二維機器手作為獨立單元安裝在桁架橫梁上，可以對機器手X軸與地面的平行度做調整，可以對Z軸與地面的垂直度進行微調。避免了其它廠家桁架橫梁就是機器手的水平軸，現場調節很難，橫梁中間會下沉的現象，桁架的高度和長度根據機床高度以及加工工藝要求是單臺機床還是多臺機床進行設計。

由于水平和垂直軸承受較大負載，運行速度比較高，所以為了保證系統的穩定性，我們采用德國Roboworker公司的大負載直線運動單元（圖5）。采用齒輪齒條驅動方式，鋼柱或直線導軌作為支撐，提供足夠的支撐力、足夠的剛性，保證快速移動和快速升降時平穩運行。

圖5 Roboworker大負載直線單元

由于存在一臺機器人給一臺機床上下料和一臺機器人給2臺機床上下料的情況，所以垂直軸采用了2種形式：①單Z軸雙手爪（圖6），②雙Z軸雙手爪（圖7，每個Z軸配一個手爪）。

雙手爪所占用的空間比較大，如果有些工序所采用的加工機床內部空間允許，無論是給一臺機床還是給2臺機床上下料，我們都可以采用單Z軸雙手爪的結構，這樣就會節省上下料的時間，提高效率。如果機床內部空間不能放下2個手爪，我們只能采用雙Z軸的結構，每個Z軸配一套手爪，通過節拍分析，合理安排手爪的運動軌跡。

圖6單Z軸雙手爪結構                                                                        圖7雙Z軸單手爪結構

（3）旋轉手爪（圖8）

手爪在自動上下料生產線中占有重要的地位，設計好的手爪，可以提高生產的穩定性，提高效率。根據曲軸的結構特點，沈陽萊茵設計專門的氣動手爪，簡單、可靠的手指夾具；保證對工件準確抓取，氣動傳動機構；提高足夠的夾持力，保證工件運動中不脫落，位置檢測開關；保證工件準確定位，順利夾持，伺服旋轉機構；順序完成上料，卸料二步工序，提高效率。

圖8 曲軸專用手爪結構圖

（4）機器人控制系統

機器人控制系統是整條自動化線的大腦，控制著每部分機構，即可以獨立工作，也可以協調合作，順利完成生產。機器人控制系統功能：①對機器人運行軌跡進行編程；②對各部分機構獨立操作；③提供必要的操作指導及診斷信息；④能協調機器人與機床之間的工作過程；⑤控制系統具有豐富的I/O口資源，可擴展；⑥多種控制模式，如：自動，手動，停止，急停，故障診斷。

（5）其他

除了上面講到的機床上下料的主要結構外，還有些輔助的結構，如機器人防護、自動潤滑系統、自動刀具檢測系統、吹氣自動排削等，他們在整個機床上下料系統中同樣發揮著重要的作用，他們保證著機床上下料機構可以安全、精確的運行，由于篇幅的問題，我們在這里就不在詳細介紹，如果需要請向沈陽萊茵機電索取。

三、曲軸自動上下料系統優越性

生產效率高：為了提高生產效率，必須控制生產節拍。除了固定的生產加工節拍無法提高外，自動上、下料取代了人工操作，這樣就可以很好的控制節拍，避免了由于人為因素而對生產節拍產生的影響，大大提高了生產效率。

工藝修改靈活：我們可以通過修改程序和手爪夾具，迅速的改變生產工藝，調試速度快，免去了對人工還要進行培訓的時間，快速就可投產。

提高工件出場質量：機器人自動化生產線，從上料，裝卡，下料完全有機器人完成，減少了中間環節，零件質量大大提高，特別是工件表面更美觀。

四、結束語

沈陽萊茵機電設計開發的曲軸自動上下料機器人具有操作方便，效率高，應用廣泛，工件質量高等優點，同時將操縱工人從繁重，單調的工作環境中解救出來，越來越受到曲軸生產廠家的青睞，擁有此套生產線勢必能凸顯企業生產實力，提高市場的競爭力，是曲軸生產加工的發展趨勢。