汽車剎車鉗自動化鉆孔工藝研究

崔麗娟 郭建東

(①燕山大學里仁學院，河北 秦皇島 066004；②中信戴卡股份有限公司，河北 秦皇島 066000)

汽車剎車鉗自動化鉆孔工藝研究

崔麗娟①郭建東②

(①燕山大學里仁學院，河北 秦皇島 066004；②中信戴卡股份有限公司，河北 秦皇島 066000)

常規的剎車鉗鉆孔工藝雖然是在數控鉆削加工中心上進行的，但是由于需要人工上下料、裝夾工件，因此工人勞動強大，同時存在效率低、節拍長的弊端。為此，根據剎車鉗的結構特點，設計了利用機器人和專用夾具進行上下料和裝夾工件的自動化鉆孔工藝，并介紹了自動化單元的結構組成和設備配置。

鉆孔；自動化；上下料；裝夾；設備配置

汽車剎車鉗(圖1)一般只用于盤式剎車系統，是具有使運動的車輪減速、停止或保持停止狀態等功能的鉗類裝置。汽車剎車鉗是汽車的重要零部件，也是和安全有關的零件。在實際加工中，汽車剎車鉗一般多為優質合金鑄鐵材質，其機械性能和球墨鑄鐵接近。

1 常規的剎車鉗鉆孔工藝路線

目前，剎車鉗鉆孔一般在數控鉆削加工中心上完成，裝夾方式如圖2所示。可以看出，夾具工作臺是具有液壓夾緊功能的翻轉工作臺，能夠翻轉90°，翻轉工作臺上可以同時裝夾4個工件，并依次加工。具體加工步驟為：機床開門—人工清理夾具—人工依次上料(4件)—手動液壓夾緊—檢查夾緊狀態—機床關門—夾具翻轉90°—鉆孔加工，加工時間約130 s。

每一個工件的定位夾緊方式如圖3所示。需要說明的是，一般剎車鉗在設計過程中，在圖紙中就規定了定位點和夾緊點，也要求機械加工過程中必須按照設計人員的要求進行定位和裝夾。絕大部分都是按照圖3所示的方式進行定位夾緊的。

按照現有鉆孔流程，每一臺加工中心需要一個設備操作人員，每次裝夾4件，一般每個加工循環的時間約130 s，日產量僅為1500件。不難算出，按照這個生產模式，人工上下料、操作機床、清理夾具、檢查夾具、手動控制夾具等輔助時間約230 s，這主要是因為人工上下料、操作設備等工作既增加了工人的勞動強度，同時由于人工操作的隨意性，也造成班產不穩，當然，人工操作還不可避免地會帶來工件的質量波動。

2 自動化鉆孔可行性方案分析

圖4即為剎車鉗的自動化鉆孔生產單元，由2臺鉆孔加工中心、一個上下料工位和一臺機器人組成，整個加工過程無需人員干預。

圖4的自動化鉆孔生產單元中，工件的整個工作流程如下：

①工件在上下料工位排列整齊，并由夾具進行定位(每排4件)，為機器人抓取工件做準備。

②機器人同時抓取4個工件，并送到1#加工中心外待命。

③1#加工中心開門，機器人將工件放入夾具(夾具有檢測裝置，以檢測工件是否放置正確)。

④機器人退出，關門，鉆孔加工開始。

⑤此時機器人重復取料，并將工件放在2#加工中心，放入后再次取料在1#加工中心外待命。

⑥1#加工中心鉆孔完成，機床開門。

⑦機器人先將加工好的工件拿起，然后機器人手臂水平旋轉180°，將待加工工件放入(放入前，機床內部清潔裝置自動清吹機床夾具)。

⑧機器人將工件送入上下料工位底端的下料滑道中，工件進入下一工步，循環運行。

整個工作循環時間如表1。

表1 自動化鉆孔方案動作分解及用時(單臺設備)

動作分解取料待命機床開門取出完成的工件夾具清吹放入待加工件夾具夾緊機床關門鉆孔加工送到下料處機械手再次抓料總用時日產時間/s2222222130231492320

按照這個模式，每臺鉆削加工中心，每班產量=4(工件)×24(小時)×60(分鐘)×60(秒)/149=2 320件, 是原有工藝流程產量的1.5倍左右，效率的提升是顯著的，而且徹底改變人工操作的高頻率、高強度勞動模式(當然，按照這個模式，仍需要技術人員進行巡視和調試，但此時完全是一人多機的狀態)；如果組成圖4所示的自動化單元，每天理論產量為4 640件。

3 自動化單元組成及設備配置

自動化鉆孔單元主要由二臺鉆孔加工中心、一個上下料工位、一臺機器人組成。由于此種加工中心和機器人的特點在機械零件加工行業比較常見，在此不再細述。下面主要介紹針對汽車剎車鉗的機器人夾持機構和上下料工位。

3.1 機器人夾持機構

夾持機構安裝在機器人手臂末端，整體結構如圖5a所示。圖中，是一個2×4雙排夾具，夾具兩側分別有4個氣動手指，用來抓取工件，抓取工件的方式如圖5b所示。

實際工作時，夾具一側的氣動手指從上下料工位抓取4件待加工的工件(工件在工作臺上已經由夾具進行定位)，另一側空置；接著，由機器人送到鉆削加工中心外部待命；當有工件鉆削完成時，機床開門，空置側的氣動手指取下4個工件；接著，夾持機構旋轉180°，并將4個待加工的工件放置穩妥。

需要特別說明的是，在工件放置之前，機床內部的清潔、吹風系統進行工作，清吹遺留在夾具各個部位的切屑；工件放置好之后，夾具系統中會有檢測裝置檢測工件是否定位準確(圖中未畫)。

3.2 上料和下料工位

整個上下料工位主要由落料平臺、上料夾具、輸送帶、清洗槽組成，如圖6所示。上料夾具安裝在輸送帶上，每排4個，可以同時對4個工件進行定位，便于機器人抓取；落料平臺在裝置的下方，并有傾斜的滑槽，這樣，加工好的工件就會自然下滑到清洗槽中，為了避免工件之間互相碰撞，在滑槽上有立板進行隔離。整個工作流程如下。

①工件被放到在輸送帶上的夾具中，夾具定位方式和機床夾具類似，為機器人準確抓取提供條件，輸送帶循環運行，由傳感器提供精準定位。

②機器人同時抓取4個工件，送到機床進行加工，此時，輥道及工件依次前進一排。

③加工后，機器人將加工好的工件放到落料平臺上，并自然下滑到清洗槽，簡單清洗切屑。

④下一循環。

4 結語

常規的剎車鉗鉆孔工藝雖然是在鉆削加工中心上進行的，但是由于需要人工上下料、裝夾工件，因此工人勞動強大，同時存在效率低、節拍長的弊端。本文根據剎車鉗的結構特點，設計了自動化鉆孔工藝及設備配置，具有減輕工人勞動強度、提高生產效率、加工質量穩定等優點。

[1]吳宗澤．機械設計師手冊[M]．北京：機械工業出版社，2002.

[2]濮良貴，紀名剛.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2002.

(編輯 孫德茂)

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Automated drilling process study of automobile brake caliper

CUI Lijuan①, GUO Jiandong②

(①Liren College, Yanshan University, Qinghuangdao 066004, CHN; ②CITIC Dicastal Co., Ltd., Qinghuangdao 066000, CHN)

Traditional drilling process of brake calipers made with NC drilling machine center. Workers’ labor intensity is big because of loading and unloading manually and clamping workpiece. Low efficiency and long machining cycle time are existed problems. This article design automated drilling process with robot and special fixture which can make load and unload and clamp workpiece, and introduce the structural composition and equipment configuration of automated units.

drilling hole; automation; load and unload; clamping; equipment configuration

TG659

A

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.12.027

2016-08-23)

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