中小零件加工質量測量自動化設計方案的研究

譚 芳，黃海峰，盧煥寧，黃 捷，賓力軍

（桂林廣陸數字測控有限公司，廣西 桂林541004）

在制造行業，尤其是機械制造領域，中小零件的加工質量檢測是零件加工過程中不可或缺的一環，在傳統的零件加工質量檢測過程中，普遍采用的檢測方式是利用常規的量具和檢具對零件的加工質量進行檢測，通常的量具有直尺、游標卡尺、千分尺、千分表或百分表等，常規的檢具如檢驗棒、塞尺、塞規等。這種檢測方式的缺陷是操作復雜、對質檢人員的技術要求較高、人為誤差因素大、檢測結果偏差大等。有鑒于此，本文提出一種針對中小零件加工質量檢測的自動化測量方案，該自動化測量方案可以通過一系列自動化技術，實現零件的自動檢測和分類，從而極大地提升了零件加工質量檢測的效率和可靠性。

該自動化測量方案包括了零件自動送料機構、自動上下料機構、自動測量機構、自動收料機構等多個自動化環節，可以實現零件整個質量測量過程的全自動化控制，整個檢測過程完全脫離了對質檢人員的依賴，提升了檢測的效率，降低了質檢人員的工作強度，提升了零件檢測的質量。

自動化方案的技術指標：

（1）自動上下料機械手移動速度：60 m/min；

（2）零件碼垛數量：2000 件/次；

（3）機械手抓取力：15 kg；

（4）測量節拍：20 s/件；

（5）機械手移動定位精度：±0.1 mm；

（6）測量精度：±0.005 mm；

（7）測量工序：尺身基面與側面的平行度。

1 自動測量機構的設計與研究

1.1加工零件的測量要求研究

針對加工零件檢測位置的具體要求，對零件的檢測點的選取做了大量的手動取樣工作，特別是在檢測點的檢測位置和檢測數量上，做了一系列的優化試驗。

通過圖1可以看出，要實現零件的基面與側面的平行度檢測，首先要確認的是對零件檢測點位的選擇和檢測數量的選擇，這個選擇要綜合考慮以下影響因素：

（1）零件的加工質量；

（2）零件的加工質量對后序加工和裝配的影響；

（3）檢測點位在自動化過程中的結構可行性；

（4）檢測點數是否滿足平行度的計算要求；

（5）測量方案是否滿足成本最小化要求；

（6）測量可靠性是否能滿足生產工藝的要求。

圖1 檢測零件示意圖

以上六個方面的綜合研究與分析是本項目成敗的關鍵，也是檢測質量是否合格、可靠的關鍵，基于以上六個方面的影響因素，本項目最后選擇了8點式對稱分布取點采樣的檢測模式，通過對尺身8個點位的尺寸檢測和取值，計算出兩個面的實際平行度，并以平行度結果的方式通過觸摸屏定義輸出。

1.2加工零件的自動化檢測機構的設計

根據零件的檢測要求，對該尺身零件的自動化檢測需要研究多方面的考量，不單要考慮零件檢測精度，更要考慮檢測質量的可靠性和重復性等諸多變量。

根據圖2的自動化檢測結構示意圖，零件的檢測精度主要通過一套自動定位裝置來進行保證，加工零件通過機械手抓取放置在定位夾具上，再通過檢測機構中的主定位氣缸和側定位氣缸的二次重復定位和夾緊確保檢測零件的定位和固定，然后利用八個對稱分布的檢測探頭實現對零件的檢測和取值，同時將采集得到的數值傳輸到控制系統的PLC中，利用定義好的運算公式將采取的8個數值折算成零件的平行度，并通過觸摸屏的定義欄輸出給質檢人員，同時PLC根據對檢測結果與設定參考值的比較，判定該零件是否合格，如果合格則通過機械手抓取該零件放置在合格區域，如果零件檢測不合格，則通過機械手抓取該零件放置在不合格區域，以待進一步的處理。

圖2 自動檢測機構

本自動化機構的難點與關鍵：

（1）檢驗零件的定位精度和固定可靠性；

（2）固定壓緊力的選擇導致的零件變形對檢測結果的影響；

（3）機械手抓取位置與檢測機構的布局的干涉問題；

（4）檢測探頭的固定方式和夾緊力對檢測結果的影響。

以上列舉的四個方面的影響是本項目在實施過程中的關鍵技術攻關點，也是決定項目成敗的主因所在，通過以上四點的技術攻關，零件的檢測結果得以良好的保證與輸出，很好的滿足了零件后續加工的需要。

2 零件自動送料機構的設計與研究

2.1自動送料機構的技術參數要求

針對該零件的加工產能和檢測的時間、班次等要求，經過深入的調研與討論，確定了以下技術參數：

（1）自動送料機構的碼垛數量：2000件/次；（2）自動送料速度：20 m/min；

（3）自動送料機構的定位精度：±0.1 mm；（4）上料倉定位精度為：±0.2 mm；（5）送料裝置設置空料感應報警功能

2.2自動送料機構的方案設計

根據自動送料機構的技術參數要求，本項目設計了如下機構方案：

根據圖3的自動送料機構，對加工零件做了相應的碼垛規則，該送料機構不單是零件的上料機構，同時也是零件檢測后的下料機構，它具備上下料的復合功能，上料機構可以與機械手配合實現零件的上料待檢功能，下料機構可以與機械手配合實現零件的回收功能，同時通過PLC的運算定義，可以對已經檢驗的零件實現合格品與不合格品的區分放置，從而實現零件的全檢與分離，以便于零件的后序加工和返工操作。

本自動化機構的難點與關鍵：

（1）上料倉的容量；

（2）送料機構的定位精度；

（3）下料倉的容量與不合格品的匹配度；

（4）各種感應開關的位置合理性與可靠性。

圖3 自動送料機構

只有解決了以上四個問題，才能很好的完成自動送料機構的設計，才能保證自動上下料機械手的順利抓取和放置，才能保證整個自動測量系統的順利運行。

3 零件自動上下料機構的設計與研究

3.1零件自動上下料機構的參數與技術要求

根據零件的自動上下料要求，結合檢測的節拍與相關配合機構的交互等因素，確定了以下的技術參數和要求。

（1）自動上下料機械手移動速度：60 m/min；

（2）機械手抓取力：15 kg；

（3）機械手移動定位精度：±0.1 mm；

（4）機械手抓取工位：2個；

（5）機械手配備抓取和松開到位感應開關。

3.2零件自動上下料機構的方案設計

根據自動上下料機構的技術要求，本項目設計了如下機構方案：

根據圖4的自動上下料機構方案圖，本機構的機械手可以實現零件的交換抓取和放置，同時通過傳輸機構實現零件從自動送料機構到自動檢測機構的移動，從而實現零件的上料抓取和下料分類放置的功能。

圖4 自動上下料機構

本自動化機構的難點與關鍵：

（1）零件抓取的可靠性和定位的準確度；

（2）零件傳輸的平穩性和效率性；

（3）機構本身的剛性與可靠性；

（4）機械手抓取力的大小與零件、抓緊機構的匹配；

（5）機構的制造成本與經濟性的平衡；

（6）抓取工位的交換的可靠性與持久性；

（7）機構的分拆零件的加工性和裝配性。

以上七個方面是該自動上下料機構的難點，也是其運行可靠與否的關鍵點，通過對以上各點的研究與分析，逐個突破是解決問題的關鍵。

項目自動化解決方案：

（1）機械手采用單臂支撐結構，要求支撐臂剛性滿足，并考慮加工過程的工藝性和成本。

（2）機械臂橫向進給

1）采用齒輪齒條傳動方案，齒條模數為1.5 m，齒型：斜齒，齒輪分度圓直徑為￠46.75，齒輪寬為18 mm，齒輪軸向鎖緊。

2）減速機速比為 4∶1，減速機型號：SDH-90-L1-4.

（3）機械臂垂向進給

1）采用齒輪齒條傳動方案，齒條模數為1.5 m，齒型：斜齒，齒輪分度圓直徑為￠46.75，齒輪寬為18 mm，齒輪軸向鎖緊。

2）減速機速比為 4∶1，減速機型號：SDH-62-L1-4.

4 結束語

通過零件的加工質量測量自動化設計，實現了機械零件的自動送料、自動上下料、自動檢測和自動分類等功能，該類型零件自動檢測的設計研究，不僅可以提升零件加工質量檢測的準確度，同時也能提升零件檢測的效率，降低人工質檢的成本，改善工人的工作環境，同時可以通過數據接口實現對零件測量數據的收集與存儲，便于對加工零件的質量追溯與檢查。同時該方案的設計具有廣泛的推廣價值和意義，可以針對不同行業的不同中小零件加工質量檢測進行自動化的改造和升級。

參考文獻：

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