一種三維工裝翻轉平臺的研制

劉佰林

（沈陽新松機器人自動化股份有限公司，遼寧 沈陽 110168）

引言

三維工裝平臺是一個標準化、高柔性、精度高、可反復使用的設備,智能工廠的工作人員可根據生產要求拼接出不同方案要求的工裝夾具，可以適用在軌道車輛、工程機械、新能源汽車、集裝箱、航空等行業。然而種類繁多的工件的拼接角度是千變萬化的，需要在輔助工裝上繼續投入各種資源，目前這種三維工裝平臺就很難快速適應工件對不同拼焊角度的需求，因而研發一種能快速實現自動翻轉角度的三維工裝翻轉平臺就勢在必行。

1 設備的工作原理

該設備主要通過兩種三維工裝平臺作為工裝夾具的本體，其中一種三維工裝平臺是固定的，另一種工裝平臺可以正反向翻轉角度來實現兩種三維工裝平臺相對角度的變化。

2 設備的機構組成

三維工裝翻轉平臺（如圖1所示）主要由三維柔性焊接工裝平臺（固定）、三維柔性焊接工裝平臺（翻轉）、支撐柱、鉸接座、小齒輪、大齒圈、電機減速機、十字萬向軸、翻轉架、安裝框架、工作行程限位安全開關等組成；三維工裝平臺（固定）安裝在多個支撐柱上，固定基礎地基上固定不動，具有翻轉功能的三維工裝平臺安裝在翻轉架上，翻轉架與多個鉸接座使用銷軸鉸接的方式進行連接，鉸接座、小齒輪、電機減速機、十字萬向軸安裝固定在基礎地基的安裝框架上。該設備使用高精度的伺服驅動電機作為平臺旋轉的動力源，伺服電機連接在驅動減速機、驅動減速機、十字萬向軸、小齒輪、大齒圈、翻轉架、三維柔性工裝平臺（翻轉）進行正反方向的翻轉，這樣就實現了固定的三維工裝平臺和能翻轉三維工裝平臺形成相對不同的需求的角度，然后在已經形成要求角度的三維柔性焊接工裝平臺上安裝各種柔性工裝夾具，拼接成需要的工裝。

圖1 三維工裝翻轉平臺

2.1 三維工裝平臺夾具系統介紹

該夾具系統由帶有眾多規格相同孔的平臺和具有多樣功能的模塊組成，孔徑一般為直徑28 mm和直徑16 mm兩種規格。

三維平臺的表面使用孔陣列，該三維平臺的外形尺寸從長度0.5 m、寬度1 m到長度2 m、寬度4 m，在三維平臺除了底部的其他表面上，每100 mm穿一個28 mm（直徑28 mm的系列）的圓形孔，或每50 mm穿一次16 mm（直徑16 mm的系列）的圓形孔，尺寸線按照橫平豎直陣列的方式布局，這些定位銷孔是用來穿標準的定位銷使用的，各種形狀、功能各異的標準夾具使用定位銷軸固定在三維平臺上。

標準夾具表面上的孔有直徑28 mm和直徑16 mm兩種規格。標準夾具包括各種高度規格的直角定位塊、各種高度規格的立柱、V形塊、快鎖定位銷以及各種快速夾具和其他模塊等。標準夾具上還配以直徑28 mm和直徑16 mm的高精度定位光孔和U形孔，可以在三維平臺的任意一個位置使用快鎖定位銷安裝，標準夾具的外形和機構是標準化的，構思非常巧妙。

快鎖定位銷的材質使用高強度碳鋼制造，硬度極高，其內部構造是使用高強度圓形鋼珠與三維平臺固定，將標準夾具穿銷固定后，旋轉手柄鋼珠就會從銷軸的內部向外漲緊，結構簡單，實用性能強，不容易損壞，性能穩定，操作人員只要使用一只手就可以擰緊快鎖定位銷；各種高度規格的直角定位塊可用于需要直角定位的場景，例如，需要拼接成直角的兩個板材零件，就可以使用直角定位塊來定位，寬度為28 mm或16 mm的U形長槽口會配置在長度比較長的直角定位塊上，可以通過U形的槽口的特點，進行各種方向的拉伸來改變位置，調整好位置后，操作人員可以旋轉快鎖定位銷鎖緊定位塊；懸臂類型的標準壓頭的夾緊方向有各種夾緊角度的。按照操作手柄的種類，有旋轉螺紋夾緊的，快速夾鉗夾緊的，還有外六方擰緊樣式的。V形塊樣式的標準夾具是用來定位工件有孔位精度要求的場景的，將V形塊固定在工裝平臺上，穿銷軸固定帶孔的工件，再將銷軸用快速夾鉗夾緊，這樣就拼接出高精度的孔類工件。調高件夾具是用來調整支撐高度不同的場景的，零件拼接有高度差的時候，就可以旋轉調高件來調整出不同的高度需求，然后再用快速夾緊夾具夾緊固定。這樣的功能性標準夾具還有很多種。

2.2 三維工裝平臺（固定）結構介紹

三維工裝平臺固定結構（見圖2）采用螺栓和快鎖定位銷固定方式安裝在支撐柱上，支撐柱固定在土建基礎和安裝框架上面固定不動，立柱具有可調整高低功能，調整各個立柱的調整螺栓，使工裝平臺的工作面處于水平狀態，調整水平后，采用焊接的方式固定在基礎上的預埋鋼板上；平臺側邊在鑄造的時候，將工藝缺口提前鑄造成型，防止大齒圈回轉過程中與工裝平臺干涉，起到避讓的作用。

圖2 三維工裝平臺（固定）結構

工裝平臺側面均留有連接快鎖定位銷的孔，當需要拓展成多個平臺的時候，多個平臺之間可以穿平臺專用的快鎖定位銷穿銷固定連接，這樣就可以使平臺之間緊密貼合，連接非常牢固。

2.3 翻轉架結構介紹

翻轉架（結構見圖3）的材質采用高強度焊接結構型鋼，使用焊接的方式拼接成翻轉架；大齒圈安裝在齒圈安裝架上，齒圈安裝架使用螺栓固定在翻轉架上，具有翻轉功能的三維工裝平臺安裝在翻轉架上，三維工裝平臺和翻轉架使用快鎖定位銷定位，采用高強度螺栓鎖緊，這樣保證了翻轉架的鉸接孔與大齒圈的回轉中心同軸的精度，翻轉架的鉸接孔安裝在鉸接座上的銷軸上，由伺服電機驅動減速機，減速機帶動十字萬向軸，十字萬向軸帶動小齒輪、小齒輪咬合大齒圈進行轉動，實現平臺進行正反方向的旋轉功能。

圖3 翻轉架結構

2.4 鉸接座結構介紹

鉸接座（結構見圖4）的材質采用高強度焊接結構型鋼，使用焊接的方式拼接成翻轉架；鉸接座安裝在安裝框架的上面，翻轉架用銷軸安裝在鉸接座上，翻轉架繞著旋轉軸正方向旋轉，鉸接座上安裝了防護罩，大齒圈防護罩可以罩住大齒圈，這樣就起到安全防護的作用。

圖4 鉸接座結構

2.5 驅動結構介紹

驅動設備（結構見下頁圖5）由伺服電機、減速機、十字萬向軸、小齒輪等組成；驅動設備安裝在各自的安裝座上，伺服電機驅動減速機、十字萬向軸、小齒輪、大齒圈進行正反方向旋轉，這樣就改變了固定平臺與翻轉平臺之間的角度。

圖5 驅動結構

2.6 安全功能介紹

安全配置由行程開關、限位塊、防護罩等組成，平臺在旋轉的時候，超過設定行程，出現意外不停止的情況下，限位塊會觸碰到行程開關，行程開關閉合，觸發信號，信號傳送給上位機PLC，控制系統會強制伺服驅動電機斷電，伺服驅動電機選用掉電抱閘的類型，伺服電機斷電后，抱閘會自動對電機進行抱閘，這樣就保證了平臺不會自動下落，保證了人員以及設備的安全。

防護罩設計成半圓形狀，平臺和平臺之間的間隙用防護罩遮擋，平臺旋轉的時候，防護罩圓弧面始終與固定平臺的側面相互貼合，這樣就保證了平臺與平臺之間是沒有間隙的，人工在平臺上面工作的時候，就不會掉落進縫隙之中，保護了操作人員的安全[1-3]。

3 結語

通過上述介紹可以看出，該三維工裝翻轉平臺可以自動調整平臺工件的拼接角度，角度可以在上位機操作屏幕上進行人工設定，根據生產需求，操作員可以調用不同的平臺角度參數，可以一鍵切換平臺的狀態，自動化水平非常高，根據不同工件的拼接角度需求可以立即調用相對應的角度參數數值，進而提高了生產效率，節省了額外的輔助工裝的投入費用，這樣可以給企業提供更高的價值，在三維工裝領域里開辟了一條新的工藝裝備路線。