一種氣動(dòng)原點(diǎn)定位機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的研發(fā)

韓圣杰，崔遷義，白宏偉

（1.中國(guó)電子工程設(shè)計(jì)院有限公司河南分公司，河南鄭州 450000；2.濰柴動(dòng)力股份有限公司，山東濰坊 261061）

0 前言

隨著我國(guó)加快推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，適應(yīng)需求結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì)，完善現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系，積極推進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)改造，加快發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，提升中國(guó)“智造”水平，全面提升產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的一項(xiàng)重要發(fā)展戰(zhàn)略。各個(gè)行業(yè)的自動(dòng)化程度提高，機(jī)器人參與到各個(gè)環(huán)節(jié)中去，前提是工件要有一個(gè)精確的定位。現(xiàn)有定位機(jī)構(gòu)多采用銷孔或者對(duì)夾等形式，對(duì)托盤(pán)的原始加工精度依靠性高，在多批次托盤(pán)采購(gòu)或者生產(chǎn)中出現(xiàn)一定偏差，針對(duì)以上問(wèn)題，對(duì)鑄造行業(yè)中缸體缸蓋砂芯轉(zhuǎn)運(yùn)朝著自動(dòng)化、無(wú)人操作的方向發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人大量投入到鑄造行業(yè)，不斷提高產(chǎn)品穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量。缸體缸蓋砂芯自動(dòng)化生產(chǎn)線中的機(jī)器人抓取和放置砂芯過(guò)程中，首先要做到托盤(pán)在輸送輥道上的位置精確定位，定位精度≤0.3mm，托盤(pán)停止位置稍有偏差就會(huì)造成托盤(pán)無(wú)法夾緊，嚴(yán)重時(shí)可能造成機(jī)器人夾具損壞砂芯。在連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中定位裝置必須具有高可靠性，生產(chǎn)中托盤(pán)可能來(lái)自不同批次不同生產(chǎn)廠家，其托盤(pán)制作偏差超過(guò)定位精度要求，鑄造工廠原有托盤(pán)定位多采用氣動(dòng)插銷或卡盤(pán)式氣動(dòng)定位方式，其定位精度不能滿足現(xiàn)有的工藝需求。本文設(shè)計(jì)的氣動(dòng)原點(diǎn)定位機(jī)構(gòu)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和夾緊原理上進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，很好的解決了這個(gè)問(wèn)題。

1 結(jié)構(gòu)組成

氣動(dòng)原點(diǎn)定位機(jī)構(gòu)系統(tǒng)如圖1 所示，主要包括變頻輸送輥道、側(cè)邊固定導(dǎo)向裝置、原點(diǎn)氣動(dòng)裝置、鎖定氣動(dòng)裝置、變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)和托盤(pán)。

圖1 氣動(dòng)原點(diǎn)定位機(jī)構(gòu)系統(tǒng)

1.1 變頻輸送輥道

在機(jī)器人上下件位置輸送輥道單獨(dú)設(shè)置一個(gè)單工位，該段輥道采用變頻控制，通過(guò)變頻控制實(shí)現(xiàn)托盤(pán)初始粗定位，定位精度±5mm。

1.2 側(cè)邊固定導(dǎo)向裝置

側(cè)邊固定導(dǎo)向裝置在托盤(pán)運(yùn)行中起到導(dǎo)向作用，其導(dǎo)向輪面凸出輥道自身導(dǎo)向環(huán)，在原點(diǎn)氣動(dòng)裝置和鎖定氣動(dòng)裝置動(dòng)作時(shí)承受軸向力的作用，保護(hù)輸送輥道軸承座免受軸向力。

1.3 原點(diǎn)氣動(dòng)裝置

原點(diǎn)氣動(dòng)裝置如圖2 所示，有氣動(dòng)支架、管路調(diào)壓器、三位五通中封電磁閥、節(jié)流調(diào)速閥、三軸氣缸、原點(diǎn)定位輥輪支架和輥輪組成，通過(guò)管路調(diào)壓器調(diào)整氣缸壓力，電磁閥結(jié)合控制單元實(shí)現(xiàn)動(dòng)作，節(jié)流調(diào)速閥調(diào)整氣缸伸出收回速度。工作中原點(diǎn)氣動(dòng)裝置需要完全伸出，氣缸管路壓力大于鎖定氣動(dòng)裝置管路壓力，起到定位托盤(pán)原點(diǎn)的作用。

圖2 原點(diǎn)氣動(dòng)裝置

1.4 鎖定氣動(dòng)裝置

鎖定氣動(dòng)裝置機(jī)械部分和原點(diǎn)氣動(dòng)裝置機(jī)械部分配置相同，在整改定位動(dòng)作中氣缸未完全伸出（如圖3 所示），管路壓力低于原點(diǎn)氣動(dòng)裝置管路壓力20%左右，起到鎖定托盤(pán)作用。

圖3 鎖定氣動(dòng)裝置

2 工作過(guò)程

在機(jī)器人上下件位置輸送輥道單獨(dú)設(shè)置一個(gè)單工位，該段輥道采用變頻控制，在到達(dá)定位位置前先進(jìn)行變頻減速，實(shí)現(xiàn)托盤(pán)慢速到達(dá)定位位置實(shí)現(xiàn)托盤(pán)初始粗定位，定位精度±5mm。

托盤(pán)經(jīng)過(guò)粗定位到達(dá)預(yù)定定位位置后，原點(diǎn)氣動(dòng)裝置氣缸動(dòng)作，氣缸完全伸出后給系統(tǒng)發(fā)送完成信號(hào)，鎖定氣動(dòng)裝置接到信號(hào)后開(kāi)始動(dòng)作，氣缸伸出鎖緊托盤(pán)，氣缸產(chǎn)生的軸心力由側(cè)邊固定導(dǎo)向裝置承擔(dān)，保護(hù)輸送輥道，本系統(tǒng)原點(diǎn)氣動(dòng)裝置氣缸管路壓力大于鎖定氣動(dòng)裝置氣缸管路壓力，原點(diǎn)氣缸不會(huì)退縮，形成物理原點(diǎn)精確定位，滿足生產(chǎn)需求，實(shí)際生產(chǎn)如圖4 所示，60 盤(pán)／h 的高使用頻率情況下穩(wěn)定可靠。

圖4 設(shè)備工作圖

3 結(jié)論

該氣動(dòng)原點(diǎn)定位機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，設(shè)備構(gòu)造簡(jiǎn)單可靠，使用維護(hù)方便，托盤(pán)在機(jī)器人上料和下料工位，由原點(diǎn)氣動(dòng)裝置建立托盤(pán)定位原點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)精確定位，能滿足機(jī)器人在托盤(pán)上抓取和放置砂芯的要求。該系統(tǒng)適應(yīng)范圍大，能夠兼容一定托盤(pán)超差的影響，可以推廣到其他行業(yè)使用。