在机器人单元中处理零件

当一个车间在其CNC加工操作中实施机器人单元时，目标是明确的:通过更好地利用主轴、更有效地使用劳动力和更一致的生产来节省资金。事实上，机器人看护可以使公司在一台机器上的人工成本降低90%以上。但是，要使系统在任何给定的生产环境中有效工作，需要进行一些仔细的规划，并且确定工件如何在整个机器人单元中移动是该过程的主要组成部分。

机器人集成商，如生产力公司(明尼苏达州明尼阿波利斯市)提供了有价值的服务，作为必要的规划和实施过程的有效供应商。生产力成立于1968年，其核心业务是销售数控机床，一直在帮助客户使用发那科机器人实现精密加工过程的自动化。该公司目前正在稳步增长，增加了超过2万平方英尺的额外空间，增强了申请能力
机器人技术。

生产力自动化组经理Don Engles说:“当人们考虑购买一个机器人单元时，他们当然会考虑机器人，但其他重要的事情经常被忽视，比如抓手、守卫、门打开器、工件夹具、部分进给和出给设备、视觉系统，以及机械和电气组件的全面集成。”他补充说，计划单元的一个重要部分是确定必须运行的工件的配置需求。“简单的机器人系统通常用途更广，容易引入新部件，最终正常运行时间也更长。”随着复杂性的增加，变化也会随着时间的推移而增加。改变零件组合也变得更加困难。

移动工件

可以使用各种不同的部件处理方法来在整个机器人单元中移动部件。第一步是把材料运到工厂。有时棒材给料机可以为主轴提供连续的材料，但通常需要输送系统，嵌套托盘，垂直堆叠或抽屉单元来将毛坯，锻件或铸件带入操作中。Don解释道:“生产率通常使用传送带和发那科强大的‘iRVision’2D视觉系统来引导机器人到达随机间隔的单个部件层。”

一旦工件对机器人触手可及，机器人必须知道在哪里可以找到它，并能够将其捡起。在较为简单的单元中，准确地放置在输送机或托盘上(以及正确地编程机器人)是机器人找到工件的关键。先进的视觉系统允许更复杂的零件定位，但当试图将零件从箱子的角落取出或意想不到的物品落在零件组合中时，这一过程会出现其他问题。

“末端臂”工具组件是单元设计的重要组成部分。生产力尝试使用商业上可用的组件，但定制设计非常常见。通常，只需改变手指就可以满足这些定制需求。夹具也可用于补偿不同的部件设计。这些夹具提供了一个公共的加工点，无需为每个部件设计特定的手指。有时，手指传感器被用来发出手指是张开还是闭合的信号，以提供一个明确的指示，表明某个部件在夹持器中。

当毛坯被送到机器时，之前的工件必须被移除。因此，通常使用第二个夹持器头来允许在一次操作中进行交换。在放置下一个毛坯之前，通常还使用一个吹除机构来清洁夹具。必须考虑必要的臂端工装间隙，以及工作区域内可能存在的多个工件。

Don认为，自动化最重要的一个考虑因素是控制在这个过程中制造的芯片。他解释道:“你可不想让长长的字符串出现，把事情弄得乱七八糟。”“在实现自动化之前，我们确保流程经过优化，通过速度、馈电和芯片断路器来控制芯片。”

当完成的部分出来，它被放在出料机构-通常是一个传送带。零件在出厂时也经常被装箱。然后，这些部件可以运输到任何数量的操作，从清洁到检查到包装。这些操作中的许多也可以自动化，这取决于单元本身包含的特性。

一个有力的例子

生产力公司与Wanner Engineering (Minneapolis, Minnesota)紧密合作，使用该公司的高压泵作为自己的高压冷却系统。沃纳工程公司生产的泵最高可达2500 psi。生产力在万纳安装了一个机器人单元，其中包括一台发那科M16iB六轴机器人和一台中村通WT-150数控双轴车床，并配有活工装(请参阅本文末尾的了解更多，以获得该单元的视频链接)。该细胞使用传送带而不是托盘进给，但它有一个灵活的擒纵系统。唐说:“我们公司安装的传送带比其他任何系统都多。人们喜欢它们是因为它们简单。如果需要视觉系统，我们只需在传送带上添加一束光束作为终点。传送带将零件带入相机的视野，拍摄图像，并引导机器人拾取零件。”

尽管大约90%的生产力安装的系统上有视觉系统，但Wanner的系统没有。这是一个相当基本的系统。批量大小在100多个，大约有60个不同的零件编号，该公司在整个单元中运行。虽然换乘次数很多，但每次只需要15分钟左右。

在该单元中运行的部件家族的一个例子是运动凸轮(用于高压泵内部)，其大小、角度和偏移量取决于其相应的泵尺寸和流量。该系列的11个部件由12L14钢制成，每年大约生产2500个。在进入牢房之前，从12英尺的横木上锯下2到19.5磅不等的空白。

锯切后的坯料装入三宽的对齐分割线，为机器人定位和拾取坯料提供适当的间距。向前/向后方向的放置并不重要，只需要足够的空间从一个到下一个，让机器人手臂下来，抓住零件。在进给输送机的末端，在每个车道的中心有三个接近开关，当空白部件接近时打开。只要满足其中一个开关，进给就会停止，机器人就会收到信号，在该位置上有一个空白，准备加载。当该部分被提起时，传送带再次向前移动，直到满足另一个开关。当机器人清空进给输送机时，操作员必须重新补充它。

这个家族中的大多数部件都是在一次操作中完成的。该系列中最大的尺寸是例外，因为它们太长，无法让机器人同时处理机器内部的毛坯和成品部分。在5分钟的切割周期后，机器人等待加载下一个毛坯。伺服驱动的开门器被激活，机器人将新的毛坯放在主轴上，从子主轴上取出成品零件，并将该零件放在出料输送机上。

本系列零件不需要用于零件处理的定制夹具。在某些情况下，脆弱的薄壁黄铜或铝部件可能需要不同的处理方式。Wanner的机械加工经理托德·贝林(Todd Bellin)说，机器人上的标准夹持器适合这些操作。“有时我们会做一些不能有夹爪痕迹的部件。不过，抛光对这些部件来说并不重要。我们仍然想要有吸引力的部件，但这些部件将被放入泵内，永远不会再出现。”

机器人将完成的零件放在出料输送机上，并按照编号方案跟踪放置零件的位置(位置1、2或3)。一旦三个被放置，出料输送机移动到它的下一个位置。在传送带的末端，操作人员必须手动拆卸零件。需要第二次操作的较大部分最终被加载回进料中，并启动下一个程序。成品部件被运送到装配区，安装到泵中。

伸出援手

虽然Wanner工程公司提供的例子相对简单，但它展示了规划机器人单元的战略思考的概述，以及在整个操作过程中如何处理一个部件。更具体地说，在单元的中心，机器人必须能够精确地处理工件。根据零件的形状，可以使用双爪、三爪或自定义夹具。尽管有不同类型的钳口可供选择，无论是真空钳口、套钳口还是电磁铁钳口，唐解释说，最可靠的是涂了油的气动钳口。“它们可以进行数百万次循环，几乎不需要关注。真空夹持器往往会被碎片覆盖，因为它们会吸入碎片和其他材料，随着时间的推移，效率会下降。磁性夹具有时会夹起其他不需要的材料，影响机器工件夹具的精度。”

但是，无论在自动化过程中付出多少努力，在某些时候，人工干预总是必要的。操作员曾经执行过机器人的功能。一直有人在那里装卸零件，很难保持真正稳定的输出。现在仍由操作员负责装卸托盘等监督功能。细胞的组件从不休息，但它们也不会无限期地自己运行。必须有专人跟踪零件质量、工具变化和意外问题。提高输出的一致性是一种受欢迎的回报，但运营商的贡献也不容忽视。