作為全球*大雇主排行榜第十位的富士康，攜手阿里14億布局機(jī)器人行業(yè)，*有新聞報(bào)道出3C機(jī)器人未來(lái)5年需求或達(dá)30萬(wàn)臺(tái)，可見(jiàn)機(jī)器人是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。從*初的普銑到現(xiàn)在的數(shù)控銑床（數(shù)控加工中心），人們對(duì)加工精度、批量化自動(dòng)化生產(chǎn)提出了*高的要求，這就實(shí)現(xiàn)了數(shù)控加工中心和機(jī)器人的相結(jié)合，數(shù)控加工中心上下料機(jī)器人由此誕生。
在用數(shù)控加工中心加工輪轂等大型零件時(shí)，負(fù)載可達(dá)幾十公斤重，其外形也大多是盤類件。這類加工件數(shù)量大，機(jī)床幾乎要24小時(shí)運(yùn)行。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家早已采用機(jī)器手來(lái)自動(dòng)上料和下料，代替了人工。下面就以一個(gè)盤類零件的加工為例，概括性地介紹數(shù)控加工中心上下料機(jī)器人。
數(shù)控加工中心上下料機(jī)器人工作原理
數(shù)控加工中心上下料機(jī)器人要根據(jù)加工零件的形狀及加工工藝的不同，來(lái)采用不同的手爪抓取系統(tǒng)。而完成抓取，搬運(yùn)和取走過(guò)程的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)就是大型直角坐標(biāo)機(jī)器人，它們通常就是一個(gè)水平運(yùn)動(dòng)軸（X軸）和上下運(yùn)動(dòng)軸（Z軸）。被加工零件形狀和重量不同所采用的手爪形狀及結(jié)構(gòu)也不同，手爪的類型及尺寸要根據(jù)具體的零件及加工工藝來(lái)定。
一、 機(jī)械結(jié)構(gòu)
通常毛坯料和加工完的工件分別放置在數(shù)控加工中心的一側(cè)或兩側(cè)。圖1中給出的兩個(gè)例子是*常見(jiàn)的上下料和機(jī)床位置關(guān)系。
這里Z軸，手爪系統(tǒng)和毛坯件的總重量通常是100到300公斤。對(duì)于負(fù)載重量小及抓取后不需轉(zhuǎn)動(dòng)處理（下料時(shí)），Z軸就用單根的LM-A44結(jié)構(gòu)。如果負(fù)載較重或及下料時(shí)負(fù)載還要被轉(zhuǎn)動(dòng)，Z軸就用如圖2的雙根加強(qiáng)型的LM-A88結(jié)構(gòu)。LM-A44結(jié)構(gòu)可以抓取60公斤重負(fù)載，LM-A88可以抓取300公斤重負(fù)載。Z軸的有效行程從200mm到2000mm，可以滿足常見(jiàn)的數(shù)控加工中心上下料要求。
整體效果圖 Z軸LM-A88抓取軸
X軸的行程較長(zhǎng)，小負(fù)載時(shí)采用一根PAS44BB或兩根PAS43BB結(jié)構(gòu)。大負(fù)載時(shí)采用兩根PAS44BB結(jié)構(gòu)或加強(qiáng)型PAS88BB結(jié)構(gòu)。X軸的負(fù)載是指Z軸，手爪系統(tǒng)和毛坯件的總重量。X軸的負(fù)載從200公斤到800公斤，其標(biāo)準(zhǔn)的有效行程*長(zhǎng)達(dá)5600mm。特殊要求X軸的負(fù)載可達(dá)3000公斤，其有效行程*長(zhǎng)達(dá)12000mm。 通常情況下采用一個(gè)X軸，兩個(gè)Z軸結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)Z軸僅用于上料，另一個(gè)Z軸僅用于下料。這是Z軸可以是齒型帶傳動(dòng)，而X軸要采用齒輪齒條傳動(dòng)方式。
二、 傳動(dòng)方式及運(yùn)動(dòng)參數(shù)
標(biāo)準(zhǔn)型X軸和Z軸采用齒型帶傳動(dòng)，其運(yùn)行速度根據(jù)負(fù)載大小及行程*高可達(dá)5米/秒。但實(shí)際中我們常用的運(yùn)行速度是0.5~1米/秒, 小負(fù)載時(shí)達(dá)到2米/秒。
對(duì)于大負(fù)載或行程超過(guò)6000mm時(shí)，通常采用齒輪齒條傳動(dòng)方式，這時(shí)運(yùn)行速度低些。
采用齒型帶傳動(dòng)時(shí)其高速運(yùn)行后重服定位精度是0.05mm。采用精密性齒型帶傳動(dòng)時(shí)其重服定位精度是0.02mm。這對(duì)機(jī)床上料來(lái)說(shuō)精度足夠了。
要根據(jù)所加工工件的不同，來(lái)選擇合適的手爪。根據(jù)負(fù)載及其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、行程、運(yùn)動(dòng)速度（*大速度、加速度等）等來(lái)選取合式型號(hào)的直線運(yùn)動(dòng)單元（X軸和Z軸）、所配驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速機(jī)和數(shù)控系統(tǒng)等。針對(duì)用戶需求進(jìn)行選型，每個(gè)環(huán)節(jié)都保證足夠高的安全系數(shù)，保證長(zhǎng)期、高精度、高速、高效地工作。
三 、動(dòng)作描述
為了提高效率通常采用兩臺(tái)機(jī)器人，一個(gè)用于上料，一個(gè)用于下料。整個(gè)上下料過(guò)程主要由兩步完成，無(wú)論采用一個(gè)機(jī)械手還是采用兩個(gè)Z軸系統(tǒng)，其工作過(guò)程幾乎完全一樣：1 抓取毛坯及放到工作臺(tái)卡盤上過(guò)程；2從工作臺(tái)卡盤取下零件及放置到特定位置過(guò)程。下面分別加以簡(jiǎn)單描述：
1、 抓取毛坯及放到工作臺(tái)卡盤上過(guò)程：
毛坯料通常由鏈條式傳送帶運(yùn)輸?shù)街付ǖ奈恢茫蓺鈩?dòng)或電動(dòng)定位機(jī)構(gòu)進(jìn)行初步定位，保證每次機(jī)器人從同一位置抓取零件。當(dāng)X軸向右運(yùn)動(dòng)到毛坯料前方時(shí)停止運(yùn)動(dòng)，Z軸向下運(yùn)動(dòng)使張開(kāi)的手爪剛好能抓住毛坯件。這時(shí)閉合手爪抓住毛坯。然后Z向上運(yùn)動(dòng)到指定高度后（不會(huì)發(fā)生碰撞），X軸向左運(yùn)動(dòng)到工作臺(tái)卡盤正上方，然后Z軸向下運(yùn)動(dòng)把毛坯裝入卡盤或工裝內(nèi)。然后卡盤夾緊，Z軸上升到超出機(jī)床防護(hù)罩上方，X軸再運(yùn)動(dòng)到毛坯上方或等待卡盤上方。
2、 從工作臺(tái)卡盤取下零件及放置到特定位置過(guò)程：
當(dāng)X軸運(yùn)動(dòng)到卡盤的正上方后，Z軸向下運(yùn)動(dòng)使手爪剛好能抓住工件，然后給氣壓使手爪合并抓住工件，這時(shí)機(jī)械手的控制系統(tǒng)控制液壓卡盤松開(kāi)，當(dāng)控制系統(tǒng)得到卡盤松開(kāi)信號(hào)后，Z軸向上運(yùn)動(dòng)到出來(lái)機(jī)床防護(hù)板，然后X軸向左運(yùn)動(dòng)（取決于放下料的位置）把工件運(yùn)動(dòng)到放料位置正上方。這時(shí)Z軸下降到工件落到放料件上，在張開(kāi)手爪及提升Z軸，從而完成取料及放料過(guò)程。
四、 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介
在上下料過(guò)程中要與機(jī)床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)及卡盤張緊等精確協(xié)調(diào)，嚴(yán)格按信號(hào)流順序來(lái)控制上下料過(guò)程。在放下加工好的零件和取要加工的新零件時(shí)也必須與其配套的設(shè)施精確同步協(xié)調(diào)。這里的到位和離開(kāi)等開(kāi)關(guān)信號(hào)要高質(zhì)量高可靠，必須以安全為主，確保每個(gè)步驟能夠合理銜接，控制系統(tǒng)的信號(hào)撲捉速度要快。專業(yè)設(shè)計(jì)人員精通數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床，步進(jìn)電機(jī)，伺服電機(jī)，氣動(dòng)手爪等相關(guān)產(chǎn)品，借鑒百格拉類似的機(jī)器人項(xiàng)目，可在短時(shí)間內(nèi)對(duì)各個(gè)運(yùn)動(dòng)節(jié)拍進(jìn)行合理安排和設(shè)計(jì)，保證上下料機(jī)器人高效、協(xié)調(diào)、安全、長(zhǎng)期可靠地工作。
以上僅簡(jiǎn)單介紹為立式加工中心上下料原理性動(dòng)作過(guò)程，還有其它車床、磨床和沖床等設(shè)備設(shè)計(jì)了上下料機(jī)器人。
五、 結(jié)束語(yǔ)
在德國(guó)幾乎所有批量加工都采用機(jī)器人自動(dòng)上下料。但根據(jù)要加工工件的幾何形狀，加工工藝和工作節(jié)拍不同，所采取的手爪和機(jī)器人的型號(hào)也有所區(qū)別。如加工工件不同或加工工件時(shí)間較長(zhǎng)，可選用不同的手爪結(jié)構(gòu)，用單臺(tái)機(jī)器人對(duì)多臺(tái)機(jī)床進(jìn)行上下料，或是多臺(tái)機(jī)器人聯(lián)機(jī)上下料實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
