龙门式二维车床上下料机器人方案

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　　在给数控车床上下料时主要有从卡盘正上方上下料的龙门式直角坐标机器人，也有从卡盘前面通过摆臂来上小料的摆臂式直角坐标机器人。从卡盘正上方上下料的龙门式直角坐标机器人根据其上料架位置和下料架位置分为二维和三维龙门式上下料机器人。二维龙门式车床上下料机器人要求上料架位置和下料架位置与车床卡盘同心。而三维龙门式车床上下料机器人上料架和下料架通常在车床的前后。由于其龙门结构，整个机器人要安装在车床防护罩上方，保证上下运动轴（Z轴）与车床卡盘在同一垂直面内。这类龙门式上下料机器人不仅可以适应数控车，还适应数控铣，数控镗和加工中心。

　　这类龙门式车床上下料机器人的Z轴比较长，升降幅度大，要求放置数控车的厂房有足够的高度。另外在取料和上料过程中，Z轴要提升到车床防护罩的最上方，运动距离长，工作节拍相对要慢些。还有考虑Z轴晃动问题。在德国很多公司都采用这类上下料机器人，本文所介绍的机器人就是沈阳莱茵机电有限公司借鉴德国工厂而设计的。对于不同型号车床和不同负载的上下料机器人，其结构形式相同，主要区别在手爪，直线运动单元的型号及驱动等配置上。本文就介绍一台二维龙门式上下料机器人，以此抛砖引玉，促进国内机床上下料机器人的普及应用。

　　一、基本组成：

整个直角坐标机器人仅由一根水平直线运动单元（X轴），垂直运动轴（Z轴），带两个气动手爪的转动轴和控制系统组成。

　　对于小负载的上下料，X轴可以采用百格拉公司的单根PAS42BB直线运动单元，或单根PAS44BB直线运动单元。对于大负载零件X轴可以采用百格拉公司两个PAS44BB直线运动单元。X轴的行程一般要2.0米左右，具体长度与机床类型及要加工的毛料位置及加工后的零件摆放位置有关。

　　Z轴可以采用百格拉公司的单根LM-A42BB直线运动单元，或单根LM-A44BB直线运动单元。对于大负载上下料Z轴可以采用百格拉公司加强型直线运动单元（目前最大1000公斤）。Z轴的行程一般要1.0米左右，具体长度与机床类型及要加工的毛料位置及加工后的零件摆放位置有关。

　　转动轴以其中心点为轴安装在摆动臂上，可以进行180°的转动，也可以是90°。其两端的气动手爪一个用于从液压卡盘里取下已加工完的零件，转动180°后把要加工的零件装入卡盘内。对于不同的零件来确定手爪的样式及规格。感兴趣的朋友请与沈阳莱茵机电联系。

　　这里X轴，Z轴和转动手爪都用伺服电机配德国NEUGART公司的行星减速机来驱动，控制系统可以采用PLC，或德国ENGELHARDT的数控系统等。

　　二、动作描述：

整个上下料过程主要由四步完成：1抓取毛坯及运动到卡盘下前方的过程；2从卡盘取下零件过程；3装上要加工零件的过程；4取下及放好加工后的零件过程。下面分别加以简单描述：

　　1抓取毛坯及运动到卡盘上方的过程：

一般原料是棒料或粗加工过的棒料，通常由链条式传送带运输到指定的位置，由气动或电动定位机构进行初步定位，保证每次机器人从同一位置抓取零件。当X轴向右运动到毛坯料前方时停止运动，Z轴下降到特定的高度。然后旋转轴从上向下转动使得气动手爪刚好能抓住毛坯件。这些闭合手爪抓住毛坯。然后Z轴从下向上运动，接着X轴向左运动到卡盘上方。

　　2从卡盘取下零件过程：

当X轴运动到卡盘的上方后，Z轴向下运动到一定的高度。然后空手爪转动到工件正前方及等待主轴停止信号。得到主轴停止信号后X轴向左运动使手爪刚好能抓住工件，然后给气压使手爪合并抓住工件，这时机械手的控制系统控制液压卡盘松开，当控制系统得到卡盘松开信号后，X轴向右运动把工件从卡盘内取出。

　　3装上要加工零件的过程；

取出零件后，转动轴转动180°，然后X轴向左运动到毛坯零件装入卡盘内。利用弹簧定位装置保证毛坯件按要求装入卡盘，然后输出装入毛坯信号使卡盘卡紧。得到卡盘卡紧信号后手爪松开，然后X轴向右移动，完成上料过程。Z轴向上运动到安全区，然后X轴快速运动到加工完零件的存放位置。

　　4 放下加工后的零件过程

这时Z轴向下运动到特定高角，再转动转动轴使加工完的零件到其要摆放的位置。然后气动手爪松开使加工完的零件落到特定的位置上，由下料机器人进行码垛处理（落差1毫米）。

　　三：控制系统简介：

在上下料过程中要与机床卡盘，主轴起停精确协调，严格按信号流顺序来控制上下料过程。在放下加工好的零件和取要加工的新零件时也必须与其配套的设施精确同步协调。这里的到位和离开等开关信号要高质量高可靠，必须以安全为主，确保每个步骤能够合理衔接，控制系统的信号扑捉速度要快。我公司的专业设计人员精通数控系统和数控机床，步进电机，伺服电机，气动手爪等相关产品，借鉴百格拉类似的机器人项目，可在短时间内对各个运动节拍进行合理安排和设计，保证上下料机器人高效、协调、安全、长期可靠地工作。

　　以上描述为单台棒料车床上下料动作过程，如需其它车床和铣床、冲床上下料机器人请与沈阳莱茵机电有限公司销售经理丛大尉联系联系方式电子信箱：laiyinjidian@126.com

　　四：结束语；

　　根据所加工工件的不同，来选择合适的手爪。根据负载、转动惯量配比、行程、运动速度（最大速度、加速度等）及机器人类型来选取合式型号的直线运动单元（X轴和摆动轴）、所配电机、减速机、数控系统等。我公司是依据德国百格拉公司几十年经验总结的选型软件，针对用户需求进行选型，每个环节都保证足够高的安全系数，完全可以长期安全使用。

　　通过以上对摆臂式上下料机器人的结构和工作过程的介绍使大家能够初步了解这类机器人的应用。沈阳莱茵机电有限公司设计了很多不同的上下料机器人。其中有些就是德国百格拉的设计方案，也有些是参观德国工厂和展会看到的成熟应用例子。给加工不同工件所配的机器人结构基本相同，主要区别在于选用不同的手抓结构和带负载能力的直线运动单元。对于加工工件时间较长时，还采用大行程单台机器人给多台机床进行上下料。对于复杂零件还有用多台机器人联机上下料实现整个加工全部自动化。由直角坐标机器人组成的上下料机器人非常适合数控车床上下料，它不仅比关节式机器人成本低，而且效率更高，操作更简单，维护成本更低，必将在国内被更广泛的应用。

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