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)，*有新聞報道出3C機(jī)器人未來5年需求或達(dá)30萬臺，可見機(jī)器人是未來發(fā)展趨勢。從*初的普銑到現(xiàn)在的數(shù)控銑床（數(shù)控加工中心），人們對加工精度、批量化自動化生產(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，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小時運(yùn)行。在歐美等發(fā)達(dá)國家早已采用機(jī)器手來自動上料和下料，代替了人工。下面就以一個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，來采用不同的手爪抓取系統(tǒng)。而完成抓取，搬運(yùn)和取走過程的運(yùn)動機(jī)構(gòu)就是大型直角坐標(biāo)機(jī)器人，它們通常就是一個水平運(yùn)動軸（X軸）和上下運(yùn)動軸（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中給出的兩個例子是*常見的上下料和機(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。對于負(fù)載重量小及抓取后不需轉(zhuǎn)動處理（下料時），Z軸就用單根的LM-A44結(jié)構(gòu)。如果負(fù)載較重或及下料時負(fù)載還要被轉(zhuǎn)動，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，小負(fù)載時采用一根PAS44BB或兩根PAS43BB結(jié)構(gòu)。大負(fù)載時采用兩根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*長達(dá)12000mm。   通常情況下采用一個X軸，兩個Z軸結(jié)構(gòu)，其中一個Z軸僅用于上料，另一個Z軸僅用于下料。這是Z軸可以是齒型帶傳動，而X軸要采用齒輪齒條傳動方式。

　　

　　二、 傳動方式及運(yùn)動參數(shù)

　　

　　標(biāo)準(zhǔn)型X軸和Z軸采用齒型帶傳動，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)載時達(dá)到2米/秒。

　　

　　對于大負(fù)載或行程超過6000mm時，通常采用齒輪齒條傳動方式，這時運(yùn)行速度低些。

　　

　　采用齒型帶傳動時其高速運(yùn)行后重服定位精度是0.05mm。采用精密性齒型帶傳動時其重服定位精度是0.02mm。這對機(jī)床上料來說精度足夠了。

　　

　　要根據(jù)所加工工件的不同，來選擇合適的手爪。根據(jù)負(fù)載及其轉(zhuǎn)動慣量、行程、運(yùn)動速度（*大速度、加速度等）等來選取合式型號的直線運(yùn)動單元（X軸和Z軸）、所配驅(qū)動電機(jī)、減速機(jī)和數(shù)控系統(tǒng)等。針對用戶需求進(jìn)行選型，每個環(huán)節(jié)都保證足夠高的安全系數(shù)，保證長期、高精度、高速、高效地工作。

　　

　　三 、動作描述

　　

　　為了提高效率通常采用兩臺機(jī)器人，一個用于上料，一個用于下料。整個上下料過程主要由兩步完成，無論采用一個機(jī)械手還是采用兩個Z軸系統(tǒng)，其工作過程幾乎完全一樣：1 抓取毛坯及放到工作臺卡盤上過程；2從工作臺卡盤取下零件及放置到特定位置過程。下面分別加以簡單描述：

　　

　　1、 抓取毛坯及放到工作臺卡盤上過程：

       毛坯料通常由鏈條式傳送帶運(yùn)輸?shù)街付ǖ奈恢茫蓺鈩踊螂妱佣ㄎ粰C(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)動到毛坯料前方時停止運(yùn)動，Z軸向下運(yùn)動使張開的手爪剛好能抓住毛坯件。這時閉合手爪抓住毛坯。然后Z向上運(yùn)動到指定高度后（不會發(fā)生碰撞），X軸向左運(yùn)動到工作臺卡盤正上方，然后Z軸向下運(yùn)動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)動到毛坯上方或等待卡盤上方。

　　

　　2、 從工作臺卡盤取下零件及放置到特定位置過程：

       當(dāng)X軸運(yùn)動到卡盤的正上方后，Z軸向下運(yùn)動使手爪剛好能抓住工件，然后給氣壓使手爪合并抓住工件，這時機(jī)械手的控制系統(tǒng)控制液壓卡盤松開，當(dāng)控制系統(tǒng)得到卡盤松開信號后，Z軸向上運(yùn)動到出來機(jī)床防護(hù)板，然后X軸向左運(yùn)動（取決于放下料的位置）把工件運(yùn)動到放料位置正上方。這時Z軸下降到工件落到放料件上，在張開手爪及提升Z軸，從而完成取料及放料過程。

　　

　　四、 控制系統(tǒng)簡介

　　

　　在上下料過程中要與機(jī)床工作臺運(yùn)動及卡盤張緊等精確協(xié)調(diào)，嚴(yán)格按信號流順序來控制上下料過程。在放下加工好的零件和取要加工的新零件時也必須與其配套的設(shè)施精確同步協(xié)調(diào)。這里的到位和離開等開關(guān)信號要高質(zhì)量高可靠，必須以安全為主，確保每個步驟能夠合理銜接，控制系統(tǒng)的信號撲捉速度要快。專業(yè)設(shè)計人員精通數(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，可在短時間內(nèi)對各個運(yùn)動節(jié)拍進(jìn)行合理安排和設(shè)計，保證上下料機(jī)器人高效、協(xié)調(diào)、安全、長期可靠地工作。

　　

　　以上僅簡單介紹為立式加工中心上下料原理性動作過程，還有其它車床、磨床和沖床等設(shè)備設(shè)計了上下料機(jī)器人。

　　

　　五、 結(jié)束語

　　

　　在德國幾乎所有批量加工都采用機(jī)器人自動上下料。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)器人的型號也有所區(qū)別。如加工工件不同或加工工件時間較長，可選用不同的手爪結(jié)構(gòu)，用單臺機(jī)器人對多臺機(jī)床進(jìn)行上下料，或是多臺機(jī)器人聯(lián)機(jī)上下料實(shí)現(xiàn)自動化。