随着我国生产制造业从制造大国向制造强国的升级转型,自动化生产线应用越来越普遍。在加工制造生产线中,运用机器人取代人工实现整个线体的自动化,各种各样的机械手的研制也受到高度重视。

汽车厂零件传送机械手主要用于C519四门汽车后侧围轮罩总成的自动化生产线中,可以实现轮罩分总成零件的自动传送功能,解决了人工搬运效率低、稳定性差、成本高的问题,保证了产线生产节拍,提高了轮罩焊装的自动化程度。零件传送机械手的结构创新和工作性能的研究对于产线实现高度自动化具有十分重要的意义。

(1)提出设计方案并对其进行优缺点对比,***终确定设计方案。在原有的安川机器人基础上,结合产线各个设备布局特点、零件传送具体要求,设计了一种跨度大、行程长、提升高度高的零件传送机械手,且具有两套能够独立运动与抓取零件的工作部件。机械臂采用龙门型直角坐标系结构形式,利用变频器控制小车滚轮在工字钢轨道上的启停与正反转,实现机械臂横向移动,达到了降低生产制造成本要求,也增加了运动部件的稳定性。

(2)对机械手关键零部件进行设计、校核并建立三维模型。根据产线生产节拍及其他设备布局特点,对整个机械手主体框架进行了结构设计,重点介绍了小车轨道梁工字钢型号的选取、主框架立柱的设计以及机械臂齿轮齿条的参数设计,并逐一进行强度校核,并根据计算结果运用UG软件对机械手完成了三维模型的创建。

(3)对机械手重要部件进行有限元分析。选取几种不同工况,运用ANSYS Workbench有限元分析软件对框架主体进行了静力学分析;对提升机械臂上齿轮齿条的受力状况做了静力学分析,得到齿面接触应力与齿根受拉与受压应力分布情况。考虑到主体框架在误操作情况下,框架主体不会发生安全事故与不可逆损坏,故对主体框架进行了误操作工况下瞬态动力学分析,得到主体框架在各个水平方向和竖直方向上的位移响应曲线与该工况下,主体框架的应力响应曲线,确保了框架结构符合动刚度要求。

(4)对机械手进行控制系统设计。零件传送至机械手整体功能控制要求,对整个控制系统进行了I/O点位统计,根据点位数量、控制要求对PLC进行硬件选型,建立了基于Profinet现场总线的网络框架,运用面向对象程序设计方法,完成了控制系统程序设计。运用TIA博途软件完成人机界面的设计,能够直观地监控机械手运行状态、报警信息,方便了调试维修人员的维护工作,提高了零件传送机械手的自动化控制水平。

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