YH20213G弧齿锥齿轮自动生产线研制成功

YH20213G弧齿锥齿轮自动生产线研制成功天津市精诚机床制造吴立模，付延军，马健，林汉元，张淑静天津大学机械学院赵臣，洪鹰，王刚，孙泽雷，刘宏业摘要：通过厂校紧密合作，自主研制出了国内第一条弧齿锥齿轮自动生产线。该生产线由2台YH603G型数控弧齿锥齿轮加工机床、1台直角坐标机器人及配套的上下料装置组成，节拍为2-5分钟。该生产线属国际先进的笫三代柔性制造系统FRSo参加2020年北京数控机床展览会，受到有关领导和媒体的颂扬以及宽敞用户的关注。上世纪八十年代初期，国外推出以数控机床、数控技术为基础的柔性制造单元（FMC）替代传统的刚性生产线，开创柔性生产线之先河。后来乂进展成FMS（柔性制造系统）。由于FHS专门复朵，使用爱护难度大，价格昂贵，没有普及,而被FTL所代替。近儿年乂显现第三代柔性制造系统FRS,（FRC）,利用机器人操作的新一代柔性制造技术。这种柔性生产线由多个动力头（或多台机床）组成,在动力头上方装有山数控系统操纵的悬挂机械手，机械手沿桥式导轨及垂直滑枕作三坐标移动。机械手爪夹持毛坯或加工完的工件，能准确将毛坯定位，或运送到另外一个工位（包括送到中间储料库），机械手的动作程序与机床加工的工步顺疗;统一由数控系统操纵。与过去儿代柔性制造系统比FRS机床结构紧凑，占地面积小，不像前两代柔性制造系统有装在机床外侧的工件交换托盘、转台，或运送小车。而FRS轻巧的机械手装在动力头上方，既节约空间，还节约辅助时刻，而且造价也廉价专门多。天津市精诚机床制造为国内闻名的弧齿锥齿轮机床生产商，其生产的小模数数控弧齿锥齿轮加丄机床连续3年排行国内第一位。精诚机床产品远销到德国、美国、日本、韩国等发达国家，在国际上也具有较高的知名度。公司上下积极拼搏，牢记''快鱼吃慢鱼"道理，不断进行技术创新，每年都推出创新产品。2007年下半年，考虑到小模数弧齿锥齿轮加工时刻短、需求量大等情形，决定研制一条自动化生产线，以1台三座标机器人为2台机床上下料，既能够有效减少加工辅助时刻，提高劳动生产率，也能将操作工人从单调生产劳动中解放出来，提高企业竞争力。该生产线通过厂校合作，不到一年时刻研制成功，该生产线属国际先进的第三代柔性制造系统FRSo参加2020年北京数控机床展览会，受到有关领导和媒体的颂扬以及宽敞用户的关注。一、机器人选型及技术分析为了尽可能节约空间，在集体讨论生产线方案时决定将上下料机器人布置在两台机床上方。曲于横向跨度较大，同时上下料时作业空间相当狭窄，决定选用直角坐标机器人结构方案。机器人横向移动为两台机床服务，利用纵轴和垂直滑枕手爪下移到机床芯轴位置并完成上下料作业。拟采纳的机器人有两种解决方法，一是购买，二是自己制造。国际上有数家闻名的直角坐标机器人一辈子产厂家。德国BAHR公司为世界上闻名的直角坐标机器人专业制造厂商，儿十年来一直用心于直线定位系统及产品的研究和开发，在业内取得了良好声誉，其产品被广泛应用于诸如汽车、电子、电器、检测、医疗、航天、食品等领域，其型材内部配有专门的钢轨以保证高的机械强度和平行度，负载从5Kg到3000Kg不等，重复定位精度有土0.2mm、±0.lmm>±0.05mm到土0.01mm。徳国BERGERLAHR公司是另一家闻名的生产厂商，该公司生产多种规格的直线运动单元/导轨、步进电机、交流伺服电机、直线电机和多轴数控系统，提供各种规格的线性导轨、一-维、三维标准机器人及用户专用机器人和生产线。由于其导轨、驱动电机、减速机和操纵系统等所有部件均全部自己生产，其机器人具有专门高的整体性能。德国roboworker公司是第三家闻名的直角坐标机器人供应商，该公司研发和生产多种规格的直线运动单元、各种手爪、伺服电机、操纵系统以及图象处理系统等。日本最闻名的直角坐标机器人厂商是雅马哈发动机。其新机型''PHASERMF13”2020年初上市，截面尺寸仅为100X80mm,但能够搬动重达15kg的重物，额定推力达到50No韩国Dasarobot机器人采纳高刚度铝合金机座和防尘用不锈钢机罩，行程最大能达到7000mm,可在洁净度为cleanclass10的环境中工作。国内有能力提供直角坐标机器人的单位要紧有3家。哈尔滨工业大学机器人研究所曾研制出直角坐标机器人产品。海尔机器人公司专门生产注塑机用直角坐标机器人。沈阳新松机器人拥有雄厚实力，差不多批量生产直角坐标机器人，要紧用于汽车涂胶等场合。山于国外产品价格专门高，还常常难以满足一些专门需要，最好采纳国产机器人配国产机床，以有效提高国产产品整体竞争力。我们选择自己制造机器人，而关键部件进口的方案，如机器人末端执行器用德国雄克公司产品，电器系统中多轴运动操纵器采纳日本欧龙产品。如此使机器人系统既可靠、乂省钱。二、机器人设计与制造凭借长期研究积存的先进技术和丰富体会，我们决定依照需要自己研制机器人。其技术关键有3处，一是铝型材的设计与制造，要求长度大、刚度高、扭转变形小；二是操纵系统设讣，要求多轴联动、可靠性高，同时易于与机床原有操纵系统进行整合；三是机器人本体设讣，要求运动精度高、适于生产线的模块化变形。先进的直角坐标机器人一样采纳铝型材作为直角坐标机器人的基体，一是重量轻、刚度大，二是能够简化机械结构设计有效降低制造成本。本项LI依照所需机器人跨度大、运动精度要求高的特点，专门设计了铝型材及其模具。其横截面下部采纳封闭空腔，刚度大、便于走线；上部为放开式，便于安装导轨和驱动电机等。由天津市一家铝型材厂家生产，一次开模、一次拉制、一次成功。在设计机器人操纵系统时，为了较好地满足需要，决定采纳PLC模块搭建而成，选用了0MR0Y公司生产的触摸屏、CPU模块、位控模块以及输入、输出模块,具有可靠性高、抗干扰性好、可扩展性好等优点，能够专门方便地与机床原有操纵系统进行整合。在铝型材研制成功后，进行好机器人本体设计成为整个项LI的关键。为了简化机构并减少误差，采纳双轴联动进行成品下料和齿坯上料，以适应于机床主轴

的位姿状态。鉴于X轴长度较长近4米，为了保证运动精度，采纳了齿形带运动方案，由电机经减速器驱动。在一端还设计了张紧装置。Y轴和Z轴行程较短，均采纳滚珠丝杠，具有专门高的运动精度。为了防止因掉电导致机器人Z轴下落,其驱动电机采纳了专门的带抱闸电机。在设计过程中，进行了细致的误差分析和运算，合理地确定了零件精度和装配精度，以保证整个机器人具有足够高的重复定位精度。机器人末端执行器采纳了德国雄克公司生产的可旋转手腕（图1）,手爪自己设计制造。为了幸免显现上下料失误造成机器人或机床缺失，专门设计了安全装置，利用弹簧的可压缩性幸免''硬碰硬"（图2）。当整个手爪后退到一定程度，传感器就会报警并停止一切运动。图1PSK16可选转手腕图图1PSK16可选转手腕图2带安全装置手爪系统三、联调与试生产机器人制造出来并通过一定的试验后，与机床进行了联调，编制了运动程序,调试了相关参数。实验测试说明，所研制出的机器人各轴重复定位误差，在轴平均误差为0.014毫米以内，达到国外先进水平。整条生产线如图3所示。

图3YH20603G狐齿锥齿轮自动生产线附：生产线的要紧规格参数机床技术参数参数YH20603G最大工件直径（mm）125最大加工模数（mm）2.5最大传动比10：1最大齿面宽（mm）20加工齿数范畴4-200铳刀盘直径1英寸〕1/2-31/2刀盘主轴转数（r/min）200-900机床中心到工件主轴端而距离（mm）63工件主轴锥孔莫氏4#操纵及驱动系统西门子802DCNC刀盘主轴电机功率（Kw）1.5液压电机功率（Kw）0.75机床外形尺寸：长x宽X髙〔mm）2150X1950X2350机床净重（kg）3500机械手技术参数:伺服轴行程（mm）功率（W）X3200750Y310400Z650400退回轴立卧，气动回转头