自动线抓取不规则工件的机构设计*

武 亮

(江苏太平洋石英股份有限公司，江苏 连云港 222300)

0 引 言

在机械零件加工过程中，零件的加工质量与生产效率越来越受到企业的重视。由于加工零件种类繁多复杂，外形也千差万别，而人工拾取、搬运物品已经越来越跟不上时代步伐，所以推动自动生产线的发展是众多企业的生存之道，也是迫在眉睫的挑战。但是自动化生产线要求作业效率高、配置人员少、加工范围多元化，所以一些形状有差异的零件会难以适用于同一条自动线生产。笔者以厚度不同的工件为例，通过生产实际中所遇到的自动线抓取困难问题提出涉及方案并得出有效的解决方法。

1 存在的问题

图1中所示为两个加工工件叠加放在一起，1为工件1，2为工件2。这两个工件尺寸均不相同，下面的工件1的尺寸大于工件2，当需要将这两个工件依次抓取并搬运至作业位置时较难使用自动化工具。由于人工作业效率太低，若使用自动化工具则受到工件1、工件2表面不平整因素制约，而且工件2位于工件1之上，抓取工件2时容易连同工件1一同抬起，造成自动生产线智能抓取推行困难。

图1 工件图1.工件1 2.工件2

产生这种现象的主要原因如下。

(1) 工件形状存在差异性。工件形状千差万别，自动化生产线不能仅生产规格统一的产品，为了扩大生产线的产能及适用范围，降低投入成本，需要设计特殊的抓取工具。

(2) 多个工件叠加在一起时，如果上面的工件尺寸小于下面的工件，当自动抓取上面的工件时就容易抓取到下面的工件，造成生产线不能逐一抓取，给生产线的设计及实施造成困难，这需要设计出特殊的结构以应对自动抓取及搬送。

2 解决方法

为了应对工件形状的差异性，需要设计新型的抓取装置以适用于自动化智能制造的发展与推广(如图2所示)。

图2 夹具图

图3所示为抓取夹具的详细图解说明。1为接近感应开关，当金属检测体接近开关的感应区域，开关就能无接触、迅速发出电气指令，准确反应出运动机构的位置和行程。

图3 夹具剖视图1.接近感应开关 2.开关基座 3.圆形电磁铁 4.活动轴 5.压缩弹簧 6.立板 7.横板

接近感应开关1安装在开关基座2的一侧，其另一侧为通孔。当圆形电磁铁3压紧至工件表面时，上侧压缩弹簧5压紧，起到缓冲作用，活动轴4向上运动，活动轴的头端升高至开关基座2的通孔处，这时接近感应开关1检测到活动轴4，发出信号至PLC系统，系统做出电磁铁通电信号，使得圆形电磁铁3通电，吸附工件后进行随后自动生产线的相关动作。活动轴4的尺寸以及材质需要有特殊要求，因为接近感应开关1为涡流式接近开关，它是利用导电物体在接近这个能产生电磁场接近开关时，使物体内部产生涡流[1]。这个涡流反作用到接近开关，使开关内部电路参数发生变化，由此识别出有无导电物体移近，进而控制开关的通或断。由电感线圈和电容及晶体管组成振荡器，并产生一个交变磁场，当有金属物体接近这一磁场时就会在金属物体内产生涡流，从而导致振荡停止，这种变化被后极放大处理后转换成晶体管开关信号输出[2]。因此必须要求被感应的物体为金属材质，而且要对接近传感器与活动轴4之间的距离进行调整(如图4所示)。当抓取夹具升起时，由于工件及圆形电磁铁有一定的自身重量，下侧压缩弹簧5受力压缩，起到一定缓冲作用。整个装置移动到指定位置后通过生产线上其他检测开关给出信号使得电磁铁断电，工件脱离圆形电磁铁3后脱落。

图4 感应器性能图

在实际应用中，自动化生产线需要多组夹具进行组合使用，通过单轴机器人驱动多组组合夹具(如图5所示)。

图5 整体效果图1～4.圆形电磁铁

组合夹具下降压到工件表面时，圆形电磁铁2首先接触工件1的表面(距离最近)，通过活动轴的运动使得接近感应开关发出信号，圆形电磁铁2通电后吸附工件1；此时单轴机器人继续向下运作，圆形电磁铁3接触到工件1的表面，同样原理使得圆形电磁铁3通电后吸附工件1表面，此时由于工件高度差的原因圆形电磁铁2、3均通电且活动轴达到最大行程，圆形电磁铁1、4并没有得到通电信号(即其活动轴没有上升到接近感应开关工作的高度)，随后单轴机器人带动工件升起，配合自动生产线继续相关作业[3](如图6所示)。

图6 工作效果图1～4.圆形电磁铁

通过图6可以看到，圆形电磁铁2、3先后通电是因为工件尺寸不同导致，若自动生产线加工的工件都是单件依次加工的，则可以根据工件外形公差设计出合适的抓取夹具。抓取夹具的结构不需要改动，只需要修改活动轴的尺寸即可；若是自动生产线的工件为多个工件叠加，则需要根据加工件的外形尺寸公差与加工件相互之间的高度差异设计出合适的活动轴4即可，同样不需要做出其他结构改动，抓取夹具可以根据加工工件的外形进行设计，例如加工工件为长方形则夹具可设计为长条形状；若加工工件为圆形，则夹具设计为圆盘形状即可。

3 结 语

通过在生产实际中试验，可以大幅增大自动生产线的适用范围，解决了因为工件外形差异造成的无法适用于生产线的情况。通过零件的外形尺寸大小来决定抓取夹具的数量及规格(抓取夹具可根据工件形状设计为直线型或圆环型等)，不仅解决了自动生产线加工外形有差异的工件，而且可以解决多个工件叠加起来抓取的情况，根据实际要求只需要改变活动轴的尺寸即可，其余零件结构无需变更，使用范围广，维修更换方便，制造成本低廉，极大提高了自动生产线的生产效率。