风电制动器壳体零件自动化生产线的设计与研究

风电制动器壳体零件自动化生产线的设计与研究

向杰

上海正玄精密机械有限公司

摘要：对壳体零件的自动加工要求进行了研究和设计。 主要工作内容包括以下几个方面：

(1）生产线总体流程设计：对制动壳零件的加工任务要求逐项进行综合分析，制定每个工序并以自动平衡工作时间要求为优先原则，将一个零件按加工完成任务大小分为共6道主要工序，并至少选择5组垂直添加

（1）立式小车主要作为小型零件的加工检测设备；使用yasaw-es165d机器人进行零件与组装设备信号之间信号的自动传输分析；并利用DELMIA仿真软件，建立了机器人生产线的整体运动模型仿真，完成的生产线的三维整体形状模型决定出了整个自动化装配生产线的三维布局及尺寸，确保装配机器人生产和安装现场的设备工作不可能发生任何干扰。

(2）生产线装置的设计：设计采用滚筒输送机来作为生产线用的带式输送机，用于数控 为了实现机床的自动夹紧，设计了一种专用的自动夹具。 设计了机器人的液压爪 部分被俘。

(3）生产线控制系统硬件分析设计：根据生产线自动化控制硬件要求对整条生产线信号进行分析每个生产线设备信号之间的通信信号，以及保证所有设备的信号地址都一致根据生产线不同位置的控制设备信号进行信号分类，完整支持各种PLC、机器人、机床信号地址自动分配算法及信号表模块的应用开发设计；根据信号表可以完成生产线内部，所有电气控制系统单元的主电路设置和辅助控制系统电路配置的优化设计。

关键词：壳体零件的制备 单元电路的设置 自动化

一.国内外现状

发达国家其实也在很早就逐渐地开始重视研究，已在许多高端制造业产品过程中所大量所使用过的工业自动化，经过了多年来发达国家的逐步研究发展，实现完全了工业自动化功能。国外工业自动化生产线领域范围内的一些中高端市场，现在都已是完全地被国外一些先进工业自动化产品制造设备企业的产品所完全的占领。目前一些发达国家是在以上这些工业自动化生产线制造企业领域范围内是处于国内相对处于领先地位的。随着近年我国推进装备制造业结构调整升级带来的科技战略资源调整，资源部署升级与技术产业资源优化重组，进一步有效刺激并提升到了目前大量的国内的高端企业快速发展。以及对国内高速的自动化设备生产线自动化制造公司的大量潜在的需求，使国内很快的也必将随之而出现大批了国内高端的自动化制造设备生产线的国内主要设计制造生产工厂与主要设计与研发与制造的公司，但也正是由于这样长期以来，我国的科技在生产线自动化生产设备研制技术上及应用方面的相关课题研究及发展起步较晚，与部分欧美及发达国家的比较中还是仍是存在着有相对的差距较大的现象。

二
.自动化设计总体方案

2.1零件工艺方案

图一：零件成品图

零件工艺方案设计是整个生产线结构及设计优化的最重要决策依据，工艺方案内容包括加工基本工艺内容、加工时间顺序、加工技术方法步骤及零件加工质量。该自动化加工生产线中需要进行加工装配的全部零件数量如下图第2.1项所示，以及需要手工完成所有的自动化加工的任务具体项目包括：

(1）分别是在两个凸台位置下各竖钻开8个直径通常都是为28mm的以上直径的直通深凹孔和钻开了1个直径通常约在为4mm的以内径的直通深孔。并将倒角通入孔的孔口。

(2）在零件的空腔内镗孔两个直径为87mm的汽缸孔，并在汽缸孔上开槽。

(3）可在零件下部及丝锥柱上部再钻进4个直径分别为8mm以下的深孔。

(4）在油缸孔道上预钻两个37度的斜油道孔孔和三个3mm长直径的通孔。

(5）可铣削各种要求高精度零件的内外表面。零件中的各个主要加工对象表面通常都会有一定粗糙度要求，并通过对涉及其具体加工方面内容方面的表面技术要求表进行做了简单整理。

在研究制定复杂零件工艺方案的实际过程研究中，需要先确定复杂零件加工的主要定位加工基面和主要输送加工基面。

3. 生产线建模

图二：机器人构造制造图

利用基于DELMIA三维仿真与建模软件所开发设计的三维机器人DPM装配及制造作业过程三维模拟和仿真系统模块，将机床模型，翻转架模型，输送机模型等分别围绕一个三维的机器人模型来组合布置，如下图中第2.13层模型所示。输送机长高达近3米，高也仅是0.8米，宽也为近0.5米宽；翻转机床台架长高达0.04米，宽长约达0.03米，高长约为1.8米；离旋转机床门长高为2.75米，宽约近为2米，高长近达2.2米，工作台中心高达为1米，工作台中心高离转机床门长高达
约达0.8米本图为2.10生产线A区域建模图

(1）机器人运动范围

机器人关节角度大小，直接决定机器人的运动的高度和机器人运动的半径，在本次机器人布局的模拟机器人仿真试验研究任务中，固定了在机器人末端法兰盘位置上的机器人运动的高度，通过模拟机器人关节角度的逆运动，在确定机器人法兰盘位置和所在的末端位置基础上机器人的运动的高度基础上再进行了模拟确定机器人的运动的半径。仿真机床过程图制作中所需要最经常能用到的高度尺寸数据主要有机床工作台高度尺寸数据a=1m，输送机高度数据b=0.8m，翻转机架的高度尺寸数据c=1.8m，零件的厚度数据d=0.13m，手爪油缸部分厚度数据e=0.1m，机床夹具基板脚与机床夹具基脚厚度数据f=0.15m

(2）传动带位置

机器人在对皮带输送机A的皮带进行自动下料的时候，法兰盘工具坐标系的Z是轴向的坐标值

Z=b+d+e=0.93

将机器人工具坐标系原点中点的Z轴半径设定为或等于1000mm，在UV平面范围内进行机器人逆运动，当其L轴半径快速移动到达正极限时，此逆运动的姿态情况下该机器人工具坐标原点直线离该机器人中心水平距离即仅为或小于2734mm，因此螺旋输送机的末端直线离该机器人原点水平位置的直线的最大可移动直线距离约仅为2.7米。

(3）机床位置

机器人在机床轴上取放机床零件时，法兰盘工具坐标系 Z 轴地坐标值

Z2=a+d+e+f=1.4

设置好的机器人刀具坐标系距离其z纵轴原点约仅为约1400mm，通过在机器人UV的坐标平面原点基础上移动机器人刀具坐标系原点即可计算得到机器人此时，工具坐标原点到机器人末端点的最大水平距离约仅约为约2531mm。为了可进一步有效防止机械手爪头与夹具之间的可能造成的相互摩擦碰撞，机器人末端的运动轨迹仅是最后一段的第一部分为向Z轴线方向的一段垂直的轨迹的运动，运动轨迹最小的距离约仅为约是0.2m。这两段运动轨迹运动的初始点分别是在Z轴方向上的坐标值

Z3=z2+0.2+1.6

通过计算机对机器人的逆运动模型仿真，计算求出了机器人在地面各个相对高度时的运动曲率半径。机器工作台中心端的极限距离为2.4m，输送端极限距离为是2.7m，车架极限距离为是1.9米。

四.自动线生产装置设计

图三：机床工作图

自动化机器人生产线控制系统的整体设计中除了要选用的6台数控机床设备和2台控制机器人设备外，还需选用了其他一些为控制自动化机床加工设计了专用爪夹具，完成自动工艺的定位加工和机器人自动装夹，保证了加工过程质量。在自动化工件自动传递输送过程系统中，需要专门为控制机器人设备和带式输送机主轴上加工的零件加工设计了专用的爪夹具以及设计制造了自动定位的结构。在加工零件时应把它上面的底面作为另一个更精细加工的损耗基准，首先将加工的底面，零件的上面的顶面和台阶面作为最后一个的损耗的基础水平。为更加方便的机械地操作，在皮带输送机皮带的末端处增加设置了定位的装置，调整了部件的工作姿态（图3.1）用手抓取零件。根据零件结构，设计制造如图中3部分所示的定位装置。该升降装置一般由塑料过渡锥套、两个塑料圆柱套滚子和一组气动推杆系统组成。塑料圆柱锥套滚子的半径通常比普通滚子套的半径还要大上20mm，可以直接调整从工件的底面开始的升降姿态调整到水平，过渡锥到塑料圆锥套滚子的旋转半径一般小于普通缸套滚子的转动半径，增加改善了整个零件的定位下降过程时的动态稳定性，使整体零件上的各台阶面始终升降平稳。

五.自动夹具设计

为了保证实现自动化生产线系统的全面自动化稳定运行，需要我们为生产线每一个台式机床都设计一套专用的自动化夹具。 自动夹紧 其功能是实现对零件的自动夹紧和对中，设计的自动夹具采用液压传动、液体传动压力系统最终执行油缸，控制元件为电磁阀，机床内置程序控制电磁阀切断气缸的动作，完成夹紧。

(1）对部件自由的限制

为了保证零件在加工过程中的位置不发生变化，需要限制零件的六个自由度，零件 完成定位。 如图3.4所示的夹具设计为在基板上有三个支撑销和两个角柱 z轴绕x轴、y轴运动和旋转的自由度； 三个侧面支架和三种液体 压力缸用于限制零件在x轴方向、y轴方向及绕z轴旋转的自由运动。 零件侧面的三个液压缸为单活塞杆液压缸 方向运动，实现往复运动。上述零件间的相互夹持可采用三角筒，其机械工作原理包括在三角筒腔体内的所述活塞杆上都设有一凹槽，所述凸形装置一般安装固定在型号凹槽活塞的汽缸前盖处或气缸壁上，并还可同时使用液压机械驱动，活塞筒和活塞杆能在一次工作行程中自动完成汽缸第一次旋转，待旋转到设计的位置和角度 夹紧动作完成前的度数。

小结

本次设计的生产线不适合单件小批量生产，因为该生产线采用工件流动，夹具固定在机床上的加工方式，只能对使用同种夹具的零件进行加工。因此该生产线生产模式为大批量生产，适合汽车零部件制造领域。本次项目实施周期较长，项目开发过程中需要对零件工序重新规划，需要设计制造自动化夹具，对企业原有生产工艺及装备不能重复利用，因此整个项目实施周期较长，对企业原有资源也造成一定浪费。

参考文献

[1]李峰,窦媛,张童.自动化生产线壳体零件加工过程控制技术研究[J].机械制造,2020,58(10):50-54.

[2]李峰,窦媛,宋文,徐阔.自动化生产线数字化工艺设计[J].机械制造,2020,58(06):71-76.

[3]付望. 风电制动器壳体零件自动化生产线的设计与研究[D].南昌大学,2017.

[4]叶寒,付望,张军,刘华,江涛,戴琳,何永林,吴靓.制动器壳体类零件的自动化生产线设计[J].组合机床与自动化加工技术,2016(03):115-119.DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.03.032.