两个机器人的全自动耦合连接

作者:Ralf Högel 文章来源:MM《现代制造》 点击数:333 发布时间:2019-06-21
在每年约2000万理发刀片、剃须刀片的生产中,飞利浦公司依靠的是Stäubli公司的全自动加工解决方案。
两个机器人的全自动耦合连接

荷兰家用电器巨头飞利浦公司在奥地利Klagenfurt市风景秀丽的沃尔特湖生产厂中有大约380名职工。工厂中大约180名职工专门生产电动理发器和电动剃须刀的刀片,另外有大约200人专门从事产品研发。

这就使Klagenfurt市的成为荷兰飞利浦集团公司主要的产品研发基地和刀片生产基地之一了。飞利浦公司优质生活事业部首席工程师Christian Rassi在谈到高质量刀片生产对飞利浦公司的重要性时说道:“电动理发器和剃须刀刀片的磨削过程属于生产过程中最耗时而且成本最高的加工步骤之一。这就是为什么多年前刀片磨削设备就已经实现自动化的原因了。现在,我们将对这道加工步骤进行进一步的优化改进,在一台磨削设备上用两台机器人完成刀片的分离和上料,实现生产过程的全自动化。”

具体讲就是,在Mägerle刀片磨削机床的前端增加一台机器人实现自动化上料,后端增加一台机器人负责将磨削好的刀片一个个的单独取出来,实现自动化下料,从而实现整个刀片磨削工艺过程的全自动化。这一技术改造任务面临着非常复杂的技术挑战,磨床前端的机器人将待磨削的刀片原材料按照松散物料的方式投入到磨床料斗中,在Anyfeeder机器人上料系统的帮助下将刀片毛坯一个个的分送出去,进行磨削。后端的另一台机器人则负责将一只只刀片准确的送入磨削工位、装卡好刀片毛坯,并在刀片磨削结束后取下成品刀片,冲洗刀片夹具,分别放置好磨削后的刀片。

图1 Fast Picker机器人将待加工的刀片毛坯拿起来,以很高的速度准确的放置到磨削夹具中去
图1 Fast Picker机器人将待加工的刀片毛坯拿起来,以很高的速度准确的放置到磨削夹具中去

需要高精度的高速运动

对这两台机器人的要求是不一样的,正如Rassi强调的那样:“将松散的零件分开,然后放到料库中的时间节拍只有高精度的高速机器人才能完成。将料库中的刀片毛坯放到磨削夹具中需要一台坚固耐用的全封闭六轴机器人,还要求这台机器人有着很大的活动范围。当然,我们也要求这两台机器人最好是同一厂家生产制造的。”

选择合适的机器人并不是一件容易的事情。飞利浦公司负责选择机器人的主管有着非常丰富的经验,经过了详细的生产调查最终找到了合适的机器人供应商。

最终选定的机器人供应商是Stäubli公司。“Stäubli公司的六轴机器人TX90L是一种技术成熟的加工机床设备用机器人产品。有着极好动态性能、高精度的Fast Picker TP80也完全满足了我们上料的要求。没有其他供应商能够像它们那样提供如此完美的机器人组合了。” Rassi说道。

图2 刀片夹具装满刀片毛坯之后,六轴机器人TX 90L将刀片夹具拿起来
图2 刀片夹具装满刀片毛坯之后,六轴机器人TX 90L将刀片夹具拿起来

必须快速的完成自动化改造

自动化解决方案的设计是由飞利浦公司的设计团队完成的,但机器人的安装、编程和调试任务则交给了Vipro公司。过去几年里,Vipro公司的工作重点就是散装零件的处理,并且在这一项目中积累了丰富的经验、掌握着雄厚的技术资源。飞利浦公司的设计要求是非常严格的,由于机器人有许多变型,因此自动化解决方案要有很高的灵活性,能够在最短的时间内完成重新配置并且要求占用很小的空间场地。

刀片磨床中没有给出任何的空间位置,两台机器人在装料工作台上的初始位置以及集成在刀片磨削工作站背面的机器人手指库充分证明了工程师们的智慧,这也保证了随时可以获取最重要的设备配件。Rassi说道:“在生产过程中我们首先要解决的就是空间场地的限制,因此我们必须尽可能的节约空间。”

生产过程始于按照松散物料的方式将刀片毛坯倒到进料器中,由TP80型机器人将一个个刀片毛坯分布排放在辅助工作台上。Fast Picker机器人从安装在天花板上的视频监控系统中得到了刀片毛坯的准确位置数据。视频监控系统的运算速度确保了机器人快速的定位运动。

图3 放入磨床的夹紧装置中
图3 放入磨床的夹紧装置中

非常精确的装卡

机器人知道了刀片毛坯的准确位置就会将其拾取起来、放入上下料系统的进料器中。为了确保这一工序不至于成为整个磨削工艺中的瓶颈工序,TP 80必须充分利用其运动潜力。Rassi说:“只有Fast Picker机器人能够有如此快捷的运动速度和短暂的工作循环。普通的Scara机器人是不可能这么快的。”另外,TP 80装卡刀片毛坯的精度也非常高。在刀片库,刀片毛坯是用两个很小的定位销固定的。为便于从固定位置上取走刀片毛坯,设计师们专门设计了一个便于取件的凹槽,凹槽的公差范围只有百分之二毫米。

根据具体的刀片型号,刀片库中可以存放54~96个刀片毛坯,六轴TX 90L机器人将这些刀片毛坯一个个的放到磨床夹具中。然后,机器人用一个类似刮刀式的专用工具在整个夹具上“扫”一遍,确保所有的刀片毛坯都放置的正确,没有凸出或者翘起。否则将会在磨削过程中导致严重的后果。

磨削加工之后,六轴机器人将装有多把刀片的磨削夹具取出来,送到零件清洗处清洗。然后,TX90L机器人用吸盘将清洗过的刀片从磨削夹具中取出来,并将它们排放在可以容纳1000把刀片的刀片库中。拾取不同型号刀片时的机器人手指由换刀系统自动更换。

对TX90L型机器人也有着很高的精度要求,因为刀片磨削夹具的长度尺寸很长,插入磨床夹紧装置的装卡精度要求也很高。

高性能的机器人为飞利浦未来的设备方案做出了重要的贡献。“对于众所周知的飞利浦高质量电动理发器和电动剃须刀来讲,刀片的磨削是至关重要的一道加工工序。新设备和每天四班制的工作使得这一工序比以前任何时候都更加高效。我们其他刀片磨削机床技术改造和升级只是一个时间问题了。” Rassi说道。