傳統(tǒng)的機床由人工完成上下料，但是對于生產(chǎn)品種單一，生產(chǎn)量非常大的零件就存在著勞動強度大、效率低、安全性差等諸多的問題。解決這類問題目前最好的辦法是采用配備自動上下料裝置的機床，此類機床通過伺服控制機械手的移動和準確定位，利用液壓和氣動裝置控制傳送料和自動上下料，從而實現(xiàn)縮短生產(chǎn)節(jié)拍，提高生產(chǎn)效率的目的。對于不同形狀的零件，實現(xiàn)自動上下料方式也不盡相同，可以采用龍門式或手臂式自動上下料裝置，也可以采用直線單元上下料的方式，還可以采用料道直接進料的方式等等，具體要用哪一種還是要根據(jù)具體的零件來選擇合適的上下料方式。

1、 航空標準件的自動上下料方案的概要

航空螺栓類標準件自動上下料系統(tǒng)加工的產(chǎn)品規(guī)格為六角頭螺栓、D 形頭螺栓、十二角頭螺栓三種規(guī)格，直徑范圍是φ4mm~φ12mm，長度在15mm~100mm。加工加床使用2 軸的通用數(shù)控車床，自動上下料裝置的控制器和機床共用一個控制系統(tǒng)，使其從外觀看上去與主機融為一體(圖1)。為它專門設(shè)計的數(shù)據(jù)輸入功能保證任何人都可以安全地操作機器人，機器人的基本操作模式已保存在它的寄存器中，這就意味著只需給操作模式中輸入幾種類型的數(shù)據(jù)就可以完成程序的準備。當需要使用機床主機的操作面板進行編程時，只需要搬動一鍵轉(zhuǎn)化開關(guān)即可轉(zhuǎn)換到機床的操作界面。用戶還可以使用EIA/ISO 代碼，此功能使得控制器的使用更加方便。該項目對標準機床的機械和電氣方面改動最小，生產(chǎn)成本最低、實現(xiàn)的功能比較全的裝置，總價格只有90 萬人民幣左右（包含機床主機），而德國某公司為生產(chǎn)航空標準件所設(shè)計的機床Z 軸移動采用主軸伸縮方式來實現(xiàn)的，雖然這樣可以方便零件的上下料，節(jié)約機床的整體空間，但是其價格將近400 萬人民幣，對于國內(nèi)的生產(chǎn)廠家來講，很難接受，在這種情況下巨能機器人公司開發(fā)了一種采用直線單元從機床的側(cè)面直接上下料的方式，使用標準2 軸的數(shù)控車床代替一個專機，此方案對機床的改動最小，系統(tǒng)性價比也非常高。

圖1 外觀看上去與主機融為一體

2、航空標準件的自動上下料方案的設(shè)計及難點

要加工的工件為六角頭、D 形頭、十二角頭螺栓，對于加工螺栓的自動上下料裝置首先要解決的問題是螺栓的排序問題。前期對于這種問題從機床輔機方面考慮是很難解決的，后來從應(yīng)用在電器元件、醫(yī)藥化工方面的排序方案著手考慮，最終采用了振動上料器裝置-振動盤（圖2、圖3），振動盤是自動化機械，省力化機械等流水線中的重要組成部分，適用于機械、電器、電子、化工、醫(yī)藥、食品等多種領(lǐng)域。振動上料器可以實現(xiàn)零件自動地整齊排列和輸送工件，使工件按照一定的規(guī)則進入到下一工序。

3、航空標準件的自動上下料的工作原理和過程

3.1 該機床加工零件的兩個端面，第一工序OP10 加工工件的六角頭，下圖為卡盤裝夾零件的狀態(tài)（圖4），通過專用三爪卡盤夾緊工件進行加工。

圖4 卡盤裝夾零件的狀態(tài)

3.2 自動上下料機構(gòu)的抓取工件的過程（圖5 和圖6）

圖5 自動上料區(qū)域（正面）

用三爪卡盤配置專用卡爪及自動卡盤開閉確認來實現(xiàn)對工件的卡持和加工，當光電傳感器檢測到無料時，前擋料氣缸1 伸出，后擋料氣缸2 縮回。當光電傳感器檢測有料時后擋料氣缸2 伸出，夾緊用輔助氣缸（圖6）夾緊工件，前擋料氣缸1 縮回，夾緊用輔助氣缸伸出。當控制振動盤運轉(zhuǎn)的光電開關(guān)檢測不到工件時，振動盤開始向上輸送工件，光電開關(guān)檢測到工件后，振動盤停止工作。

圖6 自動上料區(qū)域（背面）

3.3 當夾持工件的兩指平行式機械手上工件時，直線驅(qū)動裝置將機械手移動到主軸前端，下面的兩指卡爪夾緊加工完的零件后機械手退到一個指定位置，機械手旋轉(zhuǎn)90°后直線驅(qū)動裝置將機械手移動到主軸前端，將被加工零件裝卡到卡盤上后退出（圖7）。

圖7 機械化在機床內(nèi)部上下料

3.4 第二工序中要求工件大端方向朝向主軸內(nèi)孔的方向，但是從振動盤處來的工件正好相反，最后在第一工序的基礎(chǔ)上，在輔助夾緊氣缸和伸縮氣缸中間加了一個旋轉(zhuǎn)機構(gòu)（旋轉(zhuǎn)氣缸），來實現(xiàn)工件的翻轉(zhuǎn)（圖8）。

圖8 實現(xiàn)工件翻轉(zhuǎn)的機構(gòu)

4、電氣順序圖

5、總結(jié)

該項目是國內(nèi)加工航空標準件的行業(yè)中首次嘗試配置國內(nèi)自行設(shè)計的自動上下料裝置，實踐證明是非常成功的。該項目對標準機床的機械、電氣方面改動最小，所以制造成本低，同時其功能又是比較齊全的自動上下料裝置，該項目在用戶現(xiàn)場使用過程中得到了用戶的一致好評，并為用戶節(jié)約了大量的資金。