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机器人自动生产线的工艺分析与总体设计
作者：朱金权
来源：《中国新技术新产品》2014年第16期
（无锡贝斯特精机股份有限公司，江苏 无锡 214161）
摘 要：对机器人自动化生产线设计时加工零件的工艺流程分析、生产节拍计算、机器人形式的确定等相关工艺参数进行了研究，在分析了自动化生产线的有关组成部分、总体布置形式、物流方向的确定、线缆和管路的布置、操作箱与电气主控制柜的布置等总体设计的相关技术要点后，提出了机器人自动生产线设计的步骤和设计思路，为机器人自动化生产线在现代工业制造领域的推广和应用提供技术支持。
关键词：机器人；自动生产线；工艺分析；总体设计；生产节拍 中图分类号：TP278 文献标识码： A 1概述
在机械零件加工制造业中，零件的加工质量、加工效率和加工成本与零件的加工工艺密切相关。传统由人工、单机手动加工零件的工方式已越来越不适合现代企业的需要，为减轻劳动强度、提高生产效率、降低劳动成本，采用机器人自动化生产线加工零件的方式，在现代制造业中已越来越多的得到应用，从而最大限度的满足加工制造业中高速度、大批量、高品质加工零件的需要，使加工制造业走向机器人生产线的规模化、批量化、高效化、自动化的现代制造业新时代，它是制造业加工现代化发展的必然趋势。 2工艺分析
零件加工工艺性分析，是机械加工制造业至关重要的技术准备，它是决定零件加工方法、加工质量、加工成本的重要指导性文件，是自动化生产线设计不可缺少的工艺性文件。 2.1加工零件工艺分析
规划设计自动化生产线之前，设计人员必须对加工加工零件的材料、加工内容、加工精度、加工质量等进行详细的工艺分析，制定详细的零件加工工艺线路，编写零件加工过程工艺卡片，明确零件加工时的定位面、夹紧点，制定有效的加工切削参数，包括切削速度、进给量和切削深度。考虑零件加工时所采用的夹具、刀具、量具及零件加工后的检测方法，工件在各工序之间流转时需要的清洗、储存、翻转、搬运等中间工位，零件流转过程中所需的输送平面、输送方式，导向定位、信号检测及机械手抓取工件时的定位、夹紧、松开、检测等，这些工艺参数的确定，对设计自动化生产线具有非常重要的作用。
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2.2生产节拍的计算
节拍是指连续完成相同的两个产品（或两次服务，或两批产品）之间的间隔时间。即指完成一个产品所需的平均时间。 （1）系统理论节拍计算： 计算公式：
R-----节拍 （单位：秒/件），是系统所需的理论节拍；
Q-----计划期内所制造的产品的产量（单位：件），除计划中规定的任务外，还包括不可避免的废品；
F%-----不合格产品占有率；
T效-----计划期有效工作时间 （单位：秒）；
i------时间利用系数，计划期制度工作时间内设备的实际开动时间； T效 =计划期制度工作时间T×时间利用系数i； （2）所需设备计算： 计算公式：
T j-----单台设备完成单个零件所需的实际工作时间（单位：秒）；
R-----节拍 （单位：秒/件）。计算结果一般为小数，实际使用设备台数S需将计算结果元整。
（3）桁架式机器人上下料时间计算： ①初始条件：
机器人匀速运行距离S0：（单位：米） 机器人启动加速运行距离S1；（单位：米） 机器人停止减速运行距离S2：（单位：米） 机器人启动、停止的加速度a：（单位：米/秒2）
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机器人匀速运行速度v：（单位：米/秒） 机器人运行的所有距离S=S0+S1+
③机械人总运动时间T1=t1+t2+t3 （单位：秒）
④机械手换爪时间T2：机械手上安装的两个夹持工件的夹爪相互转换90°或180°所需的时间，其中一个手爪从机床夹具上取出已加工完成的工件（成品），另一个手爪上将已抓取的工件（毛坯）放置到夹具上。两个手爪转换的时间一般取：T2 = 2～3秒。
⑤机械手取料与装料时间T3：机械手上一只手爪从机床夹具上取出已加工完成的工件（成品）与将另一手爪上已抓取的工件（毛坯）放置到夹具上所需的时间。一般根据所加工零件的大小取T3=5～10秒。
⑥机器人上下料的总时间T= T1+ T2+ T3 （4）关节式机器人上下料时间计算：
在自动化生产线中所用到的关节机器人一般采用日本FANUC机器人或德国KUKA机器人，这些机器人样本中均有相关轴的动作范围Ji（°）和最高转动速度Si（°/S），根据这些参数就可以方便的计算出机器人关节转动过程中所需的时间Ti（单位：秒）。 （i是关节机器人相应轴号）
2.3机器人形式的确定
根据零件加工工艺流程分析，结合零件的加工节拍、上下料时间、生产线的平面布置区间、加工设备、中间工件物流所需的清洗、储存、翻转、搬运等工位及生产线的制造成本等，考虑采用桁架式机器人还是关节式机器人。选择桁架式机器人上下料的条件如下： （1）加工设备具有自动开关门且工作台上部具有开阔的上料空间； （2）加工设备工作台沿某一直线布置；
（3）加工设备工作台上部无固定主轴、换刀系统等，如数控车床、数控磨床、卧式加工中心等；
不具备上述条件的加工设备如：立式加工中心、数控立车等，在工作台上方没有有效的上料空间，只能采用关节式机器人从加工设备正面前门上下料。 3总体设计
机器人自动生产线的工艺分析与总体设计
