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方 旺
（广东博科数控机械有限公司，广东珠海 519175）
不锈钢锅是一种家庭消费品，花样繁多，不仅市场需求量很大，而且也是我国出口的大宗商品。在不锈钢锅胆的加工过程中，其表面质量必须达到镜面要求，无抛光波浪纹和过热烧伤等缺陷，所有锅胆打磨抛光表面的质量均应达到电镀前的质量要求。目前的加工方法都是采用人工打磨抛光方式，采用多工位流水线的作业模式，造成产品表面质量一致性差，工人劳动强度大，始终处在粉尘污染环境中，对人体造成严重伤害。
因此，本文提出采用机器人磨抛生产线，正是为解决该行业痛点。生产线是在人工多工位流水线的工艺基础上研发的，通过配置机器人系统、打磨抛光机构、传感技术、打磨抛光系统软件等，实现了复杂形状工件打磨抛光的自动化，特别适合于恶劣环境下、多品种、大批量的柔性生产，能够提高产品质量，提高生产效率。机器人抛光打磨直接的作用就是可以将人从工作环境中替换出来，对改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。
对于广大制造业中小企业而言，市场的外部环境要求其要遵循订单批次的生产模式。相比抛光打磨的一些专机而言，机器人打磨的应用更具柔性。机器人应用只需要相应工装夹具做调整，其设备本体不需要特别改动，编辑并调用相应的程序命令就可做到更新切换，可以明显地缩短产品更新换代周期，减少相应的设备投入，因此机器人磨抛生产线受到中小企业的欢迎。同时助力企业实现智能化、柔性化、绿色化发展基础上，提供有力的技术支撑[1-3]。
机器人磨抛生产线设计方案的主要关键技术：表面处理加工工艺流程分配与相应的应用程序编程；
生产线设备必须适应多品种、多规格不锈钢锅加工要求，能实现抛光轮磨损的自动补偿；
其磨抛工具磨损轴向和径向补偿功能保持表面接触压力恒定；
在连续柔性打磨抛光过程中，保证磨抛工件表面均匀、光亮和一致性好；
电控系统各自独立，且具有与输送带或者送料台通讯接口，可实现生产线的自动同步连续生产[4-9]。
图1 机器人抛光生产线布局
加工方式由机器人一次抓取两件不锈钢锅胆，在打磨抛光设备上进行打磨、抛光，机器人抓取送料台上的不锈钢锅胆，利用工作站内部配套的不同设备，进行不同部位的打磨抛光。当前一道工序的工作站完成了不锈钢锅胆某部位的打磨、抛光后，机器人把不锈钢锅胆摆放至输送带或者中转台上，由输送带或者中转台完成工作站间的半成品传输。
1.1 工作站构成
（1）1号工作站
1号工作站的机器人和A型锅胆磨抛机，配套三角形千叶轮，打磨锅胆内底；
机器人和B型锅胆磨抛机，配套千叶轮打磨锅内壁；
机器人和B型锅胆磨抛机，配套尼龙轮，打磨锅内翻边。其中，机器人末端执行器与一体化真空夹具连接，一体化真空夹具包含有两个相同的內磨抛夹具；
磨抛夹具经真空发生器与压缩空气连接，可同时加工两个工件相同的部位。
（2）2号工作站
2号工作站的机器人和A型锅胆磨抛机，配套三角形麻轮，抛光锅胆内底；
机器人和B型锅胆磨抛机，配套多片麻轮，抛光锅内壁；
机器人和B型锅胆磨抛机，配套单片油麻轮，抛光锅内翻边。其中，机器人末端执行器与一体化真空双工位夹具主体连接，一体化真空夹具包含有两个相同的內磨抛夹具；
磨抛夹具经真空发生器与压缩空气连接，可同时加工两个工件相同的部位。
（3）3号工作站
3号工作站的机器人和砂带机，配套砂带，打磨锅外壁；
机器人和B型锅胆磨抛机，配套千叶轮，打磨锅外翻边。其中，机器人末端执行器与一体化真空双工位夹具主体连接，一体化真空夹具包含有两个相同的外磨抛夹具；
可同时加工两个工件相同的部位。
（4）4号工作站
LI Guozheng. Green mining: connotation definition, model exploration and implementation path[J]. Conservation and utilization of mineral resources, 2018(6):1-8.
4号工作站的机器人和B型锅胆磨抛机，配套单片油麻轮，抛光锅外翻边；
机器人和B型锅胆磨抛机，配套多片油麻轮，抛光锅外壁、锅外底。其中，机器人末端执行器与一体化真空双工位夹具主体连接，一体化真空夹具包含有两个相同的外磨抛夹具，可同时加工两个工件相同的部位。
（5）5号工作站
5号工作站的机器人和B型锅胆磨抛机，配套多片油麻轮，抛光锅外壁、锅外底；
机器人和B型锅胆磨抛机，配套布轮，清光锅外部。其中，机器人末端执行器与一体化真空双工位夹具主体连接，一体化真空夹具包含有两个相同的外磨抛夹具，可同时加工两个工件相同的部位。
（6）A型锅胆磨抛机
A型锅胆磨抛机，采用上下两个工位的叠层式布局，每个工位包括底座、磨抛光电机、打磨抛光轮及其快速更换组件、吸尘斗，还有用于保证轴向恒压力打磨抛光的气缸。其中，机器人末端执行器与一体化真空双工位夹具主体连接，一体化真空夹具包含有两个相同的內磨抛夹具；
磨抛夹具经真空发生器与压缩空气连接，可同时加工两个工件相同的部位。
（7）B型锅胆磨抛机
B型锅胆磨抛机，采用上下两个工位的叠层式布局，每个工位包括底座、磨抛光电机、打磨抛光轮及其快速更换组件、吸尘斗，还有用于保证径向恒压力打磨抛光的气缸。其中，机器人末端执行器与一体化真空双工位夹具主体连接，一体化真空夹具包含有两个相同的內（外）磨抛夹具；
磨抛夹具经真空发生器与压缩空气连接，可同时加工两个工件相同的部位。
（8）磨抛夹具
磨抛夹具经真空发生器与压缩空气连接，可同时加工两个工件相同的部位。一体化真空双工位夹具主体包括有：主体安装底座、与机器人连接法兰、驱动电机、减速机、轴承座与连接轴、两个大小伞齿轮组件和两个中空气缸组成。其中，夹具主体与机器人末端执行器连接，两个相同的內（外）磨抛夹具分别装入两个中空气缸并气夹紧，驱动电机经连接轴-大小伞齿轮组件带动两个相同的不锈钢锅胆旋转。
（9）电气控制系统
电气控制系统结构包括1号工作站、2号工作站、3号工作站、4号工作站和5号工作站的设备各自独立的电控系统，且具有与输送带或者送料台通讯接口，可实现生产线的自动同步连续生产。此外，还有输送带或者送料台、外罩防护和吸尘系统的电控单元。
1.2 生产线工艺流程
不锈钢锅胆打磨抛光部位，如图2所示。
图2 不锈钢锅胆打磨抛光部位
机器人磨抛生产线工作过程中由12道工艺组成，如图3所示。1号工作站中，通过在机器人的末端执行器上，连接一体化真空夹具，装夹内磨抛夹具，然后通过所述第一轴向A型锅胆磨抛机、三角形千叶轮和机器人配合，实现了锅胆内底的打磨工序，继而通过千叶轮、第一径向B型锅胆磨抛机和机器人配合，实现了锅内壁的打磨工序，最后通过尼龙轮、第二径向B型锅胆磨抛机和机器人配合，实现了锅内翻边的打磨工序[10-12]。
图3 不锈钢锅胆的磨抛工艺流程
2号工作站中，通过在机器人的末端执行器上，连接一体化真空夹具，装夹内磨抛夹具，然后通过所述三角形麻轮、第二轴向A型锅胆磨抛机和机器人配合，实现了抛光锅胆内底的工序，继而通过多片麻轮、第三径向B型锅胆磨抛机和机器人配合，实现了抛光锅内壁的工序，最后通过单片油麻轮、第四径向B型锅胆磨抛机和机器人配合，实现了抛光锅内翻边的工序。
3号工作站中，通过在机器人的末端执行器上，连接一体化真空夹具，装夹外磨抛夹具，继而通过所述砂带机和机器人配合，实现了打磨锅外壁及锅外底的工序，然后通过千叶轮、第五径向B型锅胆磨抛机和机器人配合，实现了打磨锅外翻边的工序。
4号工作站中，通过在机器人的末端执行器上，连接一体化真空夹具，装夹外磨抛夹具，然后通过所述单片油麻轮、第六径向B型锅胆磨抛机和机器人配合，实现了抛光锅外翻边的工序，继而通过多片油麻轮、第三轴向A型锅胆磨抛机和机器人配合，实现了抛光锅外壁、锅外底的工序。
5号工作站中，通过在机器人的末端执行器上，连接一体化真空夹具，装夹外磨抛夹具，进而通过多片油麻轮、第七径向B型锅胆磨抛机和机器人配合，实现了抛光锅外壁、锅外底的工序，继而通过布轮、第八径向B型锅胆磨抛机和机器人配合，实现了清光锅外部的工序。
通过生产线的测试，验证了工艺流程的正确性和机器人自动化磨抛的可行性，生产线加工节拍每60 s完成2件产品，减少工人12人，所有不锈钢锅胆表面的质量均达到电镀前的质量要求，满足了客户的要求，也达到了设计目标。结果也表明，打磨抛光过程必须具有力的反馈控制机构和抛光轮的自动补偿，确保不锈钢锅胆抛光质量的稳定；
机器人对压力的控制，既能够防止意外发生，也能够保护机器人本身和工件；
锅磨机轴向和径向补偿功能，能够保持表面接触压力恒定，避免不锈钢锅胆表面受热损伤。
测试过程中，采用了千叶轮，它是集砂带磨削和柔性研磨于一体的工具，能够实现高效率的磨抛加工，实现不锈钢锅胆拉伸条纹和氧化皮的去除。在切换不同规格的不锈钢锅胆进行磨抛，只需要更换夹具，编辑并调用相应的程序即可完成，明显缩短更换周期。
通过上述的分析，机器人磨抛生产线一定程度上提高了不锈钢锅胆磨抛行业的效率，对实际生产具有十分重要的指导意义。随着科技和信息技术的飞速发展，自动化的打磨抛光技术将得到大规模的应用，利用机器人的灵活性和柔性，解决自动化上下料、视觉识别、视觉检测并降低人员需求；
配合信息技术，实行加工数据收集、整理、分析以及进一步发展成为工业互联网，可以极大提高磨抛的自动化、智能化程度；
通过工业互联网技术，实现远程控制及下载优化工艺软件，最终提高生产效率，增强企业的核心竞争力，实现产业体系向智能化、柔性化、绿色化发展。
