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摘要：幕墻加工桁架式機(jī)器人自動(dòng)流水線，是針對幕墻零部件加工而設(shè)計(jì)的專用流水線，主要完成幕墻型材切割、銑削、端面加工等工序，加工過程全部自動(dòng)完成。流水線通過計(jì)算機(jī)編程，程序控制，每個(gè)加工工序的零件轉(zhuǎn)運(yùn)，通過流水線機(jī)手臂自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)，減少人工搬運(yùn)和機(jī)床加工的準(zhǔn)備時(shí)間，提高了加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量，為企業(yè)MES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)提供軟硬件準(zhǔn)備，實(shí)現(xiàn)幕墻加工自動(dòng)化和智能化。
關(guān)健詞：幕墻加工流水線;智能機(jī)器人;幕墻加工設(shè)備
1、前言
建筑幕墻作為建筑物外裝結(jié)構(gòu)，框架構(gòu)造采用鋁型材作為主要材料，使用不同的裝飾風(fēng)格，滿足建筑物外裝的需求，以達(dá)到保護(hù)建筑物進(jìn)行裝飾造型，實(shí)現(xiàn)保溫、隔熱、遮風(fēng)擋雨的建筑功能。近幾年從單元式幕墻、雙層幕墻大力發(fā)展，逐步形成光伏幕墻、遮陽板幕墻、生態(tài)幕墻、智能幕墻、裝配式幕墻等多樣式幕墻，每年在中國有近3000億元幕墻的生產(chǎn)產(chǎn)值，形成以大企業(yè)規(guī)�；a(chǎn)，追求高質(zhì)量快速施工的幕墻生產(chǎn)模式。在這大背景情況下，迫使幕墻企業(yè)適應(yīng)市場需求，提供高品質(zhì)、高效率的生產(chǎn)模式，幕墻加工采用桁架機(jī)器人自動(dòng)流水線應(yīng)運(yùn)而生。幕墻自動(dòng)組裝流水線、施工現(xiàn)場單元幕墻（詞條“單元幕墻”由行業(yè)大百科提供）輔助安裝機(jī)器人等智能化生產(chǎn)機(jī)器也將會(huì)得到大力發(fā)展。
2、機(jī)器人流水線主要功能
幕墻加工的機(jī)器人自動(dòng)流水線，從結(jié)構(gòu)上分有關(guān)節(jié)機(jī)器人和桁架機(jī)器人，幕墻材料主要是細(xì)長桿，適用桁架機(jī)器人，保證定位準(zhǔn)確，移動(dòng)方便，操作簡單快捷，還具有加工過程可控，可提供一個(gè)安全整潔的生產(chǎn)環(huán)境。
幕墻桁架機(jī)器人自動(dòng)流水線，主要由切割工序，銑削工序，端面加工工序，機(jī)器手自動(dòng)移動(dòng)工件，使幕墻零件加工在一條流水線中，完成代替人工完成工作。
桁架流水線采用德國倍福控制系統(tǒng)，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用無線傳輸信號，快速準(zhǔn)確，將為企業(yè)未來使用MES系統(tǒng)提供硬件準(zhǔn)備。
這條流水線采用靈活的操作模式，可整條線聯(lián)動(dòng)，也可各加工設(shè)備獨(dú)立操作，為企業(yè)提供不同加工模式的選擇。
在當(dāng)前疫情后人工資源緊張的條件下，使用整條流水線可以節(jié)省8個(gè)人左右，整條線只需2人操作，可為企業(yè)節(jié)省人工成本的支出，勞動(dòng)生產(chǎn)率也得到提高，每天8小時(shí)可生產(chǎn)近100多根標(biāo)準(zhǔn)幕墻料。在合理碼放惰況下，兩條流水線也只需2人操作。
操作軟件采用圖形人機(jī)對話，每更換一種型材截面的加工，編程時(shí)間可在30分鐘內(nèi)完成，大大縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，提高流水線的有效加工時(shí)間。
軟件的學(xué)習(xí)人員只需高中文化程度就可以掌握，方便操作人員使用。
幕墻桁架機(jī)器人流水線，是由計(jì)算機(jī)、信號采集、系統(tǒng)計(jì)算、加工程序編程、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及各種輔助裝置組成，通過標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)行程序保證加工過程的準(zhǔn)確性和一致性，對幕墻產(chǎn)品的質(zhì)量起到重要的技術(shù)保證。
3、幕墻型材加工主要工藝流程
幕墻零部件加工主要有切割完成圖紙要求的長度尺寸，完成型材各種安裝孔的銑削加工，同時(shí)還要完成型材的端面加工。傳統(tǒng)加工模式，主要使用單工位的專用設(shè)備加工，每道工序之間需要人工轉(zhuǎn)運(yùn)型材，生產(chǎn)效率很低，勞動(dòng)強(qiáng)度（詞條“強(qiáng)度”由行業(yè)大百科提供）高。桁架式機(jī)器人自動(dòng)流水線，使整個(gè)加工工藝流程連成一個(gè)整體，從進(jìn)料端輸入型材，中間由機(jī)械手自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)型材到各個(gè)工序位置，加工完成后自動(dòng)輸出成品幕墻零件。
4、主要機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)
桁架機(jī)器人流水線機(jī)械結(jié)構(gòu)主要分為二大部件：桁架和機(jī)械手。桁架主要由立柱、橫梁、導(dǎo)軌和輔助支承結(jié)構(gòu)組成，材料采用結(jié)構(gòu)鋼焊接和螺接組合方式，保證機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中穩(wěn)定。機(jī)械手主要完成抓取型材，可完成X,Y,Z直線坐標(biāo)行走，并可A軸方向180度旋轉(zhuǎn)，電驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過減速器運(yùn)動(dòng)，減速器采用本公司發(fā)明的高精度行星減速器(專利號;ZL2015 0520658X)，保證機(jī)械手準(zhǔn)確抓取型材，高傳動(dòng)精度的行星減速機(jī)，包括太陽輪、行星架、多個(gè)行星輪和齒圈，每個(gè)行星輪分別安裝在一個(gè)行星輪軸上，多個(gè)行星輪分別與齒圈相嚙合，行星架包括剛性骨架，剛性骨架上環(huán)繞齒圈的中心均布地設(shè)有多個(gè)行星輪軸安置孔或多個(gè)行星輪軸安置槽，每個(gè)行星輪軸安置孔或行星輪軸安置槽內(nèi)分別設(shè)有一個(gè)撓性桿，每個(gè)撓性桿分別與對應(yīng)的行星輪軸安置孔或行星輪軸安置槽的內(nèi)壁固定相連，每個(gè)行星輪軸分別安裝在一個(gè)撓性桿上，全部撓性桿環(huán)繞行星架的中心設(shè)置，每個(gè)撓性桿分別可沿行星架的徑向調(diào)整位置。因幕墻型材表面光滑、異型、且重量重的特點(diǎn)，在機(jī)械手設(shè)計(jì)時(shí)增加杠桿結(jié)構(gòu)和真空吸盤等輔助裝置，保證夾持型材不脫落，并在Z 軸方向增加了自鎖裝置，保證在停電時(shí)型材不會(huì)移動(dòng)和脫落，保護(hù)操作人員安全。
幕墻型材加工一般細(xì)長桿零件，適用于桁架機(jī)器人流水線，從工位來看可組成多工位加工，采用桁架機(jī)器人流水線主要幾方面優(yōu)點(diǎn)：
4.1.采用高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，整體強(qiáng)度高，不易振動(dòng)搖晃，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用直線軸承（詞條“軸承”由行業(yè)大百科提供），承載能力強(qiáng)，運(yùn)行精度高。
4.2. 安裝調(diào)整要求低，相比繁雜的關(guān)節(jié)機(jī)器人，編程軌跡操作人員容易理解，操作簡單。
4.3. 系統(tǒng)采用閉環(huán)設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)檢測機(jī)械手系統(tǒng)位置與實(shí)際位置相符合，隨時(shí)保證Z軸機(jī)械鎖死，防止發(fā)生安全事故。
4.4. 桁架機(jī)器人手臂運(yùn)行為直線坐標(biāo)，不用計(jì)算關(guān)節(jié)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)半徑的軌道，可節(jié)省占地空間。桁架機(jī)械手，包括桁架機(jī)械手支承框架、X軸行走梁架、Y1行走梁、Y2行走梁、Z軸行走柱和轉(zhuǎn)軸支架;Y2行走梁安裝在X軸行走梁架上，Y2行走梁可沿桁架機(jī)械手支承框架的Y軸方向滑動(dòng);Z軸行走柱和Y2行走梁連接，Z軸行走柱可沿桁架機(jī)械手支承框架的Z軸方向滑動(dòng);Y1行走梁可沿桁架機(jī)械手支承框架的Y軸方向滑動(dòng);X軸行走梁架和Y2行走梁連接，X軸行走梁架可沿桁架機(jī)械手支承框架的X軸方向滑動(dòng);Z軸行走柱的底部安裝掛架;掛架上安裝多組抓取組件;轉(zhuǎn)軸支架固定在掛架上;轉(zhuǎn)軸支架上安裝轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)組件，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)組件驅(qū)動(dòng)掛架沿桁架機(jī)械手支承框架的A軸旋轉(zhuǎn)。
4.5. 桁架機(jī)器人流水線，運(yùn)行精度高，重復(fù)定位精度可達(dá)到0.05mm，比同重載的關(guān)節(jié)機(jī)器人精度更勝一籌。流水線包括桁架、多個(gè)桁架機(jī)械手和多個(gè)加工工位;相鄰兩個(gè)加工工位之間設(shè)置一個(gè)桁架機(jī)械手;桁架機(jī)械手和每個(gè)加工工位分別連接一個(gè)控制模塊;桁架機(jī)械手安裝在桁架上，且桁架機(jī)械手在桁架上滑動(dòng);多個(gè)加工工位包括切割工位、鉆孔工位和端銑工位;桁架機(jī)械手和加工工位均包括控制電機(jī)和邏輯檢測開關(guān);控制模塊用于接收邏輯檢測開關(guān)的信號來控制控制電機(jī)。自動(dòng)化流水線一般由多個(gè)模塊式的工作單元組成。每個(gè)工作單元的電氣控制板上都配備有一個(gè)控制器，分別控制每一個(gè)工作單元的執(zhí)行功能。在各個(gè)單元之間一般通過網(wǎng)絡(luò)通信線路連接起來。流水線中的各個(gè)單元可自成一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)運(yùn)行，同時(shí)也可以通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)構(gòu)成一個(gè)分布式的整機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行。此時(shí)，各個(gè)運(yùn)行設(shè)備之間能自動(dòng)協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)整條加工流水線統(tǒng)一控制，同時(shí)也可保障各工序獨(dú)立運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)線整機(jī)穩(wěn)定有序地運(yùn)行。整個(gè)流水線采用德國倍福控制器，通過主機(jī)計(jì)算機(jī)通用局域網(wǎng)絡(luò)傳送信號，同時(shí)各運(yùn)動(dòng)點(diǎn)反饋信號給計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，在操作界面采用人機(jī)圖形對話，便于操作人員編制程序，在機(jī)械手運(yùn)行調(diào)試時(shí)可采用仿真自動(dòng)編程，能快速編制機(jī)械手運(yùn)行軌跡，節(jié)省換料過程中準(zhǔn)備時(shí)間，一般操作人員可在半小時(shí)左右完成一個(gè)新的程序，在實(shí)際使用過程中得到用戶的肯定。
5、實(shí)踐
2019年公司與無錫恒尚裝飾工程有限公司聯(lián)合開發(fā)的加工桁架式機(jī)器人自動(dòng)流水線生產(chǎn)線，于2020年中在無錫恒尚新廠正式投入使用，并申請多項(xiàng)國家發(fā)明和實(shí)用型專利,開始使用過程中大家普遍關(guān)心幾點(diǎn)問題：
5.1， 機(jī)器人流水線是否方便編程，更換料時(shí)重新編程需要多長時(shí)間?
5.2，生產(chǎn)過程中是否安全可靠，是否有保護(hù)措施?
5.3，生產(chǎn)效率是否比傳統(tǒng)加工方式提高?
在實(shí)際使用過程中得到肯定，新編程的加工程序一般在30分鐘內(nèi)完成，人員從原10人壓縮到2人。一條生產(chǎn)線從原單班生產(chǎn)80根左右，可提升到100~160根標(biāo)準(zhǔn)型材。
每年可為企業(yè)節(jié)省大量人力成本，降低人工成本達(dá)60%左右，場地也得到充分利用，產(chǎn)品質(zhì)量得到保障，產(chǎn)能也上升近30%左右，實(shí)踐證明自動(dòng)化智能化是現(xiàn)代大型企業(yè)必然選擇的生產(chǎn)模式。
6、結(jié)論
幕墻加工桁架式機(jī)器人自動(dòng)流水線，采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為企業(yè)完成技術(shù)升級改造，完善MES系統(tǒng)的管理，提供有力的技術(shù)支持。未來幕墻加工生產(chǎn)過程，采用桁架機(jī)器人流水線，自動(dòng)組裝流水線及現(xiàn)場施工安裝機(jī)器人等智能設(shè)備，必將使幕墻生產(chǎn)和安裝更加自動(dòng)化，更加智能化，逐步形成新一代幕墻生產(chǎn)模式。
