企業(yè)案例：工業(yè)機器人稱重流轉(zhuǎn)生產(chǎn)線抓手的創(chuàng)意設(shè)計與數(shù)控加工情景1產(chǎn)品創(chuàng)意與數(shù)控加工01情景描述02產(chǎn)品創(chuàng)意03客戶需求04任務(wù)分解05任務(wù)實施授課內(nèi)容情景描述01常見案例

自動生產(chǎn)線不僅可以把人從繁重的體力勞動、部分腦力勞動以及惡劣、危險的工作環(huán)境中釋放出來，而且能極大地提高勞動生產(chǎn)率。廣泛應(yīng)用在機械制造業(yè)的毛坯制造、加工、裝配、檢驗和包裝等綜合自動化生產(chǎn)線。

自動抓取生產(chǎn)線一般采用電動，氣動與液動的形式。運作步驟依次為定位、識別、抓取、移動、工作、移動，從而完成生產(chǎn)。可以直線移動，也可以角度移動、距離+角度移動。依據(jù)環(huán)境有設(shè)計單純移動的，選別的，折彎的，有成型的和焊接,也有組裝的多類型的工業(yè)機器人。把它們組合到一起就是自動化生產(chǎn)線了。產(chǎn)品創(chuàng)意021、客戶創(chuàng)意

武漢金石興機器人自動化工程有限公司（以下簡稱金石興公司）是一家專注工業(yè)機器人與智能制造應(yīng)用工程和人才培養(yǎng)、技術(shù)服務(wù)的高新技術(shù)企業(yè)。現(xiàn)在要研發(fā)一款利用工業(yè)機器人能夠自動抓取汽車點火器開關(guān)支架（以下簡稱支架）進行產(chǎn)品稱重的自動化生產(chǎn)線。汽車點火器開關(guān)支架夾持搬運稱重作業(yè)示意圖1、客戶創(chuàng)意

技術(shù)方案用到Y(jié)形手指氣缸，對支架進行夾持提升移動到稱重臺進行重量檢測，然后再提升移回原地，繼續(xù)流轉(zhuǎn)。Y形手指氣缸目前遇到的難題在于：支架外形復(fù)雜，吸盤等機械手已無法完成抓取任務(wù)，需設(shè)計能夠裝在Y形手指氣缸上的新型抓取工具（以下簡稱抓手），并使之抓取后能夠平穩(wěn)將支架放到稱重盤上進行稱重。1、客戶創(chuàng)意金石興公司提出的要求為：1、滿足抓取強度即可，盡可能節(jié)約材料（7075鋁合金），控制抓手的總質(zhì)量小于150克。抓手與支架接觸面應(yīng)符合支架的外形曲面，盡可能增大接觸面積。2、在支架表面選擇合理夾持位置、合理氣缸手指夾持角度。要求兩手指合攏中心面和筒狀中心線重合。提示：夾持時支架兩腳螺紋端面為水平狀態(tài)，無需考慮支架的定位高度和位置。3、抓手與氣缸手指合理連接，充分利用側(cè)面（磨削面）作為基準，測量其實際尺寸，按照單邊間隙小于0.05設(shè)計配合尺寸，確定尺寸公差，使用M4*12杯頭內(nèi)六角螺栓固定。M4*12杯頭內(nèi)六角螺栓螺紋端面位置和支架兩腳1、客戶創(chuàng)意4.在抓手和氣缸進氣接口垂直方向的側(cè)面上，合理位置設(shè)計M5孔，用于安裝氣管接頭。氣管接頭5.夾持面（曲面接觸面）位置設(shè)計2個小孔用以吹氣，避免夾持時夾屑。氣管接頭孔及吹氣孔位置創(chuàng)意分析03創(chuàng)意分析根據(jù)客戶描述，公司接到的任務(wù)是設(shè)計并加工一個能夠安裝在Y形氣缸手指上的抓手。由于Y形氣缸上有兩個手指，因此抓手包括兩個軟爪，分別安裝在兩個手指上，同時要滿足節(jié)約材料、重量、安裝間隙、排氣孔位置等要求。公司組織技術(shù)人員對關(guān)鍵幾個部件進行了分析：1、點火開關(guān)支架點火開關(guān)支架（點火鋁座），是汽車發(fā)動和熄火的鎖支架，零件質(zhì)量直接影響到點火和熄火的正常工作。外形為多個規(guī)則和不規(guī)則平面或曲面構(gòu)成，比較復(fù)雜，長度尺寸約120mm，重量約0.5kg。若要實現(xiàn)其在生產(chǎn)線上進行往復(fù)交替流轉(zhuǎn)稱重，就必須使其始終保持水平姿態(tài)。點火鋁座（支架）稱重時的姿態(tài)2、Y形氣缸手指金石興公司選擇的Y形氣缸缸徑20mm，夾持力矩0.7N*m，開閉角度.10°~30°，質(zhì)量：180g。從Y型氣缸手指尺寸圖可以看出：抓手與之連接的部位是4個M4螺紋孔。Y形氣缸手指的主要尺寸創(chuàng)意分析3、抓手合格標準（1）材料7075鋁合金，抓手總質(zhì)量不超過150g。.（2）加工質(zhì)量能夠滿足夾持支架的需要，氣管快接頭連接緊密，吹氣順暢；兩軟爪與Y形氣缸手指聯(lián)接可靠，兩側(cè)面間隙小于0.05，不松動；表面粗糙度3.2以上。（3）試運轉(zhuǎn)支架流轉(zhuǎn)過程中，兩軟爪閉合緊密，夾持牢靠不掉落；夾持或張開瞬時，支架不發(fā)生明顯晃動；各聯(lián)接件、緊固件應(yīng)無松動現(xiàn)象；吹氣順暢無堵塞。任務(wù)分解04任務(wù)1：抓手的三維造型設(shè)計

根據(jù)客戶提出的“兩手指合攏中心面和筒狀中心線重合”的需求，并結(jié)合點火鋁座的外形特點和流轉(zhuǎn)時的姿態(tài)，我們公司通過三維數(shù)據(jù)采集、建模等方法完成抓手三維模型設(shè)計。將抓手三維模型發(fā)給金石興公司后，客戶表示滿意。抓手三維模型任務(wù)2：加工方法由于抓手需要的加工的部位包括外形、槽、曲面、孔、螺紋等，所用刀具較多。因此，公司經(jīng)過認真研判，從數(shù)控加工工藝合理性的角度將抓手安排在加工中心進行加工，采用中望3D2023版軟件自動生成程序。2014年9月，夏季達沃斯論壇上李克強總理提出，要在960萬平方公里土地上掀起“大眾創(chuàng)業(yè)”、“草根創(chuàng)業(yè)”的新浪潮，形成“萬眾創(chuàng)新”、“人人創(chuàng)新”的新勢態(tài)。廣大大學生樹立創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的意識。任務(wù)實施05一、任務(wù)引入1、零件分析毛坯尺寸為：125*30*60，選擇加工中心作為主要的加工設(shè)備。加工完成后，再到劃線平臺上劃線，臺虎鉗上完成鋸割、挫削及去毛刺。抓手零件`立式加工中心2、工藝分析二、任務(wù)實施1、進入加工環(huán)境打開“抓手”文件，中望3D首先進入的建模模式，在快捷工具欄中選擇“加工方案”，在彈出的對話框中選擇“MillTemplate”，也就是選擇銑床。“加工方案”界面二、任務(wù)實施2、設(shè)置毛坯單擊【加工系統(tǒng)】工具欄上的“添加坯料”按鈕，彈出“添加坯料”對話框，選擇“抓手”模型上表面中，定義長度、寬度及高度尺寸分別為125、60、35。設(shè)置毛坯二、任務(wù)實施3、設(shè)置坐標系單擊【加工系統(tǒng)】工具欄上的“坐標”按鈕，彈出“坐標”對話框，依次定義坐標的名稱、安全高度、自動防撞、color后，單擊“創(chuàng)建基準面”，選擇“3點平面”，依次選擇“原點”、“X點”和“Y點”位置即可定義好“正面”坐標系。1、插入坐標2、創(chuàng)建基準面3、“兩者之間”確定點二、任務(wù)實施4、確定正面坐標系同理，設(shè)置反面、側(cè)面坐標系。5、確定反面坐標系6、確定側(cè)面坐標系注意：定義“側(cè)面”坐標系時，先要將零件向后旋轉(zhuǎn)270°。由于側(cè)面已經(jīng)被加工過理了，因此不能再將坯料顯示出來，而是要選擇零件表面一個便于將來對刀的點作為“側(cè)面”坐標系。用戶必須清楚側(cè)面坐標系的位置，以便在機床實操時正確定義。二、任務(wù)實施4、正面開粗—二維偏移粗加工1毛坯前后裝夾（毛坯平放，裝夾125長邊），本道工序是對“抓手”上表面外形、軟爪接觸面、開口槽進行粗銑削。右鍵單擊“計劃管理”下的“工序”選項，彈出“工序類型”對話框，單擊“快速銑削”選項卡，選擇“二維平移”即可插入“二維偏移粗加工1”正面開粗工序。雙擊該工序，依次定義好坐標系、特征、刀具等所有參數(shù)后，單擊“計算”，得到“二維偏移切削1”的正面開粗路徑。“二維偏移切削1”正面開粗路徑二、任務(wù)實施右鍵單擊“計劃管理”下的“二維偏移粗加工1”選項，在彈出的快捷菜單中選擇“實體仿真”選項，單擊播放按鈕即可看到本道工序?qū)嶓w加工效果。二維偏移粗加工1—實體仿真二、任務(wù)實施6、正面銑曲面—三維偏移切削1本道工序是對“抓手”接觸面進行第一次曲面銑削。右鍵單擊“計劃管理”下的“工序”選項，彈出“工序類型”對話框，單擊“快速銑削”選項卡，選擇“三維偏移切削”即可插入“三維偏移切削1”曲面銑削工序。雙擊該工序，設(shè)置好所有參數(shù)后，單擊“計算”，得到“三維偏移切削1”正面銑削曲面刀具路徑。“三維偏移切削1”銑削曲面路徑二、任務(wù)實施在“計劃管理”—“三維偏移切削1”工序上單擊右鍵，選擇“實體仿真”選項，從而得到“三維偏移切削1”實體仿真結(jié)果。“三維偏移切削1”—實體仿真二、任務(wù)實施7、正面再銑曲面—三維偏移切削2本道工序是對“抓手”接觸面進行第二次曲面銑削，目的是使抓手接觸面更加貼近汽車點火器開關(guān)支架外形。右鍵單擊“計劃管理”下的“三維偏移切削1”選項，在彈出的右鍵快捷菜單中選擇“重復(fù)”，此時工序下已多了一個“三維偏移切削2”工序。重復(fù)上道工序二、任務(wù)實施設(shè)置好所有參數(shù)，單擊“計算”后，計算完畢后，得到“三維偏移切削2”曲面殘料銑削刀具路徑。“三維偏移切削2”銑削曲面路徑在“計劃管理”—“三維偏移切削2”工序上單擊右鍵，選擇“實體仿真”選項，單擊播放按鈕，從而得到該工序的實體仿真結(jié)果。“三維偏移切削2”—實體仿真二、任務(wù)實施8、正面鉆孔—啄鉆1本道工序是對“抓手”接觸面中兩個吹氣孔、四個連接孔進行鉆削。右鍵單擊“計劃管理”下的“工序”選項，彈出“工序類型”對話框，單擊“鉆孔”選項卡，選擇“啄鉆”即可插入“啄鉆1”鉆孔工序。單擊“計算”后，得到該工序刀具路徑。“啄鉆1”鉆孔路徑二、任務(wù)實施右鍵單擊“計劃管理”下的“啄鉆1”選項，在彈出的快捷菜單中選擇“實體仿真”選項，單擊播放按鈕，即可看到本道工序?qū)嶓w加工效果。“啄鉆1”—實體仿真二、任務(wù)實施9、反面開粗—二維偏移粗加工2將毛坯向后旋轉(zhuǎn)180°后前后裝夾（毛坯平放，裝夾125長邊），本道工序是對“抓手”下表面外形、軟爪反向圓角等部位進行粗銑削。右鍵單擊“計劃管理”下的“工序”選項，彈出“工序類型”對話框，單擊“快速銑削”選項卡，選擇“二維偏移”即可插入“二維偏移粗加工2”開粗工序。定義好所有參數(shù)后，單擊“計算”，得到“二維偏移切削2”的反面開粗路徑。“二維偏移切削2”反面開粗路徑二、任務(wù)實施選擇【刀軌編輯器】菜單—“二維偏移切削2”工序—“修剪”，在彈出的“刀軌修剪”對話框中選擇修剪類型，如“框選”，選擇要修剪的刀具路徑，單擊“應(yīng)用”即可實現(xiàn)修剪。將左右兩側(cè)刀具路徑修剪完成后，就可以得到我們想要的結(jié)果。修剪刀具路徑修剪完成的“二維偏移切削2”刀具路徑二、任務(wù)實施

注意：如果修剪刀具路徑后又重新進行計算或后臺計算，都會使修剪的刀具路徑被重新計算出來。因此，用戶可以確定好所有參數(shù)后，再進行修剪操作，以免重復(fù)無用的工作。右鍵單擊“計劃管理”下的“二維偏移粗加工2”選項，在彈出的快捷菜單中選擇“實體仿真”選項，單擊播放按鈕即可看到本道工序?qū)嶓w加工效果。“二維偏移加工2”—實體仿真二、任務(wù)實施10、反面銑平面—平坦面加工2本道工序是對“抓手”上表面及槽底平面進行精銑削。右鍵單擊“計劃管理”下的“工序”選項，彈出“工序類型”對話框，單擊“快速銑削”選項卡，選擇“平坦”即可插入“平坦”精銑削平面工序。設(shè)置好所有參數(shù)，單擊“計算”后，“平坦面加工在“計劃管理”—“平坦面加工2”工序上單擊右鍵，選擇“實體仿真”選項，單擊播放按鈕，實體仿真結(jié)果。“平坦面加工2”精銑平面路徑二、任務(wù)實施10、反面銑平面—平坦面加工2“平坦面加工2”精銑平面路徑“平坦面加工2”—實體仿真二、任務(wù)實施11、反面銑曲面—平行切削1本道工序是對“抓手”反面圓角進行曲面銑削，由于加工部位是簡單的圓弧開放面，所以采用平行銑削比較省時。右鍵單擊“計劃管理”下的“工序”選項，彈出“工序類型”對話框，單擊“快速銑削”選項卡，選擇“平行銑削”即可插入“平行銑削1”曲面銑削工序。設(shè)置好所有參數(shù)，單擊“計算”后，計算完畢后，得到“平行銑削1”刀具路徑。“平行銑削1”銑削曲面路徑二、任務(wù)實施在“計劃管理”—“平行銑削1”工序上單擊右鍵，選擇“實體仿真”選項，單擊播放按鈕，從而得到該工序的實體仿真結(jié)果。“平行銑削1”—仿真結(jié)果二、任務(wù)實施12、側(cè)面鉆孔—啄鉆2將毛坯向后旋轉(zhuǎn)270°后前后裝夾（毛坯平放，裝夾60中長邊），本道工序是對“抓手”側(cè)面兩個氣管快接頭連接孔進行鉆削。右鍵單擊“計劃管理”下的“工序”選項，彈出“工序類型”對話框，單擊“鉆孔”選項卡，選擇“啄鉆”即可插入“啄鉆2”鉆孔工序。設(shè)置好所有參數(shù)，單擊“計算”后，得到“啄鉆2”刀具路徑。“啄鉆2”鉆孔路徑二、任務(wù)實施右鍵單擊“計劃管理”下的“啄鉆2”選項，在彈出的快捷菜單中選擇“實體仿真”選項，單擊播放按鈕，即可看到本道工序?qū)嶓w加工效果。“啄鉆2”—實體仿真二、任務(wù)實施13、中望軟件驗證在完成1-9個工序后，對所有工序進行一起驗證。右鍵單擊“計劃管理”、“工序”，選擇“實體仿真”項，單擊播放按鈕，得到抓手在中望軟件中初次驗證結(jié)果。反面加工后，還一層沒有加工掉，這種情況產(chǎn)生的原因在于正面開粗程序中設(shè)置的最低點位置有點高了，導(dǎo)致反面加工沒有加工到位。在實際加工中，我們也要注意這樣的問題，如果反面高度方向?qū)Φ恫粶剩矔羞@樣的問題。抓手—初次驗證二、任務(wù)實施將零件視圖方向定義為前面（可以采用‘對齊方向’功能），然后在正面開粗工序中點擊“底部”，定義加工最低點低于原來的底部點。注意，底部點一定保證在鉗口之上。重新定義底部點重新對1-9個步驟進行實體仿真，得到最終驗證結(jié)果。在加工中心上完成1-9道工序后，用戶可以將零件拆掉轉(zhuǎn)移到鉗工臺進行后續(xù)10-13道工序，即攻絲、鋸割、銼削及去毛刺。抓手—最終驗證二、任務(wù)實施14、生成NC程序完成中望軟件驗證無誤后，就可以導(dǎo)出1-9道工序的NC程序了。由于抓手要經(jīng)過正面、反面和側(cè)面3次裝夾，因此需要生成3個程序，第1-5道正面程序名為%311115,第6-8道反面程序名為%3111168，第9道側(cè)面程序名為%311109。（1）定義加工設(shè)備首先定義加工設(shè)備：雙擊“計劃管理”下的“設(shè)備”選項，在彈出的“設(shè)備管理器”中輸入“華中3軸加工中心”，“后置處理器配置”列表中“ZW_HNC-21_22M_3X”后單擊確定。二、任務(wù)實施（2）正面CL/NC設(shè)置右鍵單擊“計劃管理”、“輸出”，選擇“CL/NC設(shè)置”項。在彈出的“輸出程序”將零件名稱定義為311115、程序名為正面，“刀軌坐標平面”為正面，文件夾名與工作目錄相同。正面程序—CL/NC設(shè)置二、任務(wù)實施（3）插入正面NC右鍵單擊“計劃管理”下的“輸出”選項，選擇“插入NC”，此時“輸出”下面多出一個“311115”項。（4）插入正面工序右鍵單擊“計劃管理”、“輸出”、“311115”項，選擇“添加工序”。在彈出的“選擇輸出程序”對話框中選擇1-5個工序后確認。添加1-5道工序二、任務(wù)實施（5）輸出正面NC右鍵單擊“計劃管理”、“輸出”、“311115”項，選擇“輸出NC”。得到自動生成的正面NC程序。自動生成正面NC程序（6）反面CL/NC設(shè)置右鍵單擊“計劃管理”、“輸出”，選擇“CL/NC設(shè)置”項。在彈出的“輸出程序”將零件名稱定義為311168、程序名為反面，“刀軌坐標平面”為反面，文件夾名與工作目錄相同。反面—CL/NC設(shè)置二、任務(wù)實施（7）插入反面NC右鍵單擊“計劃管理”下的“輸出”選項，選擇“插入NC”，此時“輸出”下面多出一個“311168”項。（8）添加反面工序右鍵單擊“計劃管理”、“輸出”、“311168”項，選擇“添加工序”。在彈出的“選擇輸出程序”對話框中選擇6-8個工序后確認。添加6-8道工序二、任務(wù)實施（9）輸出反面NC程序右鍵單擊“計劃管理”、“輸出”、“311168”項，選擇“輸出NC”。得到自動生成的反面NC程序。自動生成反面NC程序（10）側(cè)面CL/NC設(shè)置右鍵單擊“計劃管理”、“輸出”，選擇“CL/NC設(shè)置”項。在彈出的“輸出程序”將零件名稱定義為%311109、程序名為側(cè)面，“刀軌坐標平面”為側(cè)面，文件夾名與工作目錄相同。側(cè)面—CL/NC設(shè)置（11）插入側(cè)面NC右鍵單擊“