在长达26m的线形轴流水线的上方布置了输送和运离加工工件的带有关节臂的机器人

使用自动化控制装置控制抓斗式门架升降机器人，可一天24h连续不间断地进行铸铁材质机器设备外壳的一整套加工作业，控制机器人运送加工工件的重要组成部分是多个长达26m的线性轴，在线性轴的上方布置着一个带关节臂的机器人，可完成5种作业动作。机器人将加工工件输送给各个机器设备进行加工，再将加工后的工件运离流水线。

在技术、资源、资本、生产领域、耗时、耗能、灵活性、效益以及环保等方面的优势，确保了德国在世界上的竞争力。坐落在德国Biberach的Albert Handtmann铸铁厂就是一个实例。这是一个对机器设备铸铁外壳进行综合性机械加工的厂家。该厂因使用了ABB公司研发的抓斗式门架升降机器人，实现了加工作业的自动化控制，由此确保了竞争力。

Albert Handtmann是一个独立承担机器设备铸铁外壳综合性机械加工的企业。对用户来说，该厂具有全方位的可靠性，即产品加工质量可靠、生产效率高且严格遵守交货期限。通常该厂加工的机器设备铸铁外壳的外形尺寸为 650mm×600mm×250mm。完成综合性加工后的工件成品重达20kg。该厂产量受季节影响，平均产值在20%~120%之间波动。与此同时，由于加工任务多，工期紧，该厂还要在若干加工中心同步加工机器设备的铝外壳。通常由于工期的要求，该厂在一个车铣加工中心无法在循环周期内完成加工作业。此外，由于加工的工件数量差别很大，这就要求加工作业线上的设备和加工的范围具有很高的灵活性。只有这样，才能达到工厂生产的最佳化。

图1  用3D方式模拟在配有3台加工中心的铸铁工件流水线上进行机械加工的全过程

为了满足Albert Handtmann铸铁厂上述的要求，该厂在加工作业高峰期，使用了一个回转输送中心和3个BAZ进行加工作业，大大缩短了有效工作时间。为了实现合理化作业，在有效工作时间内，抓斗式门架升降机器人起了关键性作用。该厂采用了ABB公司研发的IRB 6620LX型抓斗式门架升降机器人。该机器人是由ABB公司提出总体设计理念并进行具体设计制造的交钥匙设备，ABB公司还负责整个流水线的合理化生产、数据的采集与处理以及加工作业的自动化设计。

IRB 6620LX 型抓斗式门架升降机器人控制着整个加工作业，包括将浇铸好的铸铁工件从清洗工位输送到手工检验工位的各个步骤。该机器人的工件输送系统和控制系统最主要的组成部分是一个26m长的线性轴装置。在该线形轴装置上方悬挂一个与加工作业线呈纵向分布的5轴带关节臂的机器人。由该机器人自动控制加工工件的输送和运离，所输送的工件最大重量为150kg，最大输送速度为3.3m/s。此外，该机器人输送工件的定位精准，误差小于0.1mm 。

机器人与有效工作时间匹配同步输送和运离工件

加工作业开始，由一名工人将需要加工的铸铁原件放置在输送支架上，机器人将在这里抓取该工件。为了加工工件换位，首先机器人用其两个抓斗取下BAZ已经加工好的工件，然后摘下需加工的铸铁原件，与此同时BAZ加工另一工件，也就是说在有效工作时间内，机器人同步进行工件的输送和运离，这样，准备所需时间便不会占用有效工作时间。

作业线上的加工状态在回转式工作台上予以模拟， 回转式工作台上分四站分别模拟作业状态，3个站模拟正在加工作业中的机器设备外壳， 另一站模拟工件输送和运离的工作状态。如需要，另外两个BAZ可以一体化接入整个流水作业线进行加工作业。通常状况下，这两个BAZ可另行安排其他加工作业。这样，在加工件少的时候，抓斗式门架升降机机器人可根据生产需要减少向流水作业线输送加工工件的数量。

图2  在加工车间里，机器人的活动空间仅在机器设备的上方。带有关节臂的机器人从上方进入加工中心，因此省去了占位

在流水作业线完成整个加工作业后，抓斗式门架升降机器人将这些工件输送进清洗设备中进行清洗。加工工件的清洗作业通过手动控制器进行控制，清洗作业的过程是：机器人取下清洗设备中已经清洗的工件，然后旋转带有抓斗的关节臂将准备清洗的工件装进设备。清洗作业用60℃的热水脉动式浸湿工件，并加超声波，这样能够确保工件上的油污甚至是微小的颗粒均能清洗干净。

清洗后的加工工件由机器人重新放在输送工件的货架上。货架连着一个带有托盘的传送带，传送带将清洗后的加工工件输送到吹洗台。在吹洗台由两台IRB 1600型抓斗式门架升降机器人用其吹气喷嘴将清洗后的工件上有可能附着的切削冷却剂、水和刨屑等清理干净，再用喷气枪将加工工件上大约85个钻孔和20片散热肋片吹干，然后用货架将工件运送到人工检验工位，由一名检验员负责加工工件的检验，检验后将加工好的工件也就是机器设备外壳输送到托盘上。传送带又将空的工件货架输送到流水作业线的工件清洗设备处。

ABB公司为抓斗式门架升降机器人开发出了各种各样的软件。这些机器人可以减轻工人的劳动强度，使加工作业从起始阶段起便实现加工生产流程的最佳化。ABB公司的设计师为了提高研发的经济效益，在研发开始阶段使用各种软件采取脱机研发的工作方式，用真正的机器人模拟在加工线上的生产流程，尽可能减少对用户生产的影响。 设计师将脱机状态下研发出的机器人程序软件运用到用户的生产流水线上，大大缩短了流水作业线改装的时间。此外，设计师还要了解用户的流水线布置，以避免在作业中出现两个机器人相撞的情况。此外，在设计过程中，工程师还需考虑，一旦生产线采用了机器人作业，也就意味着加工作业将不间断地生产。

ABB公司的研发人员为IRB 6620 LX型抓斗式门架升降机机器人选用的True-Move和Quick-Move软件，能确保机器人在加速和运动状态下仍保持动作的精准。为了确保机器人生产安全可靠，ABB公司用电子限位开关（EPS）取代了机械式限位开关。采用EPS只是在机器人的软件设置上有此功能，这样EPS就不存在被弄脏的危险，也不需要进行维修保养。

图3  两台IRB 1600型工业机器人正在进行加工工件的最后清洗作业，包括清洗残留的润滑油和刨屑

Albert Handtmann铸铁厂的机器设备外壳加工线布置有3台机器人和4个加工中心。该作业线由一个安全可靠的装置进行中央控制，有8个通往作业线的装货滑门。当机器人正在为某个BAZ输送或运离工件时，作业线上的工作人员通往BAZ的路就会被阻挡。因此当工作人员在BAZ时，机器人就会得到相应的信号，从而被关闭。在加工中心侧门处于开启状态时，机器人不可能从其上方进入。除布置在机器人上，这种EPS还有其他用途。

这种输送和运离加工工件的机器人是布置在加工中心里或加工机器设备上方的，因此还具备以下优点：

由于垂直布局，因此在流水线上占位特别小；

由机器人从作业线上方为加工中心和清洗设备输送加工工件，因此在生产加工车间里不需要为专门输送加工工件预留出位置；

作业线加工保养时，工作人员可直接接触机器，便于作业。

抓斗式门架升降机器人提高加工线的使用效率

在机器设备外壳加工任务不饱和时，BAZ还可用来加工其他工件。此时，BAZ可脱离机器人而单独进行加工作业。例如，Albert Handtmann 铸铁厂的第三个BAZ在加工任务不饱满时便脱离机器人单独使用。这样便提高了加工作业线的使用效率，提高了生产设备的灵活性。

Albert Handtmann 铸铁厂的加工线和机器人适用于加工机器设备外壳，也可以用来加工其他工件，加工工件的数量不限，灵活性达到了最佳化。此外，该作业线可加工各种类型的工件，适用范围广。机器人可根据不同的加工工件的具体需要选用不同类型的抓斗，且更换抓斗也同样实现了自动化。