汽车制造商改变齿轮而不改变抓手

为了满足全球制造业灵活性的需求，世界最大的汽车制造商之一最近选择了位于密歇根州德克斯特的摩尔控制公司。，提供一种新的材料处理系统，以服务于自动化传动制造，通过各种制造单元运输工件，从将钢毛坯变成成品齿轮开始进一步组装。

为了满足处理多个部件而不出现混淆或错误的需求，同时也为了避免与更换相关的昂贵停机时间，Moore设计了一种创新的、具有成本效益的解决方案，该解决方案结合了基于伺服的电动夹具，以实现灵活性和准确性，而使用其他任何方法都要昂贵得多，而且非常不切实际。

灵活性的挑战

Moore Controls总裁Steve Moore表示:“传统的齿轮处理系统专注于单个部件的长时间运行。“转换是耗时、劳动密集型的，并影响了整体吞吐量。当今全球市场的需求要求汽车制造商寻求一种能够灵活处理更多部件的系统，但不需要传统硬自动化系统的额外工具和转换时间。”

新一代解决方案需要适应生产线上的各种应用，以及全球范围内自动化和人工劳动水平不同的各种工厂安装。因此，早期的目标是采用可以在全球范围内维护的现成产品和系统。

虽然一些技术和组件将成为整个系统的一部分，但找到合适的夹持器是一个直接而关键的挑战。抓手需要是多用途的，以挑选和运输多个零件。夹紧系统必须验证所使用的部件是否正确。夹持器必须处理10个尺寸在30毫米到50毫米之间的齿轮，它们之间的差异低至0.5毫米。为了达到高生产率，传统的解决方案，改变夹具处理每个新的齿轮尺寸不是一个选择;一个扣人心弦的解决方案必须做到这一切。

电动抓手端部转换

为了满足选择和测量正确零件的最关键挑战，Moore从汽车制造商的首选供应商那里选择了一款夹具模型。平行的，两指夹持器使用一个24 V直流电动机和一个编码器设计用于电气控制。

夹持器以各种方式安装在龙门架、机器人和模块化框架上，可适用于每个制造单元。每个模块单元至少使用两个夹持器组件，有些单元有多达五个夹持器;一个完整的材料处理线的集成，自动化站使用数百个夹具。(关于摩尔的柔性自动化系统，请参见下文。)

在涉及这些站的最常见应用中，或摩尔所说的“柔性自动化单元”，夹持器安装在标准气动组件上:用于水平和垂直部件旋转的ISO气缸;阀门终端;以及空气准备部件。两组夹持器安装在气缸上。它们彼此之间呈90度方向，这样当一个夹持器夹紧齿轮的外径(O.D.)时，另一个夹持器就会旋转到位，准备挑选下一个齿轮，以实现更稳定、更高效的操作。当夹具夹在每个齿轮的外径上时，它们精确地测量齿轮的直径，并拒绝任何错误的尺寸，并可能在加载过程中由手动操作人员引入。

为了根据编码器反馈测量和识别每个齿轮，夹持器使用带有伺服电机和可编程逻辑控制器(plc)管理的滚珠丝杠的电动控制。这是由电机控制器在每个单元完成的，通过Profibus网络使用ProfiSafe机器安全协议直接与PLC通信。PLC计算抓取器手指的绝对位置，并发送直接命令来抓取和测量每个部分。

这种控制策略具有不依赖模拟信号或数字接近传感器反馈的技术优势。具体来说，该策略提供了完整的闭环伺服控制和实际编码器反馈，提供了“无限的定位可能性”。整体解决方案是由气动组件支持的机电夹持器的混合，在标准控制组件的使用上是统一的。除此之外，这些组件还包括一个模块化I/O系统，设计用于现场总线网络与电气和气动控制，以及一个I/O阀终端接口。

轻松集成

Moore Controls在统一控制架构中串联气动电动夹具的应用:

• 与其他设备以及人工操作集成良好
• 通过与夹具集成的精确测量和控制，提供质量控制，缺陷排除和生产力
• 消除了半自动化环境中人为错误的风险，以防止潜在的昂贵的设备损坏和停机时间
• 提供了无与伦比的灵活性，消除了停机时间的主要来源。由于手指的移动、设计几何和控制策略的能力，一套夹持器现在可以处理10个齿轮
• 建立在电力和气动驱动和控制的优势和效率。

在灵活性方面，整体解决方案与传统的夹持器策略形成鲜明对比，传统的夹持器策略需要花费一个小时或更长时间在每个单元上更换夹持器手指，每次要制造不同的齿轮。

Moore表示:“从固有设计到所选择的特定组件，该系统的灵活性提供了比汽车制造商在齿轮制造过程中习惯的更低成本的自动化解决方案。”Moore Controls首次使用电动夹具的另一个好处是，OEM团队获得了更多的新控制策略，这“可能会为我们设计和制造的其他应用、其他类型的机器开辟新的思路。对我来说，这很重要;它拓宽了我们工程师的视野。”

全球发货开始

2012年，Moore Controls完成了59个柔性自动化单元的设计。其中18个是在法国的一个设施，该设施为欧洲市场提供传输。剩下的41台将运往中国，该公司正在扩建一家工厂，为亚太市场生产所有变速箱。

2012年8月，前两套设备运往法国，目前正在整合到一条新生产线中。中国将在2013年第一季度收到第一批货物。所有59个自动化单元的目标是在2013年第二季度完成。

据参与其中的一名经销商表示，这家汽车制造商对结果感到满意。摩尔补充说，该项目已经带来了“相当多”的增长，并使他的公司接触到更广泛的机床制造商网络，这可能会带来更多的新商机。

灵活的自动化系统

通过与通用汽车的合作，摩尔控制公司开发了一种灵活的自动化系统设计，该系统基于模块化单元，可在每个指定工厂组装成生产线。该设计由一个框架组成，特定的机械，气动和电气组件安装在齿轮制造过程中的每个步骤中加载和卸载部件。

该系统适应自动化和人工操作的混合，从与托盘输送机集成到自动化加工。

通常情况下，操作人员将工件从托盘装载到剑状杆或“串”上。这些，反过来，装载到托盘输送机，以创建进给部分缓冲区。串，安装在300毫米x 500毫米铝板，旅行到自动化单元。在那里，夹持器使用两轴拾取和放置龙门或六轴机器人将每个工件拾取和定位到自动加工单元中。出口零件被放置到缓冲托盘输送串。

然后，操作人员手动将加工好的工件放回传送带上，进行下一道加工工序。第一个过程是滚齿，从钢坯的外径切割齿轮齿。这是随后的过程(和灵活的自动化单元)的磨削，内径的珩磨，以及通过完成成品齿轮的六个以上的附加动作。

Bryan Morehouse是Festo的汽车工业项目工程师。由CFE Media内容经理马克·t·霍斯克编辑，控制工程，设备工程,Consulting-Specifying工程师,mhoske@cfemedia.com。

关键概念

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费斯托是相2015年3月5日会员

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