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摘要：幕墻加工桁架式機器人自動流水線，是針對幕墻零部件加工而設計的專用流水線，主要完成幕墻型材切割、銑削、端面加工等工序，加工過程全部自動完成。流水線通過計算機編程，程序控制，每個加工工序的零件轉運，通過流水線機手臂自動轉運，減少人工搬運和機床加工的準備時間，提高了加工精度和產品質量，為企業MES系統實現提供軟硬件準備，實現幕墻加工自動化和智能化。
關健詞：幕墻加工流水線;智能機器人;幕墻加工設備
1、前言
建筑幕墻作為建筑物外裝結構，框架構造采用鋁型材作為主要材料，使用不同的裝飾風格，滿足建筑物外裝的需求，以達到保護建筑物進行裝飾造型，實現保溫、隔熱、遮風擋雨的建筑功能。近幾年從單元式幕墻、雙層幕墻大力發展，逐步形成光伏幕墻、遮陽板幕墻、生態幕墻、智能幕墻、裝配式幕墻等多樣式幕墻，每年在中國有近3000億元幕墻的生產產值，形成以大企業規模化生產，追求高質量快速施工的幕墻生產模式。在這大背景情況下，迫使幕墻企業適應市場需求，提供高品質、高效率的生產模式，幕墻加工采用桁架機器人自動流水線應運而生。幕墻自動組裝流水線、施工現場單元幕墻（詞條“單元幕墻”由行業大百科提供）輔助安裝機器人等智能化生產機器也將會得到大力發展。
2、機器人流水線主要功能
幕墻加工的機器人自動流水線，從結構上分有關節機器人和桁架機器人，幕墻材料主要是細長桿，適用桁架機器人，保證定位準確，移動方便，操作簡單快捷，還具有加工過程可控，可提供一個安全整潔的生產環境。
幕墻桁架機器人自動流水線，主要由切割工序，銑削工序，端面加工工序，機器手自動移動工件，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，各執行機構使用無線傳輸信號，快速準確，將為企業未來使用MES系統提供硬件準備。
這條流水線采用靈活的操作模式，可整條線聯動，也可各加工設備獨立操作，為企業提供不同加工模式的選擇。
在當前疫情后人工資源緊張的條件下，使用整條流水線可以節省8個人左右，整條線只需2人操作，可為企業節省人工成本的支出，勞動生產率也得到提高，每天8小時可生產近100多根標準幕墻料。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對話，每更換一種型材截面的加工，編程時間可在30分鐘內完成，大大縮短了生產準備時間，提高流水線的有效加工時間。
軟件的學習人員只需高中文化程度就可以掌握，方便操作人員使用。
幕墻桁架機器人流水線，是由計算機、信號采集、系統計算、加工程序編程、執行機構及各種輔助裝置組成，通過標準的運行程序保證加工過程的準確性和一致性，對幕墻產品的質量起到重要的技術保證。
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，同時還要完成型材的端面加工。傳統加工模式，主要使用單工位的專用設備加工，每道工序之間需要人工轉運型材，生產效率很低，勞動強度（詞條“強度”由行業大百科提供）高。桁架式機器人自動流水線，使整個加工工藝流程連成一個整體，從進料端輸入型材，中間由機械手自動轉運型材到各個工序位置，加工完成后自動輸出成品幕墻零件。
4、主要機械結構和控制系統
桁架機器人流水線機械結構主要分為二大部件：桁架和機械手。桁架主要由立柱、橫梁、導軌和輔助支承結構組成，材料采用結構鋼焊接和螺接組合方式，保證機械手在運動過程中穩定。機械手主要完成抓取型材，可完成X,Y,Z直線坐標行走，并可A軸方向180度旋轉，電驅動電機通過減速器運動，減速器采用本公司發明的高精度行星減速器(專利號;ZL2015 0520658X)，保證機械手準確抓取型材，高傳動精度的行星減速機，包括太陽輪、行星架、多個行星輪和齒圈，每個行星輪分別安裝在一個行星輪軸上，多個行星輪分別與齒圈相嚙合，行星架包括剛性骨架，剛性骨架上環繞齒圈的中心均布地設有多個行星輪軸安置孔或多個行星輪軸安置槽，每個行星輪軸安置孔或行星輪軸安置槽內分別設有一個撓性桿，每個撓性桿分別與對應的行星輪軸安置孔或行星輪軸安置槽的內壁固定相連，每個行星輪軸分別安裝在一個撓性桿上，全部撓性桿環繞行星架的中心設置，每個撓性桿分別可沿行星架的徑向調整位置。因幕墻型材表面光滑、異型、且重量重的特點，在機械手設計時增加杠桿結構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，保證在停電時型材不會移動和脫落，保護操作人員安全。
幕墻型材加工一般細長桿零件，適用于桁架機器人流水線，從工位來看可組成多工位加工，采用桁架機器人流水線主要幾方面優點：
4.1.采用高強度結構，整體強度高，不易振動搖晃，運動機構采用直線軸承（詞條“軸承”由行業大百科提供），承載能力強，運行精度高。
4.2. 安裝調整要求低，相比繁雜的關節機器人，編程軌跡操作人員容易理解，操作簡單。
4.3. 系統采用閉環設計，實時檢測機械手系統位置與實際位置相符合，隨時保證Z軸機械鎖死，防止發生安全事故。
4.4. 桁架機器人手臂運行為直線坐標，不用計算關節機器人旋轉半徑的軌道，可節省占地空間。桁架機械手，包括桁架機械手支承框架、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行走梁可沿桁架機械手支承框架的Y軸方向滑動;Z軸行走柱和Y2行走梁連接，Z軸行走柱可沿桁架機械手支承框架的Z軸方向滑動;Y1行走梁可沿桁架機械手支承框架的Y軸方向滑動;X軸行走梁架和Y2行走梁連接，X軸行走梁架可沿桁架機械手支承框架的X軸方向滑動;Z軸行走柱的底部安裝掛架;掛架上安裝多組抓取組件;轉軸支架固定在掛架上;轉軸支架上安裝轉軸旋轉組件，轉軸旋轉組件驅動掛架沿桁架機械手支承框架的A軸旋轉。
4.5. 桁架機器人流水線，運行精度高，重復定位精度可達到0.05mm，比同重載的關節機器人精度更勝一籌。流水線包括桁架、多個桁架機械手和多個加工工位;相鄰兩個加工工位之間設置一個桁架機械手;桁架機械手和每個加工工位分別連接一個控制模塊;桁架機械手安裝在桁架上，且桁架機械手在桁架上滑動;多個加工工位包括切割工位、鉆孔工位和端銑工位;桁架機械手和加工工位均包括控制電機和邏輯檢測開關;控制模塊用于接收邏輯檢測開關的信號來控制控制電機。自動化流水線一般由多個模塊式的工作單元組成。每個工作單元的電氣控制板上都配備有一個控制器，分別控制每一個工作單元的執行功能。在各個單元之間一般通過網絡通信線路連接起來。流水線中的各個單元可自成一個獨立的系統運行，同時也可以通過網絡互聯構成一個分布式的整機控制系統運行。此時，各個運行設備之間能自動協調工作，實現整條加工流水線統一控制，同時也可保障各工序獨立運行。實現了自動化生產線整機穩定有序地運行。整個流水線采用德國倍福控制器，通過主機計算機通用局域網絡傳送信號，同時各運動點反饋信號給計算機，實現閉環控制，在操作界面采用人機圖形對話，便于操作人員編制程序，在機械手運行調試時可采用仿真自動編程，能快速編制機械手運行軌跡，節省換料過程中準備時間，一般操作人員可在半小時左右完成一個新的程序，在實際使用過程中得到用戶的肯定。
5、實踐
2019年公司與無錫恒尚裝飾工程有限公司聯合開發的加工桁架式機器人自動流水線生產線，于2020年中在無錫恒尚新廠正式投入使用，并申請多項國家發明和實用型專利,開始使用過程中大家普遍關心幾點問題：
5.1， 機器人流水線是否方便編程，更換料時重新編程需要多長時間?
5.2，生產過程中是否安全可靠，是否有保護措施?
5.3，生產效率是否比傳統加工方式提高?
在實際使用過程中得到肯定，新編程的加工程序一般在30分鐘內完成，人員從原10人壓縮到2人。一條生產線從原單班生產80根左右，可提升到100~160根標準型材。
每年可為企業節省大量人力成本，降低人工成本達60%左右，場地也得到充分利用，產品質量得到保障，產能也上升近30%左右，實踐證明自動化智能化是現代大型企業必然選擇的生產模式。
6、結論
幕墻加工桁架式機器人自動流水線，采用現代計算機網絡技術，為企業完成技術升級改造，完善MES系統的管理，提供有力的技術支持。未來幕墻加工生產過程，采用桁架機器人流水線，自動組裝流水線及現場施工安裝機器人等智能設備，必將使幕墻生產和安裝更加自動化，更加智能化，逐步形成新一代幕墻生產模式。
