刮板上料夾具的研制

謝森琪,王 哲，田大肥

(寧夏天地奔牛實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，寧夏 石嘴山 753001)

0 引言

刮板上料是刮板淬火工作的重要環(huán)節(jié)，刮板夾具能夠完成各種型號(hào)刮板的夾取，是實(shí)現(xiàn)刮板自動(dòng)上料的重要條件。針對(duì)刮板來(lái)料狀態(tài)、各型號(hào)刮板外形特征、刮板上料狀態(tài)等上料需求，研制一款可適用于多種型號(hào)、多種碼放方式的刮板夾具，是實(shí)現(xiàn)刮板自動(dòng)上料的首要任務(wù)。本文在分析刮板來(lái)料狀態(tài)和夾具需求的基礎(chǔ)上，對(duì)夾具結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1 刮板上料需求

1.1 刮板來(lái)料狀態(tài)

刮板作為刮板輸送機(jī)主要零件，型號(hào)多，質(zhì)量重，寧夏天地奔牛實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司現(xiàn)主要生產(chǎn)刮板型號(hào)有8種，刮板質(zhì)量從60 kg到160 kg不等，部分不常用型號(hào)刮板質(zhì)量可達(dá)200 kg、長(zhǎng)度達(dá)1.6 m以上。

刮板的來(lái)料狀態(tài)通常是：通過(guò)人工把刮板碼放成6層，每層4個(gè)，相鄰兩層刮板橫豎交替。此碼放方式可保證刮板在碼放、存儲(chǔ)、運(yùn)輸過(guò)程中的牢固性和安全性。

1.2 各型號(hào)刮板外形特征

筆者通過(guò)對(duì)多種常用刮板型號(hào)對(duì)比，選出了兩種具有代表性的刮板型號(hào)，分別為TS123和TS129。這兩種刮板外形有如下共同點(diǎn)：①刮板兩側(cè)有斧頭；②刮板外形左右對(duì)稱；③刮板外側(cè)斧頭相較于內(nèi)側(cè)有明顯臺(tái)階。兩種型號(hào)刮板外形特征分別如圖1、圖2所示。

圖1 TS123刮板外形特征示意圖

圖2 TS129刮板外形特征示意圖

1.3 刮板來(lái)料碼放方式

TS123刮板來(lái)料碼放方式有如下特點(diǎn)：①刮板垛碼放共6層；②刮板垛最下面一層正面朝上，其余各層均是側(cè)面朝上；③刮板垛側(cè)放的刮板層，刮板均是兩兩相對(duì)擺放。

TS129刮板來(lái)料碼放方式有如下特點(diǎn)：①刮板垛碼放共6層；②刮板垛最下面一層正面朝上，第二層側(cè)放，依次交替堆疊；③刮板垛側(cè)放的刮板層，刮板擺放均是朝一個(gè)方向。

TS123、TS129刮板碼垛方式分別如圖3、圖4所示。

圖3 TS123刮板垛碼放示意圖

圖4 TS129刮板垛碼放示意圖

1.4 刮板上料要求

各種型號(hào)刮板放料方式統(tǒng)一，具體要求如下：①刮板要求正面朝上；②刮板中心位置與上料點(diǎn)位置重合。

2 刮板夾具方案

2.1 夾具功能需求

根據(jù)對(duì)刮板來(lái)料狀態(tài)及上料需求分析，總結(jié)刮板夾具所需功能如下：

(1)需適用于多種型號(hào)刮板長(zhǎng)度、外形等特征。

(2)需對(duì)來(lái)料刮板垛位置識(shí)別。

(3)對(duì)需要抓取單個(gè)刮板位置識(shí)別。

(4)可對(duì)刮板垛中單個(gè)刮板夾取。

2.2 夾具初步方案

經(jīng)過(guò)對(duì)夾具需求分析，確定夾具方案如下：

(1)采用從刮板兩側(cè)夾持方式。

(2)采用對(duì)稱機(jī)構(gòu)，兩側(cè)夾爪可對(duì)稱收縮。

2.3 智能識(shí)別方案

夾具對(duì)刮板位置識(shí)別的要求主要包括：刮板中心水平面X、Y坐標(biāo)值，刮板Z軸高度坐標(biāo)值。通過(guò)需求分析，確定刮板智能識(shí)別方案如下:

(1)刮板智能識(shí)別采用二維智能相機(jī)+位移傳感器組合的方式。

(2)智能相機(jī)主要檢測(cè)刮板以下信息：刮板中心水平面X、Y坐標(biāo)值，刮板相對(duì)于X、Y基準(zhǔn)線偏轉(zhuǎn)角度，刮板正放、側(cè)放狀態(tài)等。

(3)檢測(cè)刮板Z軸高度坐標(biāo)值，根據(jù)碼垛層數(shù)及刮板尺寸計(jì)算出安全區(qū)間。夾具在Z軸方向先運(yùn)行至安全數(shù)值，然后通過(guò)位移傳感器檢測(cè)夾具與刮板距離確定Z軸抓取坐標(biāo)值。

3 刮板夾具結(jié)構(gòu)

刮板夾具結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。

圖5 刮板夾具結(jié)構(gòu)示意圖

刮板夾具由夾具框架、兩側(cè)夾爪、伸縮機(jī)構(gòu)、防護(hù)機(jī)構(gòu)、刮板識(shí)別5部分組成。

框架采用鋁型材為結(jié)構(gòu)主體，使用型材專用連接螺栓，使框架結(jié)構(gòu)整體牢固、整潔，且安裝、調(diào)試方便。

夾爪采用兩側(cè)對(duì)稱式結(jié)構(gòu)，夾爪底板可插入刮板上下層之間縫隙，以托起刮板。

伸縮機(jī)構(gòu)以步進(jìn)電機(jī)為動(dòng)力，通過(guò)左旋、右旋滾珠絲杠結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)兩側(cè)夾爪的同步伸縮，以適用于不同型號(hào)刮板尺寸需求。

刮板防護(hù)機(jī)構(gòu)采用張開(kāi)角度為90°的夾緊氣缸為動(dòng)力元件，通過(guò)夾緊氣缸閉合，擋住刮板防止刮板脫落。

刮板識(shí)別采用智能相機(jī)+激光位移傳感器結(jié)合方式，智能相機(jī)識(shí)別刮板X、Y軸平面坐標(biāo)位置，夾具根據(jù)X、Y軸坐標(biāo)運(yùn)行至刮板正上方，Z軸方向通過(guò)激光位移傳感器反饋夾具與刮板實(shí)際間距，以實(shí)現(xiàn)刮板精確抓取。

4 夾具工作方式

夾具識(shí)別并夾取刮板流程如下：

(1)夾具回零點(diǎn)，兩側(cè)夾爪張開(kāi)狀態(tài)。

(2)智能相機(jī)檢測(cè)確定刮板平面坐標(biāo)。

(3)夾具沿Z軸方向下降，位移傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并反饋夾具與刮板高度差。

(4)位移傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)到達(dá)計(jì)算值，Z軸到達(dá)抓取位置。

(5)兩側(cè)夾爪收縮，完成刮板夾取動(dòng)作。

(6)夾具提升，防護(hù)機(jī)構(gòu)閉合。

(7)夾具移載刮板至指定位置。

5 使用效果及社會(huì)效益

刮板上料夾具的投產(chǎn)，解決了刮板淬火線自動(dòng)上料的問(wèn)題。夾具可適用于不同型號(hào)的刮板來(lái)料，能夠迅速識(shí)別刮板位置、刮板狀態(tài)并精確定位，以完成刮板的自動(dòng)抓取動(dòng)作。采用對(duì)稱伸縮式夾爪結(jié)構(gòu)，能快速改變夾爪間距以完成夾具取放料和刮板型號(hào)更換等工作，使刮板自動(dòng)上料更簡(jiǎn)單、便捷。防護(hù)機(jī)構(gòu)可根據(jù)刮板夾取狀態(tài)張開(kāi)或閉合，保證了夾具在夾取、移載刮板過(guò)程中對(duì)刮板的防護(hù)作用，以實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

同時(shí)本夾具也可適用于齒軌等其他非標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)零件的自動(dòng)上下料工作，能夠有效地提高車間生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度，可以與桁架機(jī)器人、關(guān)節(jié)機(jī)器人等設(shè)備對(duì)接，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的自動(dòng)化、智能化。

6 結(jié)語(yǔ)

刮板夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使其可適用于多種型號(hào)刮板的位置檢測(cè)、抓取、移載、翻轉(zhuǎn)等上料動(dòng)作。相較于人工上料，自動(dòng)夾具上料更安全、可靠，同時(shí)刮板上料位置統(tǒng)一，刮板淬火質(zhì)量提高，對(duì)淬火線的自動(dòng)化生產(chǎn)起到了積極的促進(jìn)作用。