一種上下料提升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

陳建芳，王 妮，徐少帥，王 凱，晁春亮

（秦川集團(tuán)（西安）技術(shù)研究院有限公司，西安 710018）

0 引言

在機(jī)床智能化發(fā)展的形勢(shì)下，市場(chǎng)對(duì)于設(shè)備的自動(dòng)化集成程度要求越來(lái)越高。隨著人工成本的不斷上升，以及原材料價(jià)格的上漲等，人工作業(yè)的效率低，以及存在人工操作失誤等不可控因素的存在，致使產(chǎn)品的合格率具有很大的隨機(jī)性，加之繁重的生產(chǎn)任務(wù)和較大的勞動(dòng)強(qiáng)度，亦會(huì)導(dǎo)致零件的生產(chǎn)節(jié)拍受到很大的影響，嚴(yán)重的還會(huì)拖延產(chǎn)品的生產(chǎn)進(jìn)度及交付期，帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)損失，不利于提升產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力[1-3]。高端數(shù)控機(jī)床是裝備制造業(yè)的重要工作母機(jī)，是中國(guó)發(fā)展智能制造的五類關(guān)鍵技術(shù)之一，裝備制造業(yè)的發(fā)展起到了關(guān)鍵性作用，機(jī)床企業(yè)更好地提升數(shù)控機(jī)床的智能化程度，為智能化生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)?！吨袊?guó)制造2025》將數(shù)控滾齒機(jī)和基礎(chǔ)制造裝備行業(yè)列入中國(guó)制造業(yè)的戰(zhàn)略必爭(zhēng)領(lǐng)域之一，加快發(fā)展智能機(jī)床，是實(shí)施這一規(guī)劃，打造制造強(qiáng)國(guó)的關(guān)鍵和基礎(chǔ)，高速、高效數(shù)控滾齒機(jī)的研制已成為近幾年滾齒設(shè)備制造技術(shù)研究的重點(diǎn)。

由于齒輪品種規(guī)格繁多，使用量大面廣，齒輪的生產(chǎn)制造在裝備制造業(yè)中占有十分重要的地位[4]，因此對(duì)于滾齒機(jī)的高速、高效高精度以及自動(dòng)化智能制造的要求也越來(lái)越明確。為了節(jié)省人力，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，加工節(jié)拍的日益提高，可在數(shù)控滾齒機(jī)上增加上下料的自動(dòng)提升裝置，用自動(dòng)上下工件的方式來(lái)排除掉人為因素，替代原有的人工操作，使整個(gè)過(guò)程可控制，所以有必要開發(fā)自動(dòng)上下工件的裝置來(lái)滿足齒輪滾切加工設(shè)備的生產(chǎn)節(jié)拍[5]。

本文自主設(shè)計(jì)制造的上下料提升機(jī)構(gòu)，目前用于數(shù)控滾齒機(jī)自動(dòng)上下工件。在批量滾切加工軸齒、盤齒、雙聯(lián)齒或者多聯(lián)齒輪、花鍵齒輪等不同類型工件時(shí)，均可適用，能夠滿足批量生產(chǎn)的加工節(jié)拍，降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)高效自動(dòng)化控制。該機(jī)構(gòu)可適用于自動(dòng)化行業(yè)物料傳送和其它機(jī)械加工設(shè)備作為選配的功能部件，也可用于金屬切削加工工件的自動(dòng)運(yùn)送。

1 提升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)具有運(yùn)送工件上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，位置可靠、平穩(wěn)、行程到位自動(dòng)檢測(cè)、行程可調(diào)、物料在位檢測(cè)等功能及特點(diǎn)。運(yùn)送工件到位后，等待機(jī)械手爪抓取工件后進(jìn)行滾齒加工。同時(shí)，在工件加工完成后，機(jī)械手爪將加工后的工件抓取并旋轉(zhuǎn)到上料區(qū)，通過(guò)該機(jī)構(gòu)將工件運(yùn)送到下料區(qū)，等待工件被抓取，離開下料區(qū)，從而完成從上料到加工結(jié)束后下料的整個(gè)工件運(yùn)送過(guò)程。

在設(shè)計(jì)上下料提升機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)考慮加工件的規(guī)格大小、軸類工件的長(zhǎng)度、工件材質(zhì)以及生產(chǎn)加工節(jié)拍等因素。該提升機(jī)構(gòu)是供機(jī)床YK3132 數(shù)控滾齒機(jī)配套使用，所設(shè)計(jì)的提升機(jī)構(gòu)最大運(yùn)送齒輪工件直徑320 mm，最高提升行程300 mm。同時(shí)要保證設(shè)計(jì)的提升機(jī)構(gòu)能滿足快速移動(dòng)，提升平穩(wěn)、快速移動(dòng)速度可達(dá)5 m/min 以上；定位準(zhǔn)確、可靠，定位精度1 mm內(nèi)，重復(fù)定位精度1.5～2 mm，通過(guò)調(diào)節(jié)外置傳感器位置也可提高，使工件準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)位置。通過(guò)這些設(shè)計(jì)要求，該提升機(jī)構(gòu)最終整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1 所示。

圖1 上下料提升機(jī)構(gòu)三維結(jié)構(gòu)圖

2 工作原理

該上下料提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的是豎直運(yùn)送工件的工作狀態(tài)，托盤部分整體部分上升（下降）是依靠一個(gè)平面三點(diǎn)定位支撐，其中，驅(qū)動(dòng)軸和兩個(gè)導(dǎo)向桿2 在平面上成三角形位置布置，來(lái)保證豎直移動(dòng)部件的平穩(wěn)性。該結(jié)構(gòu)上下行程設(shè)計(jì)為300 mm，氣缸3 作為驅(qū)動(dòng)源，氣缸配有上下運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向柱，來(lái)保證移動(dòng)部件在移動(dòng)過(guò)程中的對(duì)中精度；由于導(dǎo)向桿2 作連續(xù)的往返運(yùn)動(dòng)，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)考慮了發(fā)熱以及磨損，為此增加黃銅材質(zhì)的導(dǎo)向套筒4，來(lái)減少上下反復(fù)移動(dòng)對(duì)導(dǎo)向桿表面產(chǎn)生的磨損。行程到位的檢測(cè)設(shè)計(jì)有電感式傳感器8，來(lái)反饋是否到達(dá)設(shè)定的位置；氣缸的接近開關(guān)9 是保證氣缸移動(dòng)到實(shí)際要求的位置；上下行程到位均配有緩沖裝置，保證工件及托盤移動(dòng)部件到達(dá)要求位置前有減緩作用。

另外，本機(jī)構(gòu)運(yùn)送的工件可能是盤齒和軸齒兩大類，需要設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的工件托座6，針對(duì)不同的工件類型，該托座是要可更換的。根據(jù)具體的工件設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的托座，托座一般設(shè)計(jì)為尼龍材質(zhì)，主要以防止與鋼制材質(zhì)工件相互間產(chǎn)生碰撞，以免損傷工件表面。對(duì)于盤齒類工件，如果只是工件直徑的不同，僅需要考慮物料傳感器的安裝位置。所以工件托座上設(shè)計(jì)的傳感器安裝位置左右是需要調(diào)整的，以滿足不同規(guī)格的工件。

該機(jī)構(gòu)目前用在濕式滾齒機(jī)床上，由于加工后的工件從加工區(qū)被機(jī)械手爪抓取后轉(zhuǎn)到非加工區(qū)，進(jìn)行下料過(guò)程中，可能會(huì)帶有殘余切削液，因此在12接油盤上設(shè)計(jì)有油管接頭，以便于冷卻液堆積后的排出。如果對(duì)于干式滾齒機(jī)床，該油管接口可用油塞塞住。此處結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是考慮到上下料提升機(jī)構(gòu)在兩種設(shè)備中都可通用。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)

該自動(dòng)上下料裝置結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)便，設(shè)置有自動(dòng)檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)，針對(duì)不同的工況或運(yùn)行狀態(tài)設(shè)有信號(hào)反饋，檢測(cè)運(yùn)送工件是否到位的準(zhǔn)確反饋；若出現(xiàn)故障時(shí)報(bào)警語(yǔ)句將出現(xiàn)在數(shù)控系統(tǒng)界面上，便于操作人員及時(shí)查找問題，解決問題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)加工生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制需求?？蛇m用上下料工件規(guī)格范圍較大，裝置可適用于其他切削機(jī)床上，模塊化集成。

4 機(jī)構(gòu)使用情況

該提升機(jī)構(gòu)在機(jī)床設(shè)備上實(shí)際安裝及現(xiàn)場(chǎng)使用見圖2。現(xiàn)場(chǎng)使用運(yùn)行平穩(wěn)、效果良好，能穩(wěn)定可靠地將工件提升或者下落到目標(biāo)位置。配有該提升機(jī)構(gòu)的滾齒機(jī)設(shè)備在客戶現(xiàn)場(chǎng)與其它工序的設(shè)備已連入自動(dòng)生產(chǎn)線，使用機(jī)器人將工件放入托盤或者從托盤上抓取工件。在高強(qiáng)度的生產(chǎn)任務(wù)和高速加工節(jié)拍的要求下，能夠降低工人勞力，可完全借助機(jī)器人將待加工件上料到提升機(jī)構(gòu)的托盤或者抓取加工后的工件實(shí)現(xiàn)下料。

圖2 提升機(jī)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)使用情況

5 結(jié)束語(yǔ)

該上下料提升結(jié)構(gòu)也可應(yīng)用到其它設(shè)備的物料（工件）自動(dòng)化的運(yùn)送，為后續(xù)機(jī)械手爪的在位抓取提供方便，具有較好的可移植性。在滿足具體的行程要求下，只需要更換相應(yīng)的底座零件，以及工件托座，就能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的模塊化遷移使用。因此該機(jī)構(gòu)在配套使用時(shí)，能滿足不同規(guī)格的設(shè)備相互間的差異，通用性較強(qiáng)，節(jié)省了設(shè)計(jì)周期，節(jié)約了開發(fā)成本，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)上下料的功能，能夠滿足當(dāng)下智能制造、智能生產(chǎn)的自動(dòng)化集成需求。