軸承套圈自動(dòng)化雙夾具上下料輸送線平臺(tái)設(shè)計(jì)

段 建， 王 偉， 許曉東

（揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 江蘇 揚(yáng)州 225127）

0 引言

在生產(chǎn)一線進(jìn)行軸承套圈的加工過程中， 需要不斷進(jìn)行軸承套圈的上下料操作， 以方便加工平臺(tái)能持續(xù)進(jìn)行加工。以軸承套圈的冷擠壓成型為例：在執(zhí)行冷擠壓之前，需要將待擠壓坯件放入擠壓模中（上料）；在執(zhí)行冷擠壓之后， 需要將成型的軸承套圈從而擠壓模中取出 （下料）。 然而在傳統(tǒng)加工中，軸承套圈的上下料操作大多依賴于人工完成，存在加工效率低，加工安全性差等問題。針對(duì)該問題， 生產(chǎn)中提出利用機(jī)械手代替人工進(jìn)行上下料操作的方式， 但是現(xiàn)有的機(jī)械手設(shè)備大多需要靠氣體或是液壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因此需要設(shè)置額外的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，導(dǎo)致生產(chǎn)成本大大增加；另外，在進(jìn)行多個(gè)軸承套圈的同步傳送時(shí)，現(xiàn)有機(jī)械手難以準(zhǔn)確進(jìn)行一個(gè)軸承套圈的抓取，由此還存在上下料失誤率較大的問題[1-3]。 筆者結(jié)合多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)， 設(shè)計(jì)了一種軸承套圈自動(dòng)化雙夾具上下料輸送線可有效解決這些痛點(diǎn)問題。

1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

軸承套圈自動(dòng)化雙夾具上下料輸送線整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要由導(dǎo)料裝置、加工盤、出料帶和夾具組件等部分組成，如圖1 所示。 導(dǎo)料裝置包括持續(xù)進(jìn)料的進(jìn)料帶、持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)料盤組件和持續(xù)送料的導(dǎo)料帶； 進(jìn)料帶與導(dǎo)料帶垂直配合，且進(jìn)料帶以導(dǎo)料盤組件為終點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)料，導(dǎo)料帶以導(dǎo)料盤組件為起點(diǎn)進(jìn)行送料；導(dǎo)料盤組件每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，將進(jìn)料帶上的一個(gè)軸承套圈導(dǎo)送至導(dǎo)料帶上，且導(dǎo)料盤組件與進(jìn)料帶配合進(jìn)料時(shí)，為導(dǎo)料盤組件的轉(zhuǎn)動(dòng)起點(diǎn)；加工盤上對(duì)稱設(shè)有加工位和卸料位；本裝置相比于現(xiàn)有的機(jī)械手而言，無需增加額外的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)[4-6]。

圖1 輸送線的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

2 導(dǎo)料裝置設(shè)計(jì)

導(dǎo)料裝置主要用于傳送物料， 主要包括持續(xù)進(jìn)料的進(jìn)料帶、 持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)料盤組件和持續(xù)送料的導(dǎo)料帶，如圖2 所示。導(dǎo)料盤組件包括相互連接的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤通過驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)盤的一側(cè)開設(shè)有僅可容納一個(gè)軸承套圈的槽口； 進(jìn)料帶向?qū)Я媳P組件進(jìn)料時(shí)，槽口朝向進(jìn)料帶，且進(jìn)料帶向槽口內(nèi)導(dǎo)入一個(gè)軸承套圈；導(dǎo)料盤組件向?qū)Я蠋?dǎo)料時(shí)，槽口朝向?qū)Я蠋?，且?dǎo)料帶將槽口內(nèi)的一個(gè)軸承套圈帶出； 在轉(zhuǎn)盤下方設(shè)有固定盤，且固定盤頂部與轉(zhuǎn)盤底部接觸，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸貫穿固定盤，且驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸與固定盤轉(zhuǎn)動(dòng)配合；進(jìn)料帶的進(jìn)料終端和導(dǎo)料帶的導(dǎo)料始端均嵌入于固定盤內(nèi)[7-8]。

圖2 導(dǎo)料裝置結(jié)構(gòu)示意圖

轉(zhuǎn)盤包括半圓形的上盤和下盤， 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸與下盤固定連接，且下盤的中心處嵌入固定有轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的輸出端與上盤連接， 并用于驅(qū)動(dòng)上盤與下盤產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，以調(diào)整槽口尺寸。驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸上套設(shè)固定有同尺寸的第一轉(zhuǎn)輪和第二轉(zhuǎn)輪。

第一轉(zhuǎn)輪的表壁上外凸形成有一個(gè)第一弧形齒條，且第一弧形齒條的長度為1/8 第一轉(zhuǎn)輪弧長； 第二轉(zhuǎn)輪的表壁上外凸形成有兩個(gè)第二弧形齒條， 第二弧形齒條的長度均為1/4 第二轉(zhuǎn)輪弧長， 且兩個(gè)第二弧形齒條一端之間的間隔距離為1/8 第二轉(zhuǎn)輪弧長， 兩個(gè)第二弧形齒條另一端與第一弧形齒條兩端的平面距離均為1/8 第一轉(zhuǎn)輪弧長。

3 加工盤設(shè)計(jì)

加工盤是軸承套圈加工的執(zhí)行部位， 在其上對(duì)稱設(shè)有加工位和卸料位，如圖3 所示。加工盤與導(dǎo)料盤組件之間連接有第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)， 且第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用于在導(dǎo)料盤組件從轉(zhuǎn)動(dòng)角度為180°處轉(zhuǎn)動(dòng)至225°處的過程中帶動(dòng)加工盤轉(zhuǎn)動(dòng)180°，以實(shí)現(xiàn)加工位和卸料位的切換；設(shè)置于加工盤與導(dǎo)料帶之間的出料帶，且三者頂部平齊；出料帶與導(dǎo)料帶平行，且兩者的送料方向相同[9-10]。

圖3 加工盤和夾具組件結(jié)構(gòu)示意圖

4 夾具組件設(shè)計(jì)

夾具組件包括偏心連接的驅(qū)動(dòng)軸和轉(zhuǎn)板，如圖3 所示。 在實(shí)際應(yīng)用中，該驅(qū)動(dòng)軸作為驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)部件，采用與上述驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸相同的原理實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)板的偏心轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)；驅(qū)動(dòng)軸位于加工盤與出料帶之間，轉(zhuǎn)板位于加工盤上方，且轉(zhuǎn)板底部固定有兩個(gè)夾具，兩個(gè)夾具分別為第一夾具和第二夾具， 且第一夾具和第二夾具分別靠近轉(zhuǎn)板的兩端， 以此使得驅(qū)動(dòng)軸在驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)板轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中帶動(dòng)兩個(gè)夾具形成偏心轉(zhuǎn)動(dòng)。夾具組件每偏心轉(zhuǎn)動(dòng)一周，則通過第一夾具將導(dǎo)料帶上的軸承套圈上料至加工盤的加工位處， 通過第二夾具將加工盤卸料位上的軸承套圈下料至出料帶上[11-12]。

為確保裝置的正常工作， 將夾具設(shè)置為被動(dòng)取料的結(jié)構(gòu)形式。 如圖3 所示， 加工盤上的加工位和卸料位處均安裝有用于限定軸承套圈的限位板，其限位板可為用于磁吸限定金屬軸承套圈的永磁板或電磁板，還可為能限定非金屬軸承套圈的負(fù)壓吸板。 夾具包括U 型框和對(duì)稱設(shè)置于U 型框內(nèi)的兩個(gè)夾板， 且每個(gè)夾板與U 型框的內(nèi)壁之間均連接有夾緊彈簧，如圖4（a）所示；在每個(gè)夾板上均設(shè)有兩個(gè)相互配合的導(dǎo)料斜面， 兩個(gè)導(dǎo)料斜面分別為外斜面和內(nèi)斜面， 外斜面長度小于內(nèi)斜面長度，且外斜面與內(nèi)斜面的連接處為外凸結(jié)構(gòu)， 由此方便實(shí)現(xiàn)軸承套圈與夾具的配合或分離。 同時(shí)，如圖3 和圖4 可以看出， 兩個(gè)U 型框的開口方向相同， 且加工盤在執(zhí)行加工位與卸料位的180°轉(zhuǎn)動(dòng)切換時(shí)，卸料位從U 型框的開口側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)切換至加工位[13]。

圖4 夾具組件結(jié)構(gòu)示意圖

5 工作過程分析

5.1 導(dǎo)料盤組件處于轉(zhuǎn)動(dòng)角度為0°的初始位置

整體導(dǎo)料盤組件處于轉(zhuǎn)動(dòng)角度為0°的初始位置，如圖5 所示。 在該位置下，轉(zhuǎn)盤槽口朝向進(jìn)料帶，進(jìn)料帶向轉(zhuǎn)盤的槽口進(jìn)料，且進(jìn)料的同時(shí)，轉(zhuǎn)盤會(huì)在驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸的驅(qū)動(dòng)下形成順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 另外，在該位置下，第二弧形齒條b 的始端與第二齒輪嚙合， 加工位與卸料位的連線垂直于出料帶，第一夾具d 定位于加工位f 處，第二夾具e 定位于出料帶上，實(shí)現(xiàn)雙向下料。 由上可知，在轉(zhuǎn)盤進(jìn)行順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 通過槽口帶動(dòng)完成進(jìn)料的軸承套圈進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，在此過程中通過固定盤對(duì)軸承套圈底部進(jìn)行限定，以實(shí)現(xiàn)軸承套圈的穩(wěn)定導(dǎo)送；另外，還通過第二弧形齒條b與第二齒輪的嚙合會(huì)帶動(dòng)第二齒輪進(jìn)行逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，以此使得第二傳動(dòng)皮帶或第二傳動(dòng)鏈條進(jìn)行逆時(shí)針傳動(dòng)，而在第二傳動(dòng)皮帶或第二傳動(dòng)鏈條中， 設(shè)有與夾具組件的驅(qū)動(dòng)軸進(jìn)行嚙合傳動(dòng)的第二輔助齒輪， 由此使得驅(qū)動(dòng)軸及轉(zhuǎn)板、兩個(gè)夾具形成圖5 中所示的順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖5 整體導(dǎo)料盤組件處于初始位置時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)示意圖

值得說明的是， 該位置下第一夾具d 的U 型框開口朝向轉(zhuǎn)盤所在的反方向， 加工盤上限位板對(duì)軸承套圈產(chǎn)生的限位作用力大于兩個(gè)夾緊彈簧及夾板對(duì)軸承套圈產(chǎn)生的夾緊力，以金屬軸承套圈為例，限位板為磁吸板，則在兩個(gè)夾具順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中， 將第一夾具d 內(nèi)的軸承套圈磁吸限定至加工盤的加工位f 處。

5.2 導(dǎo)料盤組件轉(zhuǎn)動(dòng)90°后的定位位置

在圖5 狀態(tài)下，整體導(dǎo)料盤組件繼續(xù)順時(shí)針90°， 以形成圖6所示狀態(tài)， 即整體導(dǎo)料盤組件順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°后的定位位置。 在該位置下， 轉(zhuǎn)盤槽口朝向?qū)Я蠋В?由此通過導(dǎo)料帶的傳送可將軸承套圈從槽口內(nèi)帶出， 而第二齒輪則嚙合傳動(dòng)至第二弧形齒條b 的終端處。 第二轉(zhuǎn)輪與第二齒輪的傳動(dòng)比為2∶1， 以保證導(dǎo)料盤組件轉(zhuǎn)動(dòng)90°后第二齒輪可轉(zhuǎn)動(dòng)180°。

圖6 導(dǎo)料盤組件順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°后的定位位置示意圖

在形成圖5-圖6 的轉(zhuǎn)動(dòng)后：第一夾具d 按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)至導(dǎo)料帶上， 第二夾具e 按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)至加工盤的卸料位g 處， 且此時(shí)第一夾具d 的U 型框開口朝向轉(zhuǎn)盤， 由此保證軸承套圈從槽口內(nèi)帶出后即可被導(dǎo)送至第一夾具d 內(nèi)。 同時(shí)對(duì)處于加工位f 處的軸承套圈進(jìn)行加工。

5.3 導(dǎo)料盤組件順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)180°后的定位位置

在圖6 狀態(tài)下，整體導(dǎo)料盤組件繼續(xù)順時(shí)針90°，以形成圖7 所示狀態(tài)， 即整體導(dǎo)料盤組件順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)180°后的定位位置。 在形成圖6-圖7 的轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，第一齒輪和第二齒輪均不被驅(qū)動(dòng)， 由此則使得加工盤和夾具組件定位與圖6 的所示位置， 而軸承套圈則在導(dǎo)料帶上導(dǎo)送，以為第一夾具d 的夾取上料提供時(shí)間；值得說明的是， 導(dǎo)料帶與軸承套圈之間產(chǎn)生的摩擦力大于兩個(gè)夾緊彈簧及夾板對(duì)軸承套圈產(chǎn)生的夾緊力， 由此保證軸承套圈在導(dǎo)料帶的導(dǎo)送下能順利卡入第一夾具d 內(nèi)。 在卡入時(shí)，兩個(gè)夾板上的外斜面相互配合，以將軸承套圈準(zhǔn)確導(dǎo)入兩個(gè)夾板之間，而在卡入后，軸承套圈限定于兩個(gè)內(nèi)斜面之間。在圖7 所示位置下，軸承套圈已卡入第一夾具d 內(nèi)，同時(shí)完成處于加工位f 處的軸承套圈的加工；另外第一弧形齒條a 的始端與第一齒輪嚙合。

圖7 導(dǎo)料盤組件順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)180°后的定位位置示意圖

5.4 導(dǎo)料盤組件順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)225°后的定位位置

在圖7 狀態(tài)下，整體導(dǎo)料盤組件繼續(xù)順時(shí)針45°， 以形成圖8 所示狀態(tài)，即整體導(dǎo)料盤組件順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)225°后的定位位置。 在該位置下，第一齒輪則嚙合傳動(dòng)至第一弧形齒條a 的終端處，在嚙合傳動(dòng)的過程中，帶動(dòng)第一齒輪進(jìn)行逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，以此使得第一傳動(dòng)皮帶或第一傳動(dòng)鏈條進(jìn)行逆時(shí)針傳動(dòng)， 而在第一傳動(dòng)皮帶或第一傳動(dòng)鏈條中，設(shè)有與加工盤的轉(zhuǎn)動(dòng)軸進(jìn)行嚙合傳動(dòng)的第一輔助齒輪，由此使得加工盤形成圖6 中所示的順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。第一轉(zhuǎn)輪與第一齒輪的傳動(dòng)比為4∶1，以保證導(dǎo)料盤組件轉(zhuǎn)動(dòng)45°后第一齒輪可轉(zhuǎn)動(dòng)180°， 以此完成加工位f 與卸料位g的切換，同時(shí)通過限位板的帶動(dòng)， 使得上述加工位f 上已完成加工的軸承套圈被卡入至第二夾具e 內(nèi)，由此則形成圖8 位置；另外在該位置下，第二弧形齒條c 的始端與第二齒輪嚙合。

圖8 導(dǎo)料盤組件順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)225°后的定位位置示意圖

5.5 導(dǎo)料盤組件順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)315°后的定位位置

在圖10 狀態(tài)下，整體導(dǎo)料盤組件繼續(xù)順時(shí)針90°，以形成圖9 所示狀態(tài)， 即整體導(dǎo)料盤組件順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)315°后的定位位置。在形成圖8-圖9 的轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，第二齒輪嚙合傳動(dòng)至第二弧形齒條c 的終端處，由此帶動(dòng)兩個(gè)夾具再次順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)180°，從而形成圖9 所示位置，在該位置下，第一夾具d 帶動(dòng)待加工的軸承套圈定位于加工位（180°切換后的g）處，第二夾具e 帶動(dòng)已加工的軸承套圈定位于出料帶上，實(shí)現(xiàn)雙向下料。

圖9 導(dǎo)料盤組件順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)315°后的定位位置示意圖

值得說明的是： 兩個(gè)夾緊彈簧及夾板對(duì)軸承套圈產(chǎn)生的夾緊力大于軸承套圈本身的重力， 以此實(shí)現(xiàn)夾具對(duì)軸承套圈的穩(wěn)定夾持； 出料帶與軸承套圈之間產(chǎn)生的摩擦力大于兩個(gè)夾緊彈簧及夾板對(duì)軸承套圈產(chǎn)生的夾緊力， 由此保證軸承套圈在出料帶的導(dǎo)送下能順利脫離第二夾具e。

在圖9 狀態(tài)下， 整體導(dǎo)料盤組件繼續(xù)順時(shí)針45°，則使得導(dǎo)料盤組件完成一周360°的轉(zhuǎn)動(dòng)， 并復(fù)位至圖5 所示的初始位置。而在該轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，第一齒輪和第二齒輪均不被驅(qū)動(dòng)， 以此為第二夾具e 與出料帶之間的卸料提供時(shí)間。

在整體導(dǎo)料盤組件持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中， 往復(fù)執(zhí)行圖5-圖9-圖5 的切換，從而實(shí)現(xiàn)軸承套圈的持續(xù)上下料。

6 結(jié)論

通過實(shí)踐證明，本文設(shè)計(jì)的軸承套圈自動(dòng)化雙夾具上下料輸送線裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比[5-6]，具有以下有益效果：

（1）設(shè)置了相互配合的導(dǎo)料裝置和夾具組件，其中導(dǎo)料裝置每轉(zhuǎn)動(dòng)一周僅完成一個(gè)軸承套圈的導(dǎo)送， 由此保證夾具組件能精準(zhǔn)完成軸承套圈的夾取， 從而避免出現(xiàn)上下料失誤的問題；另外，在其導(dǎo)料裝置與夾具組件之間設(shè)有第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以此在導(dǎo)料裝置轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，通過第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)夾具組件進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)或暫停， 從而精準(zhǔn)完成上下料操作，相比于現(xiàn)有的機(jī)械手而言，無需增加額外的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低的優(yōu)點(diǎn)。

（2）本文設(shè)計(jì)的裝置包括兩個(gè)夾具，且在導(dǎo)料裝置轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)夾具的偏心轉(zhuǎn)動(dòng)， 由此可利用兩個(gè)夾具分別實(shí)現(xiàn)加工盤的上料和下料， 以使得上料操作和下料操作同時(shí)執(zhí)行，大大提高了工作效率。

（3）本文設(shè)計(jì)的加工盤，設(shè)有對(duì)稱分布的加工位和卸料位，且加工盤與導(dǎo)料裝置之間連接有第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以此在導(dǎo)料裝置轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中， 通過第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)加工盤進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)或暫停， 從而有效實(shí)現(xiàn)加工位與卸料位的切換，并方便夾具組件進(jìn)行軸承套圈的夾取。

（4）本文設(shè)計(jì)的第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分別實(shí)現(xiàn)夾具組件和加工盤的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)， 由此合理為夾具組件的取料、下料、以及軸承套圈在加工盤上的加工提供了操作時(shí)間。

（5）本文設(shè)計(jì)的夾具，主要通過兩個(gè)彈性夾板進(jìn)行軸承套圈的夾持， 且每個(gè)夾板上均設(shè)有兩個(gè)相互配合的導(dǎo)料斜面，以此方便實(shí)現(xiàn)夾具與軸承套圈配合及分離。