軸承閉式單點(diǎn)壓力機(jī)自動(dòng)上下料機(jī)械手研制

徐志正　江海兵　金漢清

摘要 文章針對(duì)墩鍛軸承毛坯用閉式單點(diǎn)壓力機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和毛坯外形特點(diǎn)，進(jìn)行了上下料機(jī)械手工作原理研究和方案設(shè)計(jì)，該上下料機(jī)械手主要由機(jī)械、氣動(dòng)和電氣控制三個(gè)子系統(tǒng)組成；在考慮毛坯夾緊力、安裝空間和工作環(huán)境等因素的前提下，對(duì)夾緊氣缸、送料氣缸和推料氣缸等進(jìn)行了參數(shù)設(shè)計(jì)和選型。

關(guān)鍵詞 軸承 墩鍛 上下料機(jī)械手 氣缸 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TG315文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 軸承毛坯墩鍛用閉式單點(diǎn)壓力機(jī)

閉式單點(diǎn)壓力機(jī)可完成沖裁、成形、彎曲、淺拉伸、校正等冷沖壓工序，也可以進(jìn)行鍛壓件熱切邊工序，是壓制各種大、中型薄板成形工件不可少的設(shè)備之一。其廣泛應(yīng)用于汽車、農(nóng)業(yè)機(jī)械、電機(jī)、家用電器、輕工、儀器儀表、航空、兵器等工業(yè)制造部門。閉式單點(diǎn)壓力機(jī)在軸承內(nèi)外圈沖壓成型中廣泛應(yīng)用，目前基本由人工進(jìn)行上下料，生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作條件差、危險(xiǎn)性高。針對(duì)閉式單點(diǎn)壓力機(jī)按照軸承內(nèi)外圈加工工藝要求，特設(shè)計(jì)自動(dòng)上下料機(jī)械手，該機(jī)械手具有體積小，重量輕，操作靈活，工作可靠，可代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率等優(yōu)點(diǎn)。

2 方案設(shè)計(jì)

用于軸承內(nèi)外圈沖壓閉式單點(diǎn)壓力機(jī)的自動(dòng)上下料機(jī)械手，其由以下三大子系統(tǒng)組成：機(jī)械系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)。

2.1 結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

自動(dòng)上下料機(jī)械手機(jī)械系統(tǒng)如圖1和圖2所示：主要由V型傳送帶、料斗、夾持機(jī)械手、送料氣缸、夾緊氣缸、推料氣缸、導(dǎo)軌、滑板、底板、毛坯托板等組成。其工作原理為：軸承毛坯從加熱爐輸出到V型傳送帶上，V型傳送帶通過(guò)帶輪旋轉(zhuǎn)將毛坯輸送到料斗，在錐形料斗中，毛坯恰好成直立狀態(tài)，夾持機(jī)械手在夾緊氣缸作用下，將毛坯夾住，然后由送料氣缸推動(dòng)滑板和夾持機(jī)械手將毛坯送到單電壓力機(jī)的鍛座上，夾持機(jī)械手松開(kāi)，毛坯直立于鍛座上，夾持機(jī)械手退回，壓力機(jī)滑塊下行，將毛坯墩鍛成圓餅狀，壓力機(jī)滑塊上行，并由推料氣缸伸出將沖好的毛坯推出鍛座，完成一個(gè)墩鍛循環(huán)。

2.2 機(jī)械手控制時(shí)序

自動(dòng)上下料機(jī)械手主要用于抓去圓柱形毛坯，主要完成物料夾緊、送料、推料等工作，其工作時(shí)序如圖3所示。

2.3 氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自動(dòng)上下料機(jī)械手氣動(dòng)系統(tǒng)如圖4所示，圖中球閥是總進(jìn)氣通道總控制閥；空氣組合元件由過(guò)濾器、減壓閥和油霧器組成，過(guò)濾器主要負(fù)責(zé)過(guò)濾壓縮空氣中的雜質(zhì)，減壓閥主要負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)壓力，油霧器負(fù)責(zé)后端元件的給油潤(rùn)滑。流量控制閥主要是控制3個(gè)氣缸的進(jìn)氣和排氣流量，3個(gè)電磁換向閥作用是控制氣缸的運(yùn)動(dòng)方向，手動(dòng)閥作用是控制系統(tǒng)是否進(jìn)氣。

3 設(shè)計(jì)計(jì)算

已知機(jī)械手所夾毛坯為2.6KG，重力約為約為26N，機(jī)械手與毛坯摩擦因數(shù)為 0.5，則夾持力與重力相等，則有：

氣缸輸出力為：

式中為氣缸活塞最大速度，為氣缸活塞理論基準(zhǔn)速度，查得氣缸的理論基準(zhǔn)速度 = 400mm/s，根據(jù)參考文獻(xiàn)查得 = 0.975，式（7）得 = 390mm/s，選用MB系列缸徑50mm的氣缸即能滿足緩沖能力的要求。

② 推料氣缸：已知?dú)飧仔谐蘈=200mm，氣缸動(dòng)作時(shí)間t=0.8s，即氣缸運(yùn)動(dòng)速度為250mm/s，取摩擦因素 = 0.5，由式（4）算得氣缸所承受的負(fù)載為 = 0.5？.6？.8=13N，計(jì)算得推料氣缸缸徑為8.14mm，取D=32mm，選用MB系列缸徑32mm的氣缸能滿足緩沖能力的要求。

③ 夾緊氣缸：氣缸行程L=30mm，氣缸動(dòng)作時(shí)間t=0.1s，氣缸活塞運(yùn)動(dòng)速度為300mm/s，由氣缸所需最小輸出力F3 = 94N確定氣缸的負(fù)載力為100N，計(jì)算出推料氣缸缸徑為22.6mm，取D=32mm，選用MB系列缸徑32mm的氣缸能滿足緩沖能力的要求。

4 實(shí)驗(yàn)研究

該機(jī)械手使用表明：?jiǎn)吸c(diǎn)閉式壓力機(jī)自動(dòng)上下料機(jī)械手具有體積小、重量輕和操作靈活方便；能抵抗毛坯材料的高溫，保證長(zhǎng)期在高溫工作條件下能夠保持較高的可靠性等優(yōu)點(diǎn)；其大大提高了鍛壓的生產(chǎn)率，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低成本，具有較高的使用價(jià)值和推廣價(jià)值。

2011年浙江省大學(xué)生大學(xué)生科技成果推廣項(xiàng)目（2011R42 7009）；衢州學(xué)院中青年學(xué)術(shù)骨干培養(yǎng)計(jì)劃（XNZQN201104）

參考文獻(xiàn)

[1] 劉文波，陳白寧，段智敏.工業(yè)機(jī)器人[M].沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社，2007.12.

[2] SMC（中國(guó)）有限公司.現(xiàn)代實(shí)用氣動(dòng)技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.8.

[3] 王建明.自動(dòng)線與工業(yè)機(jī)械手技術(shù)[M].天津：天津大學(xué)出版社，2009.1.