刮板上料夾具的研制

謝森琪,王 哲，田大肥

(寧夏天地奔牛實業集團有限公司，寧夏 石嘴山 753001)

0 引言

刮板上料是刮板淬火工作的重要環節，刮板夾具能夠完成各種型號刮板的夾取，是實現刮板自動上料的重要條件。針對刮板來料狀態、各型號刮板外形特征、刮板上料狀態等上料需求，研制一款可適用于多種型號、多種碼放方式的刮板夾具，是實現刮板自動上料的首要任務。本文在分析刮板來料狀態和夾具需求的基礎上，對夾具結構進行設計。

1 刮板上料需求

1.1 刮板來料狀態

刮板作為刮板輸送機主要零件，型號多，質量重，寧夏天地奔牛實業集團有限公司現主要生產刮板型號有8種，刮板質量從60 kg到160 kg不等，部分不常用型號刮板質量可達200 kg、長度達1.6 m以上。

刮板的來料狀態通常是：通過人工把刮板碼放成6層，每層4個，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、運輸過程中的牢固性和安全性。

1.2 各型號刮板外形特征

筆者通過對多種常用刮板型號對比，選出了兩種具有代表性的刮板型號，分別為TS123和TS129。這兩種刮板外形有如下共同點：①刮板兩側有斧頭；②刮板外形左右對稱；③刮板外側斧頭相較于內側有明顯臺階。兩種型號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 刮板來料碼放方式

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

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

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

各種型號刮板放料方式統一，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位置重合。

2 刮板夾具方案

2.1 夾具功能需求

根據對刮板來料狀態及上料需求分析，總結刮板夾具所需功能如下：

(1)需適用于多種型號刮板長度、外形等特征。

(2)需對來料刮板垛位置識別。

(3)對需要抓取單個刮板位置識別。

(4)可對刮板垛中單個刮板夾取。

2.2 夾具初步方案

經過對夾具需求分析，確定夾具方案如下：

(1)采用從刮板兩側夾持方式。

(2)采用對稱機構，兩側夾爪可對稱收縮。

2.3 智能識別方案

夾具對刮板位置識別的要求主要包括：刮板中心水平面X、Y坐標值，刮板Z軸高度坐標值。通過需求分析，確定刮板智能識別方案如下:

(1)刮板智能識別采用二維智能相機+位移傳感器組合的方式。

(2)智能相機主要檢測刮板以下信息：刮板中心水平面X、Y坐標值，刮板相對于X、Y基準線偏轉角度，刮板正放、側放狀態等。

(3)檢測刮板Z軸高度坐標值，根據碼垛層數及刮板尺寸計算出安全區間。夾具在Z軸方向先運行至安全數值，然后通過位移傳感器檢測夾具與刮板距離確定Z軸抓取坐標值。

3 刮板夾具結構

刮板夾具結構示意圖如圖5所示。

圖5 刮板夾具結構示意圖

刮板夾具由夾具框架、兩側夾爪、伸縮機構、防護機構、刮板識別5部分組成。

框架采用鋁型材為結構主體，使用型材專用連接螺栓，使框架結構整體牢固、整潔，且安裝、調試方便。

夾爪采用兩側對稱式結構，夾爪底板可插入刮板上下層之間縫隙，以托起刮板。

伸縮機構以步進電機為動力，通過左旋、右旋滾珠絲杠結構實現兩側夾爪的同步伸縮，以適用于不同型號刮板尺寸需求。

刮板防護機構采用張開角度為90°的夾緊氣缸為動力元件，通過夾緊氣缸閉合，擋住刮板防止刮板脫落。

刮板識別采用智能相機+激光位移傳感器結合方式，智能相機識別刮板X、Y軸平面坐標位置，夾具根據X、Y軸坐標運行至刮板正上方，Z軸方向通過激光位移傳感器反饋夾具與刮板實際間距，以實現刮板精確抓取。

4 夾具工作方式

夾具識別并夾取刮板流程如下：

(1)夾具回零點，兩側夾爪張開狀態。

(2)智能相機檢測確定刮板平面坐標。

(3)夾具沿Z軸方向下降，位移傳感器實時監測并反饋夾具與刮板高度差。

(4)位移傳感器檢測數據到達計算值，Z軸到達抓取位置。

(5)兩側夾爪收縮，完成刮板夾取動作。

(6)夾具提升，防護機構閉合。

(7)夾具移載刮板至指定位置。

5 使用效果及社會效益

刮板上料夾具的投產，解決了刮板淬火線自動上料的問題。夾具可適用于不同型號的刮板來料，能夠迅速識別刮板位置、刮板狀態并精確定位，以完成刮板的自動抓取動作。采用對稱伸縮式夾爪結構，能快速改變夾爪間距以完成夾具取放料和刮板型號更換等工作，使刮板自動上料更簡單、便捷。防護機構可根據刮板夾取狀態張開或閉合，保證了夾具在夾取、移載刮板過程中對刮板的防護作用，以實現安全生產。

同時本夾具也可適用于齒軌等其他非標準形態零件的自動上下料工作，能夠有效地提高車間生產效率和自動化程度，可以與桁架機器人、關節機器人等設備對接，實現生產線的自動化、智能化。

6 結語

刮板夾具的結構設計使其可適用于多種型號刮板的位置檢測、抓取、移載、翻轉等上料動作。相較于人工上料，自動夾具上料更安全、可靠，同時刮板上料位置統一，刮板淬火質量提高，對淬火線的自動化生產起到了積極的促進作用。