一種上下料提升機構(gòu)的設計

陳建芳，王 妮，徐少帥，王 凱，晁春亮

（秦川集團（西安）技術研究院有限公司，西安 710018）

0 引言

在機床智能化發(fā)展的形勢下，市場對于設備的自動化集成程度要求越來越高。隨著人工成本的不斷上升，以及原材料價格的上漲等，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性，加之繁重的生產(chǎn)任務和較大的勞動強度，亦會導致零件的生產(chǎn)節(jié)拍受到很大的影響，嚴重的還會拖延產(chǎn)品的生產(chǎn)進度及交付期，帶來較大的經(jīng)濟損失，不利于提升產(chǎn)品的競爭力[1-3]。高端數(shù)控機床是裝備制造業(yè)的重要工作母機，是中國發(fā)展智能制造的五類關鍵技術之一，裝備制造業(yè)的發(fā)展起到了關鍵性作用，機床企業(yè)更好地提升數(shù)控機床的智能化程度，為智能化生產(chǎn)打下堅實基礎?！吨袊圃?025》將數(shù)控滾齒機和基礎制造裝備行業(yè)列入中國制造業(yè)的戰(zhàn)略必爭領域之一，加快發(fā)展智能機床，是實施這一規(guī)劃，打造制造強國的關鍵和基礎，高速、高效數(shù)控滾齒機的研制已成為近幾年滾齒設備制造技術研究的重點。

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]，因此對于滾齒機的高速、高效高精度以及自動化智能制造的要求也越來越明確。為了節(jié)省人力，降低勞動強度，加工節(jié)拍的日益提高，可在數(shù)控滾齒機上增加上下料的自動提升裝置，用自動上下工件的方式來排除掉人為因素，替代原有的人工操作，使整個過程可控制，所以有必要開發(fā)自動上下工件的裝置來滿足齒輪滾切加工設備的生產(chǎn)節(jié)拍[5]。

本文自主設計制造的上下料提升機構(gòu)，目前用于數(shù)控滾齒機自動上下工件。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，均可適用，能夠滿足批量生產(chǎn)的加工節(jié)拍，降低人工勞動強度，實現(xiàn)高效自動化控制。該機構(gòu)可適用于自動化行業(yè)物料傳送和其它機械加工設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運送。

1 提升機構(gòu)結(jié)構(gòu)設計

本文所設計的自動上下料機構(gòu)，該機構(gòu)具有運送工件上下往復運動時，位置可靠、平穩(wěn)、行程到位自動檢測、行程可調(diào)、物料在位檢測等功能及特點。運送工件到位后，等待機械手爪抓取工件后進行滾齒加工。同時，在工件加工完成后，機械手爪將加工后的工件抓取并旋轉(zhuǎn)到上料區(qū)，通過該機構(gòu)將工件運送到下料區(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)束后下料的整個工件運送過程。

在設計上下料提升機構(gòu)時應考慮加工件的規(guī)格大小、軸類工件的長度、工件材質(zhì)以及生產(chǎn)加工節(jié)拍等因素。該提升機構(gòu)是供機床YK3132 數(shù)控滾齒機配套使用，所設計的提升機構(gòu)最大運送齒輪工件直徑320 mm，最高提升行程300 mm。同時要保證設計的提升機構(gòu)能滿足快速移動，提升平穩(wěn)、快速移動速度可達5 m/min 以上；定位準確、可靠，定位精度1 mm內(nèi)，重復定位精度1.5～2 mm，通過調(diào)節(jié)外置傳感器位置也可提高，使工件準確到達目標位置。通過這些設計要求，該提升機構(gòu)最終整體結(jié)構(gòu)設計如圖1 所示。

圖1 上下料提升機構(gòu)三維結(jié)構(gòu)圖

2 工作原理

該上下料提升機構(gòu)設計的是豎直運送工件的工作狀態(tài)，托盤部分整體部分上升（下降）是依靠一個平面三點定位支撐，其中，驅(qū)動軸和兩個導向桿2 在平面上成三角形位置布置，來保證豎直移動部件的平穩(wěn)性。該結(jié)構(gòu)上下行程設計為300 mm，氣缸3 作為驅(qū)動源，氣缸配有上下運動的導向柱，來保證移動部件在移動過程中的對中精度；由于導向桿2 作連續(xù)的往返運動，所以我們在設計時考慮了發(fā)熱以及磨損，為此增加黃銅材質(zhì)的導向套筒4，來減少上下反復移動對導向桿表面產(chǎn)生的磨損。行程到位的檢測設計有電感式傳感器8，來反饋是否到達設定的位置；氣缸的接近開關9 是保證氣缸移動到實際要求的位置；上下行程到位均配有緩沖裝置，保證工件及托盤移動部件到達要求位置前有減緩作用。

另外，本機構(gòu)運送的工件可能是盤齒和軸齒兩大類，需要設計對應的工件托座6，針對不同的工件類型，該托座是要可更換的。根據(jù)具體的工件設計對應的托座，托座一般設計為尼龍材質(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。所以工件托座上設計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。

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

3 結(jié)構(gòu)設計的創(chuàng)新點

該自動上下料裝置結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡便，設置有自動檢測反饋環(huán)節(jié)，針對不同的工況或運行狀態(tài)設有信號反饋，檢測運送工件是否到位的準確反饋；若出現(xiàn)故障時報警語句將出現(xiàn)在數(shù)控系統(tǒng)界面上，便于操作人員及時查找問題，解決問題，進而實現(xiàn)加工生產(chǎn)線的自動化控制需求。可適用上下料工件規(guī)格范圍較大，裝置可適用于其他切削機床上，模塊化集成。

4 機構(gòu)使用情況

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

圖2 提升機構(gòu)現(xiàn)場使用情況

5 結(jié)束語

該上下料提升結(jié)構(gòu)也可應用到其它設備的物料（工件）自動化的運送，為后續(xù)機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，只需要更換相應的底座零件，以及工件托座，就能實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的模塊化遷移使用。因此該機構(gòu)在配套使用時，能滿足不同規(guī)格的設備相互間的差異，通用性較強，節(jié)省了設計周期，節(jié)約了開發(fā)成本，實現(xiàn)了自動上下料的功能，能夠滿足當下智能制造、智能生產(chǎn)的自動化集成需求。