機械加工生產線的自動輸送裝置的設計

陶帥

（遼寧建筑職業學院 遼寧遼陽 111000）

近年來，我國機械加工自動線輸送方式逐漸趨于多樣化，如機械手、棘爪步伐、擺桿、滑道等（如表1所示）。在信息化時代背景下，我國政府注重工業發展，給工業帶來巨大的發展空間，促進了機械加工和自動化發展的進程，給人們生活帶來極大的便利，有效提高工業生產加工效率，隨著自動化技術的不斷創新，被逐漸應用在各個行業。但是由于機械設計制造及自動化技術在我國運行時間較短，與國外發達國家相比還存在較大差距，目前，很多設備和研究都處于落后狀態，我國機械加工生產線的自動輸送裝置應用還在初級階段，出現能源消耗大等問題，給機械加工生產線的自動輸送裝置的設計帶來嚴重阻礙。

表1 機械加工自動線輸送方式

1 棘爪步伐式輸送裝置

步伐式輸送裝置是組合機床自動線上最常用的工件輸送裝置，通常應用在加工箱體類零件和隨行夾具的自動線中。目前，最常見的步伐式輸送裝置主要包括棘爪步伐式、回轉步伐式、抬起步伐式等類型，組合機床自動線中最常用的棘爪式輸送帶，從工件下面進行正常工作，等到工件全部退出后，再抬起整個棘爪。

棘爪步伐式輸送裝置是使用范圍最廣、使用最早的輸送裝置，主要傳動方式有以下兩種。

第一，用標準液壓輸送滑臺，來推動具有棘爪的輸送帶，再將物件傳輸到制定工位中。通過經齒條來引導滑臺進行水平移動、利用油缸來讓齒輪轉動，這種傳動方式能有效提高滑臺行程量，且降低拖動滑臺力度，目前在上海某家工廠的缸頭加工自動線，是將該輸送裝置作為主體。

第二，用油缸輸送。這種方式是通過移動油缸活塞來推動工件輸送距離，與第一種方式相比，在油缸直徑相同的情況下，能加強推動力，降低移動距離。同時，這種裝置具有工作穩定性強、結構簡單等特點，目前我國很多行業都有普及［1］。但由于在運行終點并未設置限制措施，其又具有較強慣性，很容易出現工件脫離棘爪的現象。因此，在輸送過程中，要合理控制輸送速度，在正常情況工作人員要將輸送速度控制在10m/min，一旦遇到棘爪失靈問題，彈簧力度會逐漸增加，從而加強磨損度，甚至會直接將工件帶回到原點，給正常輸送帶來嚴重影響［2］。

2 擺桿步伐式輸送裝置

與棘爪步伐式相比，其安裝了一套擺桿擺動設備，擺桿可按照工件大小，將有限位塊進行固定，從而讓工件能根據工序要求進行輸送任務。同時，擺桿步伐式輸送裝置是利用整步輸送為主體，工作人員為了讓拉孔后能及時退回拉刀，要控制工件進行開啟和關閉工作，所以工位要具有整步輸送功能和半步輸送功能。假設在擺桿上面雙端有2塊輸送擋塊，用a、b表示。在整步輸送時，是完全利用b 擋塊來完成輸送工件的工作，而a擋板通常是安裝在半步輸送工位；當半步輸送時，a會進行順時針旋轉。當旋轉到某一位置時，要將擺桿返回原位；當發現相反情況時，要將其逆時針旋轉，且轉到特定位置，再退回擺桿。此外，工作人員要結合現場實際情況控制擺桿直徑，如50mm、40mm、70mm、60mm等；而桿孔直徑則可控制在45mm、40mm、35mm、25mm 范圍內，輸送速度為50m/min。由于增加了擺桿擺動，其結構與棘爪步伐而言較為復雜，一般應用于一些攜帶隨性夾具、輸送步距大、輸送精度高的自動線［3］。

3 返回方式

通過分析上面兩種不同的輸送方式發現，工作人員想要讓自動線工作能根據要求進行工作，就必須在隨行夾具完成首次工作流程后，要將其退到起始位置。同時，要按照隨行夾具返回位置不同可分為下面幾種。

3.1 上方返回

上方該返回裝置通常安裝在自動線上方，在自動線先后位置安裝升降裝置，將升降裝置作為整個隨行夾具，合理利用液壓作為裝置運行的主要動力，而當夾具在空中進行返回后，該裝置會根據自身的重力在傾斜滾道上正常運行。同時，個別自動線在不同滾道范圍具有多樣化傾斜角，并且容易將最后階段做的比較平坦，從而降低達到終點的沖擊力。該種返回方式具有工作安全性能高、結構簡單、節約廠房面積等特征，一般應用在中小雜件自動線上，但由于其需要占據較高的空間高度，很少應用在線上有立式機床［4］。

3.2 平面返回

平面返回是將返回輸送和輸送全部歸納在同一水平，這里的返回驅動并未有嚴格要求，可使用液壓式也可利用鏈式。通常會使用長線用鏈式，其自身具有輸送距離長、結構簡單、工作性能強等優點；而液壓驅動返回裝置通常應用在輸送距離較短區域，其工作可靠性較低，與鏈式具有一定差異，甚至會出現漏油，從而給環境帶來嚴重污染。同時，該種平面返回式雖然往往需要應用較寬生產面積，但其在維護維修等方面具有較強便利性，通常被工作人員應用到中等重量、中等尺寸的隨行夾具。

3.3 側上方返回

與前兩種返回最大的區別在于，側上方返回的隨行夾具在自動線首尾處的斜上方。其特點是將返回滾道安裝在廠房立柱上，能合理應用立柱附件廠房面積；線上一旦設計立式2 設備，也不會給隨行夾具返回造成任何影響，但值得注意的是，其需要建設一套夾具斜向升降裝置。

3.4 自動線下部返回

該種布置方式是針對機床底座內部返回，能有效減少隨行夾具數量，一般應用在相同加工循環內，能有利于機床進行反復輸送。并且該種返回方式具有外觀精美、結構嚴謹等優點，但同時其具有底座剛性差、維修難高等缺點，而自動線排屑裝置在其中安裝自動線設備，兩者間存在嚴重的相互矛盾問題，導致該返回方式應用范圍較窄。而在正常情況下，小型自動線常用輸送方式有履帶式，其返回和輸送都是利用一套減速器來完成，為確保隨行夾具能準確定位，對間歇機構的運動精度和隨行夾具位置提出更高要求。

4 托盤式輸送裝置

托盤式輸送裝置屬于移動步伐式輸送裝置，無法進行直接輸送。而托盤是在平板上安裝輸送工件定位桿，再將托盤安裝在步伐式輸送帶中，確保兩者能夠保持同步運動，一旦托盤收縮，代表加工完成，會將工件輸送到指定加工工位上，再通過機械手將工件輸送到指定位置（如圖1所示）。該種輸送方式對每個工位定位提出更高要求，所以工作人員要嚴格按照要求來調整定位夾緊方式，有利于幫助其盡快適用加工中某些特殊要求，還能發揮多件輸送、成套輸送等功能，這對于提升生產線生產效率具有非常重要的作用。由于在加工過程中，工件往往安裝在機床固定家具方面，因此對加工精度和定位精度提出較高要求，且要具備較強的排屑條件，也有利于使用自動上下料裝置，提高自動化水平。但由于該套裝置結構非常復雜，給維修工作和觀察工作帶來一定難度，進而給使用效果帶來嚴重影響［5］。

圖1 托盤式輸送裝置

5 機械手輸送裝置

在工件被推到供料站物料臺后，機械手輸送裝置會開展相關操作。在完成抓取動作后，把步進電機驅動機械手裝置往加工站物料臺正前方的方向移動，壓到限位，并在加工站物料臺上放置工件。等到系統接收加工信號后，機械手輸送裝置要執行相關操作，并把機械手輸送裝置逆時針旋轉90°，由裝配站往分揀站運送工件，在到達分揀站傳送帶上方入料口，壓到限位后，放下工件，并執行操作，返回原點。該裝置作為自動生產線實驗裝置中輸送單元的主要機構，主要是以可編程序控制器為核心，性能可靠、結構緊湊。

根據機械輸送手的控制要求，對于狀態轉移來講，由前一個動作轉換為下一個動作，主要是憑借傳感器的檢測信號來決定的。另外，針對需要輸出驅動步進電機的高速脈沖來講，PCL 要使用晶體管輸出型。關于機械手的輸送控制，其需要輸入很多輸出點，從輸入信號上看，包括各構件的傳感器信號、指示燈模塊的開關主令信號等；從輸出信號上看，包括輸出到機械手裝置各電磁閥的控制信號。

在很多情況下，機械手和滾道、滑道傳送帶相互結合，從而開展盤類、軸類型工件的輸送，而下面則主要闡述機械手在軸類加工自動線方面的應用，即是完成裝卸工作的同時，完成輸送工件任務。例如，在北京某廠的轉向蝸桿加工自動線就是使用該輸送裝置，機械手能有效完成沿工件軸向移動、手爪夾、松工件、繞垂直軸、手臂上下移動等運動，每種運動都需要用一個油缸來進行，轉為可利用回轉油缸，也可使用移動油缸齒輪來完成（如圖2所示）。這種輸送方式利用一套機械手來進行上下料工件輸送任務，能完成較難的動作。但同時，很多廠在使用過程中發現存在下面幾個問題：結構復雜、可靠性差、剛度低、輸送精度低，一般應用于機床上方裝卸的盤類工件和軸類工件［6］。

圖2 機械手輸送裝置

6 結語

綜上所述，目前，我國應用擺桿步伐式輸送裝置運輸工件已取得一定成效，如從某兩個工廠統計數據來看，總共有超過60 條輸送裝置的自動線，很少出現輸送裝置故障。該裝置結構緊湊、性能可靠、操作方便，同時，打破了傳統生產線體積大、噪音大、運行不穩定、接線復雜的局限。因此，在正常環節節拍大于2分子、輸送位置誤差允許大于2mm，則可使用此類輸送裝置。而機械手運輸裝置則應用在專能機床聯成的自動線上，如汽車變速箱第一軸、圓盤齒輪等，其由于剛性較差無法進行正常工作，因此，工作人員應提高對該裝置的重視程度。