郭 生,李進(jìn)冬,寥 偉,張 鵬
(沈陽機(jī)床股份有限公司沈一車床廠,沈陽 110142)
一種大容量盤類工件料庫的設(shè)計(jì)和應(yīng)用
郭 生,李進(jìn)冬,寥 偉,張 鵬
(沈陽機(jī)床股份有限公司沈一車床廠,沈陽 110142)
隨著人力成本的不斷增加,機(jī)械加工行業(yè)對自動(dòng)化加工單元越來越依賴,一個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊、高精度的料庫在整個(gè)加工單元中更是起到舉足輕重的作用。在充分了解國內(nèi)外現(xiàn)有的自動(dòng)化加工單元的料庫基礎(chǔ)上,發(fā)展了一種針對盤類工件的單立柱雙驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)料庫。利用三維建模軟件對自動(dòng)化加工單元的料庫進(jìn)行設(shè)計(jì),在論證其結(jié)構(gòu)合理性的基礎(chǔ)上,進(jìn)行投產(chǎn)并得到了用戶的一致青睞,不但改善了勞動(dòng)條件,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,降低生產(chǎn)成本,給客戶帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)對提高國內(nèi)機(jī)加工自動(dòng)化生產(chǎn)模式起到一定的促進(jìn)作用。
大容量;盤類料庫;凸輪分割器;單立柱雙驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)
隨著現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)的飛速發(fā)展,人力成本逐漸升高,使得自動(dòng)化加工單元在針對零件批量生產(chǎn)中的地位越來越重要。而隨著工業(yè)用地費(fèi)用的不斷增加,更使得一個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊占地少,定位準(zhǔn)確,存儲(chǔ)容量大的料庫的存在為整個(gè)自動(dòng)化加工單元錦上添花[1]。在以往的自動(dòng)化加工單元中常用的料庫有滾筒料庫、皮帶式輸送機(jī)、鏈?zhǔn)搅蠋?、托盤式料庫等多種形式[2],但是這些傳統(tǒng)形式的料庫普遍存在著占地面積大,存儲(chǔ)容量有限,存儲(chǔ)零件尺寸和形式單一等缺點(diǎn)。
本文所設(shè)計(jì)的單立柱大容量盤類工件旋轉(zhuǎn)料庫,前側(cè)為六工位凸輪分割器結(jié)構(gòu),后側(cè)為單立柱雙驅(qū)動(dòng)提升結(jié)構(gòu),整體布局呈長方形結(jié)構(gòu),長度方向較長而寬度尺寸緊湊,非常有利于桁架式自動(dòng)化加工單元的布局,不但很好的解決了傳統(tǒng)自動(dòng)化加工單元料庫的存儲(chǔ)容量少,占地面積較大的問題,而且反映迅速、定位準(zhǔn)確、很大程度的提高軸承環(huán)、剎車盤等盤類零件的加工效率,并能合理有效的利用車間空間資源,使布局更加合理。
與傳統(tǒng)的內(nèi)置料庫提升機(jī)構(gòu)不同,本文所設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)料庫采用外置單立柱雙驅(qū)動(dòng)提升料庫[3],結(jié)構(gòu)示意如圖1所示,這種形式的自動(dòng)化加工單元料庫不但能夠降低料庫的維修難度,而且能夠極大的提升儲(chǔ)料容量,從而能使單個(gè)料庫的工作運(yùn)行時(shí)間周期變長。這就使得一名工人可以對多條自動(dòng)化生產(chǎn)線進(jìn)行上料和下料,不但減少了人力成本的投資,提高產(chǎn)品的加工效率,同時(shí)還可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,把工人從繁重單調(diào)的勞動(dòng)中解放出來,擴(kuò)大和延伸人的功能。
圖1 單立柱雙驅(qū)動(dòng)提升料庫結(jié)構(gòu)圖
為了減少料庫的占地面積,料庫的提升機(jī)構(gòu)采用了結(jié)構(gòu)緊湊的單立柱雙驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 料庫的單立柱雙驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)圖
單立柱雙驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是由一根立柱左右兩側(cè)分別支撐兩個(gè)料庫升降機(jī)構(gòu)構(gòu)成的,分別用于料庫的上料和下料。升降機(jī)構(gòu)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠,由雙套導(dǎo)向軸作為導(dǎo)向結(jié)構(gòu),從而實(shí)現(xiàn)升降托板結(jié)構(gòu)的升降運(yùn)動(dòng)。撥叉模塊由托板及氣缸及構(gòu)成,由氣缸控制撥叉的前進(jìn)與后退動(dòng)作[4-5]。這一設(shè)計(jì)有效的利用了資源,降低了產(chǎn)品成本,這是傳統(tǒng)料庫所不具備的,是本產(chǎn)品的創(chuàng)新點(diǎn)之一。
其工件原理為,當(dāng)桁架的機(jī)械手將毛坯件取走時(shí),電機(jī)帶動(dòng)絲杠就驅(qū)動(dòng)托板上移一個(gè)工位,當(dāng)上料區(qū)高度檢測開關(guān)檢測到毛坯件到位時(shí),上料電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng),整個(gè)上料過程結(jié)束。下料控制過程與上料類似,當(dāng)桁架的機(jī)械手將成品件放到下料托盤時(shí),電機(jī)帶動(dòng)絲杠就驅(qū)動(dòng)托板下移一個(gè)工位,當(dāng)下料區(qū)高度檢測開關(guān)檢測到成品件到位時(shí),下料電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng),整個(gè)下料過程結(jié)束。
本文所采用的凸輪分割器如圖3所示,它能夠承受大載荷,同時(shí)還可以承受較大的垂直徑向和軸向應(yīng)力,其輸出軸為盤面式,固定面寬廣,可加強(qiáng)平面度和穩(wěn)固性,使運(yùn)轉(zhuǎn)更堅(jiān)實(shí)平穩(wěn)[6]。凸輪分割器的內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)的如圖4所示。轉(zhuǎn)位凸輪凹槽分為斜面凹槽和直面凹槽。電機(jī)驅(qū)動(dòng)入力軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)位凸輪旋轉(zhuǎn)時(shí),凸輪輥?zhàn)影凑辙D(zhuǎn)位凸輪的斜面凹槽滾動(dòng),帶動(dòng)出力轉(zhuǎn)塔旋轉(zhuǎn)[7]。轉(zhuǎn)位凸輪的直面凹槽部分,就是整個(gè)凸輪分割器的靜態(tài)區(qū)域,在這個(gè)區(qū)域里,即使入力軸在轉(zhuǎn)動(dòng)中存在較大誤差,出力轉(zhuǎn)塔本身也不會(huì)旋轉(zhuǎn),這樣就能利用一般異步電機(jī)就可很好的保證凸輪分割器的轉(zhuǎn)位精度。
圖3 凸輪分割器
圖4 凸輪分割器內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖
本文所設(shè)計(jì)的料庫,采用六工位盤面式凸輪分割器,由三相異步電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)單元,結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。在完成60°轉(zhuǎn)位動(dòng)作后,旋轉(zhuǎn)到位檢測開關(guān)產(chǎn)生信號,電機(jī)停止轉(zhuǎn)位。電機(jī)帶動(dòng)分割器每次都能實(shí)現(xiàn)托盤60°轉(zhuǎn)位,從而能夠準(zhǔn)確的配合整個(gè)料庫的上下料工作。
工件定位桿機(jī)構(gòu)是固定毛坯件和成品件的重要部件之一,主要是由三根拉桿軸[8-9],一根定位軸,一個(gè)托料盤,一個(gè)法蘭盤和三塊壓塊組成,如圖6所示。其中三塊壓塊的一端固定在整個(gè)物料系統(tǒng)的支撐盤上,通過橫向向外拉動(dòng)拉桿軸,能夠使拉桿軸沿著托盤上的導(dǎo)向槽運(yùn)動(dòng),同時(shí)迫使托盤旋轉(zhuǎn),托盤的旋轉(zhuǎn)會(huì)作用于其他兩根拉桿軸使它們向橫向擴(kuò)張,這樣在實(shí)現(xiàn)了定位直徑擴(kuò)大的同時(shí)也保證較高的定心性精度。這一設(shè)計(jì)可以將內(nèi)徑較大的軸承環(huán)很牢固的裝卡在到托盤上,當(dāng)橫向向內(nèi)推動(dòng)拉桿軸時(shí),則能夠使得定位直徑減小,其原理同增大定位直徑的原理是一樣的,通過減小定位直徑可以將盤類工件牢固的裝卡在到托盤上。其中定位桿結(jié)構(gòu)可以滿足較大直徑變化范圍的調(diào)整需求,擴(kuò)大了工件料庫及自動(dòng)化加工單元的適用范圍。
圖5 料庫驅(qū)動(dòng)部分示意圖
圖6 工件定位桿機(jī)構(gòu)圖
大容量盤式工件旋轉(zhuǎn)料庫的工作過程主要分為上料進(jìn)給、下料存儲(chǔ)以及料庫托盤轉(zhuǎn)動(dòng)三個(gè)過程。
當(dāng)桁架的機(jī)械手將毛坯件取走時(shí),系統(tǒng)發(fā)給上料電機(jī)提升指令,電機(jī)帶動(dòng)絲杠就驅(qū)動(dòng)托板上移一個(gè)工位,當(dāng)上料區(qū)高度檢測開關(guān)檢測到毛坯件到位時(shí),系統(tǒng)發(fā)給上料電機(jī)停止指令,整個(gè)上料過程結(jié)束。
下料控制過程與上料類似,當(dāng)桁架的機(jī)械手將成品件放到下料托盤時(shí),系統(tǒng)發(fā)給下料電機(jī)下降指令,電機(jī)帶動(dòng)絲杠就驅(qū)動(dòng)托板下移一個(gè)工位,當(dāng)下料區(qū)高度檢測開關(guān)檢測到成品件到位時(shí),系統(tǒng)發(fā)給下料電機(jī)停止指令,整個(gè)下料過程結(jié)束。
當(dāng)上料或下料絲杠移動(dòng)到極限位置產(chǎn)生信號時(shí),而高度檢測開關(guān)檢測不到信號時(shí),自動(dòng)運(yùn)行料庫轉(zhuǎn)動(dòng)程序,此時(shí)上料與下料均帶動(dòng)料盤移動(dòng)下極限位置,上料與下料的兩個(gè)托板上的氣缸均退回,轉(zhuǎn)位電機(jī)帶動(dòng)分割器實(shí)現(xiàn)托盤60°轉(zhuǎn)位。轉(zhuǎn)位完成后托板氣缸均推出,上料與下料絲杠上移到對應(yīng)的開關(guān)位置,上料到位與下料到位檢測開關(guān)產(chǎn)生信號,完成料庫轉(zhuǎn)位動(dòng)作。此時(shí)旋轉(zhuǎn)料庫配合機(jī)械手的取料和放料,依靠對射開關(guān)控制上、下料提升機(jī)構(gòu)的自動(dòng)運(yùn)行[10]。
整個(gè)料庫系統(tǒng)的工作流程圖如圖7所示。
圖7 整個(gè)料庫系統(tǒng)的工作原理圖
本文所設(shè)計(jì)的大容量盤式工件旋轉(zhuǎn)料庫因?yàn)榫哂姓嫉孛娣e小、料庫容量大、工件適應(yīng)范圍廣、定位精度高等諸多優(yōu)勢,所以在市場上受到如軸承、剎車盤、帶輪體、齒輪等盤類產(chǎn)品生產(chǎn)加工企業(yè)的青睞,對本公司自動(dòng)化加工單元的推廣起到了重要的推動(dòng)作用,目前本文設(shè)計(jì)的料庫已經(jīng)投產(chǎn)十幾套并隨自動(dòng)化加工單元一起交付客戶使用。圖8為我公司為某軸承廠提供自動(dòng)化加工單元所應(yīng)用的大容量單立柱盤式工件旋轉(zhuǎn)料庫的照片。
圖8 料庫的實(shí)際應(yīng)用圖
在充分分析國內(nèi)外現(xiàn)有的自動(dòng)化加工單元料庫基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)出一種高精度的單立柱雙驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)料庫。利用三維建模軟件對自動(dòng)化加工單元的料庫進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),論證了其結(jié)構(gòu)的合理性后,進(jìn)行了小批量投產(chǎn)并得到了用戶的一致認(rèn)可。本文所設(shè)計(jì)的一種旋轉(zhuǎn)料庫,對自動(dòng)化生產(chǎn)模式的推廣起到了重要的促動(dòng)作用。
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(編輯 趙蓉)
The Design and Application of a Large Capacity of Disc-Type Workpiece Library
GUO Sheng,LIJin-dong,LIAOWei,ZHANG Peng
(No.1 LatheWorks,Shenyang Machine Tool Co.,Ltd,Shenyang 110142,China)
W ith the increasing of labor costs,themachining industry is highly dependent upon the automaticmachining unit.A compact structure w ith high-precision workpiece library plays an important role at the whole automaticmachining unit.On the basis of complete understanding of the current situation of domestic and international relevantworkpiece library,a large capacity of disc-type single column rotation workpiece library has been designed.The workpiece library of automatic machining unit has been designed w ith 3D Software and put into operation on the basic of demonstrating structural rationality.This type of workpiece library has got favorable comment of the users.It not only has improved the working environment,decreased costs,improved labor productivity,reduced production costs and brought considerable economic benefits to the client,but also promoted the effect of the domestic automatic machining production mode.
large capacity;disc-type workpiece library;cam indexer;single-column and dual-drive mechanism
TH165;TP391
A
1001-2265(2013)03-0105-03
2012-11-23;
2012-12-17
郭生(1979—),男,沈陽人,沈陽機(jī)床股份有限公司沈一車床廠工程師,碩士研究生,主要研究方向?yàn)閿?shù)控機(jī)床設(shè)計(jì),(E-mail)gsheng_dq@126.com;通訊作者:李進(jìn)冬(1981—),男,河北昌黎人,沈陽機(jī)床股份有限公司沈一車床廠工程師,碩士研究生,主要研究方向?yàn)閿?shù)控機(jī)床設(shè)計(jì),(E-mail)jindong_li@smtcl.com。