束建芳，章 海，董大釗

（浙江海洋大學(xué)船舶與機(jī)電工程學(xué)院，浙江舟山 316022）

全自動(dòng)熱鐓機(jī)床使用微機(jī)自動(dòng)化控制設(shè)備，經(jīng)過優(yōu)化后的工序：上料、加熱、熱鐓，能夠以加熱器的快速加熱，機(jī)械手的精準(zhǔn)、快速的傳輸動(dòng)作，控制設(shè)備的精確控制，從而達(dá)到較少制造時(shí)間，提升產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。同時(shí)利用微機(jī)系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)的檢測(cè)器組成一張實(shí)時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行網(wǎng)來保證整個(gè)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。與傳統(tǒng)的非自動(dòng)和半自動(dòng)熱鐓機(jī)床相比[1]，生產(chǎn)相同的螺母標(biāo)準(zhǔn)件，所需人員是非全自動(dòng)化熱鐓機(jī)床的1/5～1/6，所需時(shí)間是非全自動(dòng)熱鐓機(jī)床的50%左右，不良品率僅是非全自動(dòng)熱鐓機(jī)床的1/3。同時(shí)由于采用了智能化的控制系統(tǒng)，全自動(dòng)化熱鐓成套設(shè)備的能耗可降低20%左右。

自動(dòng)送料方式有很多種，日本將RF20SD-OR11 機(jī)械手送料裝置與沖床做成一體機(jī)，從橫向進(jìn)行送料，也不適應(yīng)我國(guó)縱向送料的要求[2]，且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，裝配、制造和維修方面都十分困難，同時(shí)價(jià)格十分昂貴。

適合該類型毛坯上料的，我國(guó)常用振動(dòng)盤式上料機(jī)，但其送料的可靠性一直是一個(gè)令人頭疼的問題[3]，進(jìn)料常會(huì)出現(xiàn)進(jìn)少料、進(jìn)料不到位、進(jìn)料倒退等，并且噪音極大、對(duì)工人的健康影響很大[4]。本文設(shè)計(jì)了“靜音式”鏈條式分離上料裝置，設(shè)置了工件定向擋塊，工人只需要將成批的工件隨意倒進(jìn)料箱即可[5-6]，解決了振動(dòng)盤式上料機(jī)存在的問題，相對(duì)于傳統(tǒng)的人工擺放工件，該裝置減輕了人工負(fù)擔(dān)，降低了工人的工作危險(xiǎn)，提高了工作效率。

1 工作原理

圖1 全自動(dòng)鏈條式分離上料裝置Fig.1 automatic chain separating and feeding device

全自動(dòng)鏈條式分離上料裝置主要由底座、料斗、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、送料凸塊、定位擋板、引導(dǎo)槽、儲(chǔ)料槽、氣缸、出料軌道和壓料機(jī)構(gòu)組成，如圖1。

其工作原理為：將毛坯物料倒入料斗中，所設(shè)計(jì)料斗的形狀使物料自行滑動(dòng)集中于鏈條一側(cè)，鏈條開始轉(zhuǎn)動(dòng)，在鏈條上安裝有送料凸塊，跟隨鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著送料凸塊開始由下往上運(yùn)動(dòng)，凸塊上攜帶著物料向上運(yùn)動(dòng)，通過設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)保證每個(gè)送料凸塊只能攜帶一個(gè)物料并且能有確定的姿態(tài)，同時(shí)因?yàn)殒渹鲃?dòng)機(jī)構(gòu)上料部分是傾斜的，以確保物料在上升過程中不會(huì)因重力而墜落。當(dāng)物料跟隨鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)，由引導(dǎo)槽將物料卸下，在此過程中鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)持續(xù)運(yùn)動(dòng)。由引導(dǎo)槽卸下的物料進(jìn)入儲(chǔ)料槽中，在儲(chǔ)料槽中逐個(gè)進(jìn)入壓料輸送機(jī)構(gòu)，通過氣缸和彈簧作用，將物料逐個(gè)輸送出去。

2 全自動(dòng)鏈條式分離上料裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

全自動(dòng)鏈條式分離上料裝置主要由送料機(jī)構(gòu)、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、壓料出料機(jī)構(gòu)組成。

2.1 送料機(jī)構(gòu)

送料機(jī)構(gòu)主要由底座、料斗、定位擋板和送料凸塊構(gòu)成。其中，料斗用于承裝散亂的毛坯物料，主要設(shè)計(jì)為上端開口大便于倒入物料，下端口采用逐漸收縮的傾斜形式，且逐漸向與鏈傳動(dòng)相連部分收縮，可以使得物料只要重力作用的狀態(tài)下能自動(dòng)向料斗底部移動(dòng)，并且能使物料順利地落入送料凸塊上，從而實(shí)現(xiàn)物料的分離和上料，如圖2。

圖2 料斗Fig.2 A hopper

圖3 送料凸塊Fig.3 A convex block

圖3 為送料凸塊模型圖，送料凸塊的主要功能是將物料從料斗中分離出來。送料凸塊通過四個(gè)小孔固定在兩側(cè)帶耳的滾子鏈上，并跟隨鏈條運(yùn)動(dòng)。送料凸塊在鏈條的帶動(dòng)下自下而上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)送料凸塊進(jìn)入料斗底部時(shí)，物料由于重力作用和料斗的傾向作用，使凸塊能夠順利“勾起”物料離開，實(shí)現(xiàn)物料的分離。同時(shí)因?yàn)殒渹鲃?dòng)是傾斜的，在上料過程中不會(huì)讓物料掉下。其中，凸塊的尺寸大小需根據(jù)物料大小而定。設(shè)計(jì)中所用到的物料尺寸為直徑27 mm、長(zhǎng)35 mm 的近似圓柱體短棒料。考慮到一個(gè)凸塊只能攜帶一個(gè)橫放的物料，所以凸塊寬度的極限值為40 mm（近1.5 個(gè)直徑計(jì)），凸塊長(zhǎng)度的極限值為52 mm（近1.5 個(gè)長(zhǎng)度計(jì)），考慮到只能選取一個(gè)及后續(xù)調(diào)整姿態(tài)問題，最終凸塊長(zhǎng)度設(shè)置為28 mm、寬度為20 mm，凸塊的厚度約為8 mm，同時(shí)為了防止2 個(gè)物料重疊放入1 個(gè)凸塊上和物料出現(xiàn)豎立著放置的情況，將2 個(gè)凸塊之間的距離設(shè)置為（27,35）之間，最終定為30.1 mm（根據(jù)下文鏈節(jié)距P=12.7 mm，每隔3 個(gè)鏈節(jié)安裝1 個(gè)凸塊，，合適）。為了與引導(dǎo)槽相配合，將凸塊設(shè)計(jì)成由3 個(gè)長(zhǎng)方體組成，且每個(gè)長(zhǎng)方體下部聯(lián)接處設(shè)置有引導(dǎo)坡口。

放置散亂的物料被送料凸塊“勾起”，很少能出現(xiàn)放置完美的情況，大多數(shù)放置在凸塊上的棒料都是一邊多一邊少，棒料并沒有和凸塊中線形成對(duì)稱，這樣讓物料在上料過程中容易掉落，因此在物料進(jìn)行分離后會(huì)經(jīng)過由2 塊呈八字形開口的定位擋板所在的區(qū)域，棒料從擋板的大口進(jìn)，小口出，棒料通過2 個(gè)八字形擋板來調(diào)整姿態(tài)，最終調(diào)整為沿凸塊中心線對(duì)稱。

2.2 鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

本裝置中鏈傳動(dòng)的主要功能是帶動(dòng)送料凸塊實(shí)現(xiàn)物料分離和上料。根據(jù)物料的尺寸并查閱相關(guān)鏈條的齒輪標(biāo)準(zhǔn)，鏈傳動(dòng)中，選用短節(jié)距輸送鏈，兩側(cè)帶彎板，型號(hào)初步選用為08B，其節(jié)距為P=12.7 mm。據(jù)設(shè)計(jì)要求熱模鍛加工生產(chǎn)為25 個(gè)·min-1。棒材上料需考慮其上料效率，為保證生產(chǎn)初步設(shè)定上料效率為50%。由此可得上料機(jī)構(gòu)最大上料數(shù)可以為50 個(gè)·min-1。查閱鏈輪齒數(shù)參數(shù)表，初選鏈輪齒數(shù)為30 齒，傳動(dòng)比為i=1。初選中心距：

由下式確定鏈節(jié)數(shù)：

取鏈節(jié)數(shù)為110 節(jié)。

鏈速的確定，由上料效率和鏈輪齒數(shù)按如下公式計(jì)算鏈速：

n1為鏈輪轉(zhuǎn)速；N 為每分鐘所需上料數(shù)；為鏈輪齒數(shù)；C 為凸塊安裝間隔鏈節(jié)數(shù)；P 為節(jié)距；V 為鏈速；

通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，本鏈傳動(dòng)的鏈速V＜0.6 m·s-1，鏈傳動(dòng)可能出現(xiàn)靜強(qiáng)度不足而被拉斷的現(xiàn)象，故由下式進(jìn)行靜強(qiáng)度校核[4]。本裝置為分離上料裝置，運(yùn)動(dòng)速度較慢，運(yùn)行平穩(wěn)所選用的原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)。因此選用KA=1.0。計(jì)算過程做一定簡(jiǎn)化處理：為保證鏈條滿足靜強(qiáng)度要求，假設(shè)鏈條所受最大載荷為總重量：

S 為安全系數(shù)，要求大于4～8；m 為鏈的排數(shù)；Q 單排鏈的極限拉伸載荷；KA工況系數(shù)；F1鏈的緊邊工作拉力；

靜強(qiáng)度安全裕度相當(dāng)大，顯然滿足靜強(qiáng)度要求，考慮結(jié)構(gòu)安裝設(shè)計(jì)要求，不用調(diào)整。

2.3 壓料送料機(jī)構(gòu)

壓料送料機(jī)構(gòu)主要由引導(dǎo)槽、儲(chǔ)料槽、壓料機(jī)構(gòu)、送料軌道、氣缸和彈簧組成。引導(dǎo)槽結(jié)構(gòu)模型如圖4 所示。圖中引導(dǎo)槽右側(cè)為1 個(gè)八字形開口，方便引導(dǎo)棒料進(jìn)入，之后是由2 根細(xì)鋼條和兩側(cè)擋板組成的前端引導(dǎo)區(qū)。該引導(dǎo)區(qū)與送料凸塊之間的配合如圖5 所示。當(dāng)凸塊隨著鏈條傳動(dòng)到弧頂最高點(diǎn)時(shí)，引導(dǎo)區(qū)的兩根細(xì)鋼條剛好進(jìn)入凸塊長(zhǎng)方體下方的坡口，隨著鏈條的轉(zhuǎn)動(dòng)，使棒料脫離凸塊，向引導(dǎo)槽里滾去，從而實(shí)現(xiàn)了棒料從凸塊到引導(dǎo)槽的轉(zhuǎn)移。

圖4 引導(dǎo)槽模型圖Fig.4 Model diagram of guide groove

引導(dǎo)槽上的棒料直接滾入儲(chǔ)料槽中，儲(chǔ)料槽中的棒料因重力作用逐個(gè)進(jìn)入壓料機(jī)構(gòu)中，具體如圖6 所示，通過氣缸帶動(dòng)推桿將物料推出，為了能讓物料完全被推出，推桿的行程應(yīng)大于棒料的長(zhǎng)度。壓緊機(jī)構(gòu)由彈簧和壓緊推桿組成，其剖視圖如圖7 所示。在壓緊推桿的兩側(cè)有擋板，內(nèi)置了1 根彈簧，當(dāng)推桿在氣缸作用下處于推出的極限位置時(shí)，彈簧被壓緊，壓緊推桿將儲(chǔ)料槽內(nèi)的下一個(gè)棒料壓緊使其不能落下，當(dāng)氣缸退回，彈簧被放松，棒料落下。為了確認(rèn)棒料能夠被壓緊，在壓料機(jī)構(gòu)中設(shè)置了一段預(yù)緊行程，能保證第一個(gè)棒料在被推出之前第二個(gè)棒料已經(jīng)被壓緊不能掉落。同時(shí)為了讓棒料順利落下，當(dāng)氣缸推桿退到最右端時(shí)，氣缸推桿會(huì)帶動(dòng)壓緊推桿向右移動(dòng)一段距離。

圖5 引導(dǎo)區(qū)與送料凸塊之間的配合圖Fig.5 Mating diagram between guide area and feeding convex block

圖6 壓料機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖Fig.6 Structural diagram of swage setting device

圖7 壓緊機(jī)構(gòu)剖視圖Fig.7 Section view of compressing device

3 結(jié)論

使用表明：該全自動(dòng)熱鐓機(jī)床鏈條式分離上料裝置有效地降低了噪音，可以對(duì)坯料進(jìn)行逐個(gè)抓取、輸送，并初步自動(dòng)定向，具有一定的儲(chǔ)存量，下落后能夠完成預(yù)期的定向排列，可靠性高。同時(shí)通過控制器實(shí)現(xiàn)定時(shí)、定量，按需上料，保證生產(chǎn)過程頻繁上料的需求，以利于減輕工人的體力勞動(dòng)，提高工作效率。