軸承閉式單點壓力機自動上下料機械手研制

徐志正　江海兵　金漢清

摘要 文章針對墩鍛軸承毛坯用閉式單點壓力機結構特點和毛坯外形特點，進行了上下料機械手工作原理研究和方案設計，該上下料機械手主要由機械、氣動和電氣控制三個子系統組成；在考慮毛坯夾緊力、安裝空間和工作環境等因素的前提下，對夾緊氣缸、送料氣缸和推料氣缸等進行了參數設計和選型。

關鍵詞 軸承 墩鍛 上下料機械手 氣缸 設計

中圖分類號：TG315文獻標識碼：A

1 軸承毛坯墩鍛用閉式單點壓力機

閉式單點壓力機可完成沖裁、成形、彎曲、淺拉伸、校正等冷沖壓工序，也可以進行鍛壓件熱切邊工序，是壓制各種大、中型薄板成形工件不可少的設備之一。其廣泛應用于汽車、農業機械、電機、家用電器、輕工、儀器儀表、航空、兵器等工業制造部門。閉式單點壓力機在軸承內外圈沖壓成型中廣泛應用，目前基本由人工進行上下料，生產效率低、勞動強度大、工作條件差、危險性高。針對閉式單點壓力機按照軸承內外圈加工工藝要求，特設計自動上下料機械手，該機械手具有體積小，重量輕，操作靈活，工作可靠，可代替人工在高溫和危險的作業區進行作業，減輕勞動強度，提高生產效率等優點。

2 方案設計

用于軸承內外圈沖壓閉式單點壓力機的自動上下料機械手，其由以下三大子系統組成：機械系統、電氣控制系統和氣動系統。

2.1 結構方案設計

自動上下料機械手機械系統如圖1和圖2所示：主要由V型傳送帶、料斗、夾持機械手、送料氣缸、夾緊氣缸、推料氣缸、導軌、滑板、底板、毛坯托板等組成。其工作原理為：軸承毛坯從加熱爐輸出到V型傳送帶上，V型傳送帶通過帶輪旋轉將毛坯輸送到料斗，在錐形料斗中，毛坯恰好成直立狀態，夾持機械手在夾緊氣缸作用下，將毛坯夾住，然后由送料氣缸推動滑板和夾持機械手將毛坯送到單電壓力機的鍛座上，夾持機械手松開，毛坯直立于鍛座上，夾持機械手退回，壓力機滑塊下行，將毛坯墩鍛成圓餅狀，壓力機滑塊上行，并由推料氣缸伸出將沖好的毛坯推出鍛座，完成一個墩鍛循環。

2.2 機械手控制時序

自動上下料機械手主要用于抓去圓柱形毛坯，主要完成物料夾緊、送料、推料等工作，其工作時序如圖3所示。

2.3 氣動系統設計

自動上下料機械手氣動系統如圖4所示，圖中球閥是總進氣通道總控制閥；空氣組合元件由過濾器、減壓閥和油霧器組成，過濾器主要負責過濾壓縮空氣中的雜質，減壓閥主要負責控制系統壓力，油霧器負責后端元件的給油潤滑。流量控制閥主要是控制3個氣缸的進氣和排氣流量，3個電磁換向閥作用是控制氣缸的運動方向，手動閥作用是控制系統是否進氣。

3 設計計算

已知機械手所夾毛坯為2.6KG，重力約為約為26N，機械手與毛坯摩擦因數為 0.5，則夾持力與重力相等，則有：

氣缸輸出力為：

式中為氣缸活塞最大速度，為氣缸活塞理論基準速度，查得氣缸的理論基準速度 = 400mm/s，根據參考文獻查得 = 0.975，式（7）得 = 390mm/s，選用MB系列缸徑50mm的氣缸即能滿足緩沖能力的要求。

② 推料氣缸：已知氣缸行程L=200mm，氣缸動作時間t=0.8s，即氣缸運動速度為250mm/s，取摩擦因素 = 0.5，由式（4）算得氣缸所承受的負載為 = 0.5？.6？.8=13N，計算得推料氣缸缸徑為8.14mm，取D=32mm，選用MB系列缸徑32mm的氣缸能滿足緩沖能力的要求。

③ 夾緊氣缸：氣缸行程L=30mm，氣缸動作時間t=0.1s，氣缸活塞運動速度為300mm/s，由氣缸所需最小輸出力F3 = 94N確定氣缸的負載力為100N，計算出推料氣缸缸徑為22.6mm，取D=32mm，選用MB系列缸徑32mm的氣缸能滿足緩沖能力的要求。

4 實驗研究

該機械手使用表明：單點閉式壓力機自動上下料機械手具有體積小、重量輕和操作靈活方便；能抵抗毛坯材料的高溫，保證長期在高溫工作條件下能夠保持較高的可靠性等優點；其大大提高了鍛壓的生產率，降低了工人的勞動強度，降低成本，具有較高的使用價值和推廣價值。

2011年浙江省大學生大學生科技成果推廣項目（2011R42 7009）；衢州學院中青年學術骨干培養計劃（XNZQN201104）

參考文獻

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[3] 王建明.自動線與工業機械手技術[M].天津：天津大學出版社，2009.1.