汽車同步齒環(huán)外錐面磨削自動上下料裝置的研制

孫春霞，李斌

(1.常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇常州 213164；2.常州光洋軸承股份有限公司，江蘇常州 213164)

0 引言

圖1為某汽車同步齒環(huán)的示意圖，大端面均布有3個齒A，是內(nèi)外錐面的薄壁套類零件，剛度差。擬在3MK2110臥式數(shù)控磨床上大批量磨削外錐面β2，需研制一套氣動上下料裝置，要求在4 s內(nèi)完成一個動作循環(huán)。

圖1 某同步齒環(huán)示意圖

1 總體方案設(shè)計(jì)

自動上下料裝置需要完成抓料、送料、卸料3個動作，如圖2所示:擺動臂11在工位Ⅰ抓取由料道送過來的工件4，定軸旋轉(zhuǎn)搬運(yùn)至工位Ⅲ，在工位Ⅲ完成零件加工后，返轉(zhuǎn)回到工位Ⅱ卸料，再繼續(xù)返轉(zhuǎn)至工位Ⅰ取料，完成一個自動上下料動作循環(huán)。

圖2 自動上、下料裝置總體布局

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 料道

傾斜料道由擋板5、面板8、料道板3等組成，見圖2。根據(jù)同步齒環(huán)厚度H的大小，調(diào)整傾斜料道擋板5與面板8之間的距離，保證有1 mm左右的間隙。工件4在料道板3上，重力在其斜面上的分力大于摩擦力，使之在料道中一個靠一個源源不斷地滾向垂直料道，緊接著以自由落體的運(yùn)動方式落到工位Ⅰ定位。與傾斜料道等寬的垂直料道長度T取D3+1 mm。

2.2 工件定位座

如圖3所示:由下?lián)醢?和定位桿5右側(cè)斜面組成的非對稱寬V形塊，支撐工件外圓錐面，限制4個自由度，垂直料道前后方向限制1個自由度，對工件不完全定位。V形塊槽底，即定位桿5上有磁鐵6鑲塊吸附工件，防止工件彈跳，但須有間隙Δ以防過定位。

圖3 工件定位座示意圖

擺動臂轉(zhuǎn)動把工件從定位桿5上拉出的同時(shí)，壓迫定位桿5繞定位銷1轉(zhuǎn)動，定位桿上的最高點(diǎn)A被壓到最低位置時(shí)，在不考慮間隙的情況下，這個位置必然落在工件下母線形成的下軌跡線B上，這個位置也是工件脫離V形槽的位置。工件一旦脫離V形槽，在拉簧4的作用下定位桿5快速復(fù)位，限位桿2準(zhǔn)確限位。

工件在垂直料道自由落體一個工件直徑所需時(shí)間t，必須大于定位桿5旋轉(zhuǎn)到最低位置、再回復(fù)到工位Ⅰ初始位置時(shí)所需時(shí)間tτ，即t≥tτ。這也是確定轉(zhuǎn)動角速度的主要時(shí)間參數(shù)，如此工件下落才不受干擾。

(1)

從工位Ⅰ到工位Ⅲ轉(zhuǎn)角為80°，擺動臂所需時(shí)間t1，其勻速轉(zhuǎn)動的角速度ω

(2)

工件從定位桿5上移開，擺動臂繞O轉(zhuǎn)過的角度為τ,所需時(shí)間為tτ，則

(3)

(4)

要求在4 s內(nèi)完成一個動作循環(huán)，時(shí)間分配見表1，因定位桿5拉簧復(fù)位速度快,忽略恢復(fù)時(shí)間。

表1 循環(huán)時(shí)間分配

計(jì)算定位桿5斜面高度h2。定位桿5被下壓到極限位置點(diǎn)B時(shí)， 點(diǎn)B既在以O(shè)為圓心、半徑為(280-D3/2)的下軌跡線上，又在以定位銷1為圓心(O2)、半徑為R的圓周上，故可通過以下計(jì)算知點(diǎn)B的坐標(biāo)和圓O2的半徑R。

點(diǎn)A′是圓O1與圓O2的交點(diǎn)，則

定位桿上的最高點(diǎn)A必須在點(diǎn)A′下方，選點(diǎn)A坐標(biāo)

設(shè)定位桿5斜面與工件外錐面的切點(diǎn)為F，且h1=3～4 mm，故在RT△O1FM中

得：λ=154.8°～158°。

2.3 擺動臂

擺動臂的取料、卸料動作是由氣缸1(元件7)控制的。圖4中，氣缸1(元件7)活塞桿頭部的螺紋旋入氣缸接頭4的螺紋孔中，運(yùn)料指5與氣缸接頭4另一端的螺紋連接。當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)出指令，氣缸1(元件7)向前推動運(yùn)料指5向前運(yùn)動，插入工件6孔中，取料結(jié)束[圖4(a)]；若氣缸1(元件7)向后回縮，則運(yùn)料指5向后移動[圖4(b)]，運(yùn)料指5離開工件6，完成卸料動作。

圖4 擺動臂結(jié)構(gòu)圖

2.4 主動臂

在圖5中，氣缸2(元件6)帶動主動臂4擺動，主動臂4再帶動回轉(zhuǎn)軸2旋轉(zhuǎn)，從而帶動在回轉(zhuǎn)軸2另一端的擺動臂轉(zhuǎn)動。限位桿1(元件3)和限位桿2(元件5)可以限制主動臂4旋轉(zhuǎn)的范圍。氣缸支架軸1穿過氣缸2(元件6)上的耳板孔，氣缸2(元件6)可以繞氣缸支架軸1轉(zhuǎn)動，氣缸2(元件6)也可以繞銷軸7轉(zhuǎn)動。

圖5 主動臂工作示意圖

2.5 主動臂與擺動臂夾角θ

由圖6所示，主動臂的極限位置OⅢ′、OⅠ′是根據(jù)擺動臂OⅢ、OⅠ的工作位置決定。按照零件加工的需要，其夾角β=80°。當(dāng)氣缸2活塞移動時(shí)，對主動臂產(chǎn)生力矩，假設(shè)該力對點(diǎn)O產(chǎn)生的力矩為MO(F氣缸2)，則：

MO(F氣缸2)=F氣缸2cosα×OB

其中：90°-β+θ≤α≤90°+θ。

MO(F氣缸2)從OⅢ′處逐漸增大，到OⅤ位置為最大，然后又逐漸減小。為了保證主動臂產(chǎn)生足夠的力矩，此裝置中θ=130°、OA∶OB=2.5～3。

圖6 主動臂、擺動臂位置關(guān)系圖

2.6 運(yùn)料指

圖7 運(yùn)料指結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)束語

經(jīng)實(shí)踐使用，此裝置各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，性能可靠。

根據(jù)同步齒環(huán)的直徑、厚度等參數(shù)，確定了裝卸一定工件范圍的尺寸系列，研制出相應(yīng)系列的上下料裝置，應(yīng)用于科研生產(chǎn)實(shí)踐，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)和社會效益。

參考文獻(xiàn):

[1]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2016.

[2]張利平.液壓氣動技術(shù)速查手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2016.

[3]張強(qiáng).高精度外錐面磨削夾具的設(shè)計(jì)[J].汽車工藝與材料，2015(5):71-72.

[4]朱金良.同步器齒環(huán)模具的設(shè)計(jì)及加工[J].電加工與模具，2003(3)：55-56.

[5]賈建軍.汽車同步環(huán)制造技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].汽車工藝與材料，1997(12)：1-4.

[6]周保牛，張永燦.三齒盤定位分度工作臺的設(shè)計(jì)研究[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2017(8)：22-23,24.

ZHOU B N,ZHANG Y C.Design Research on Positioning and Indexing Table of Triple Toothed Disc[J].Manufacturing Technology & Machine Tool,2017(8)：22-23,24.