基于氣動與伺服技術結合的氣門通用機械手設計與應用

李昌平，趙雷，楊川

（1.重慶永豐精銳氣門有限公司，重慶 401120；2.重慶機電職業技術學院，重慶 402760）

氣門是內燃機上的重要零部件，氣門加工屬于大批量生產，工藝過程較為復雜，加工工序較多，余量小，節拍快，質量要求高。部分氣門生產企業已經開始自動化改造，采用簡易氣動機械手替代人工。如車床上下料、磨床上下料、切斷上下料等都采用了簡易氣動機械手。簡易氣動機械手能夠替代人工，但送料精度低，穩定性不高，維護頻率高，經常會出現送料不到位，導致氣門報廢的情況。為解決這一問題，重慶永豐精銳氣門有限公司和重慶機電職業技術學院合作，以氣門生產工序中的錐面磨床為對象，使用氣動伺服控制結合的方式重新設計了上下料機械手。

簡易機械手由氣缸驅動，并且使用旋轉連桿結構，氣缸的推力受氣壓影響較大。企業的氣源系統氣壓波動較大，導致氣缸輸出推力不穩定，影響定位精度。擺臂機械手和接料結構使用旋轉連桿結構，定位誤差較大，同時當氣缸使用出現一定的磨損后誤差更大，導致穩定下降，故障率增高。

1 氣門通用機械手整體結構設計

根據對簡易機械手的分析，簡易機械手問題存在的主要原因在于核心定位結構采用氣動驅動，核心傳動采用連桿結構導致。故針對以上原因，重新設計了機械手，采用氣動與伺服驅動結合的方式，核心定位結構采用伺服電機帶動滾珠絲桿驅動，同時取代連桿結構，全部使用直線傳動。

如圖1所示，氣動與伺服技術結合的氣門通用機械手主要由三大部分構成：支架系統，自動料倉系統，抓取機械手系統。支架系統主要起支撐整個機械手系統，具有良好的剛性和強度，保證自動料倉滿載負荷時能夠穩定支撐，抓取機械手在高速運行的時候能夠保持剛性，將震動控制在穩定的范圍內。自動料倉系統具備儲存氣門的功能，可以根據氣門的大小進行調整，可以適應不同大小的氣門。還具備分料功能，將存儲的氣門一個一個的分離出來。還具有流水線接口，可以適用于人工裝料，也適于自動流水線連接自動進料。

圖1 氣動與伺服技術結合的氣門通用機械手結構圖

2 關鍵部件結構設計

2.1 抓取機械手系統的設計

如圖2所示，抓取機械手主要作用是將自動料倉里的氣門，精確的抓取到機床氣門裝夾位置。抓取機械手系統主要由伺服電機、直線模組、緩沖器、上下氣缸、送料氣缸、氣動夾爪構成。伺服電機驅動直線滑臺左右做直線運動，直線滑臺主要由直線導軌和滾珠絲杠。直線滑臺帶動上下氣缸左右運動。上下氣缸主要做上下直線運動，帶動送料氣缸和氣動夾爪。在上氣缸上端裝有緩沖器，主要起行程緩沖和行程調整的作用。

圖2 抓取機械手系統

2.2 直線滑臺設計

直線滑臺采用直線導軌支撐導引，使用滾珠絲杠驅動，采用水平壁掛式結構，保證直線滑臺的穩定性和可靠性。需對滑塊負荷和與壽命進行計算并結合導軌生產廠商的參數進行選型。本設備選擇臺灣上銀科技股份有限公司的直線導軌產品。

3 氣動系統設計

氣門通用機械手氣動回路圖如圖3所示，表1為電磁鐵動作順序表。

4 結語

基于氣動與伺服技術結合的氣門通用機械手除了能夠滿足錐面磨床的上下料要求外，還能適用于氣門車床上下料工序，切斷上下料工序等，已經在重慶永豐精銳氣門有限公司大量使用，送料精度高，穩定性高，故障率低。

圖3 氣門通用機械手氣動回路圖

表1 電磁鐵動作順序表