全自動熱鐓機床鏈條式分離上料裝置設計

束建芳，章 海，董大釗

（浙江海洋大學船舶與機電工程學院，浙江舟山 316022）

全自動熱鐓機床使用微機自動化控制設備，經過優化后的工序：上料、加熱、熱鐓，能夠以加熱器的快速加熱，機械手的精準、快速的傳輸動作，控制設備的精確控制，從而達到較少制造時間，提升產品質量和產量。同時利用微機系統的各環節的檢測器組成一張實時系統運行網來保證整個系統的平穩運行。與傳統的非自動和半自動熱鐓機床相比[1]，生產相同的螺母標準件，所需人員是非全自動化熱鐓機床的1/5～1/6，所需時間是非全自動熱鐓機床的50%左右，不良品率僅是非全自動熱鐓機床的1/3。同時由于采用了智能化的控制系統，全自動化熱鐓成套設備的能耗可降低20%左右。

自動送料方式有很多種，日本將RF20SD-OR11 機械手送料裝置與沖床做成一體機，從橫向進行送料，也不適應我國縱向送料的要求[2]，且結構比較復雜，裝配、制造和維修方面都十分困難，同時價格十分昂貴。

適合該類型毛坯上料的，我國常用振動盤式上料機，但其送料的可靠性一直是一個令人頭疼的問題[3]，進料常會出現進少料、進料不到位、進料倒退等，并且噪音極大、對工人的健康影響很大[4]。本文設計了“靜音式”鏈條式分離上料裝置，設置了工件定向擋塊，工人只需要將成批的工件隨意倒進料箱即可[5-6]，解決了振動盤式上料機存在的問題，相對于傳統的人工擺放工件，該裝置減輕了人工負擔，降低了工人的工作危險，提高了工作效率。

1 工作原理

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

全自動鏈條式分離上料裝置主要由底座、料斗、鏈傳動機構、送料凸塊、定位擋板、引導槽、儲料槽、氣缸、出料軌道和壓料機構組成，如圖1。

其工作原理為：將毛坯物料倒入料斗中，所設計料斗的形狀使物料自行滑動集中于鏈條一側，鏈條開始轉動，在鏈條上安裝有送料凸塊，跟隨鏈條轉動，隨著送料凸塊開始由下往上運動，凸塊上攜帶著物料向上運動，通過設計的結構保證每個送料凸塊只能攜帶一個物料并且能有確定的姿態，同時因為鏈傳動機構上料部分是傾斜的，以確保物料在上升過程中不會因重力而墜落。當物料跟隨鏈傳動機構到達最高點時，由引導槽將物料卸下，在此過程中鏈傳動機構持續運動。由引導槽卸下的物料進入儲料槽中，在儲料槽中逐個進入壓料輸送機構，通過氣缸和彈簧作用，將物料逐個輸送出去。

2 全自動鏈條式分離上料裝置的結構設計

全自動鏈條式分離上料裝置主要由送料機構、鏈傳動機構、壓料出料機構組成。

2.1 送料機構

送料機構主要由底座、料斗、定位擋板和送料凸塊構成。其中，料斗用于承裝散亂的毛坯物料，主要設計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，且逐漸向與鏈傳動相連部分收縮，可以使得物料只要重力作用的狀態下能自動向料斗底部移動，并且能使物料順利地落入送料凸塊上，從而實現物料的分離和上料，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。送料凸塊通過四個小孔固定在兩側帶耳的滾子鏈上，并跟隨鏈條運動。送料凸塊在鏈條的帶動下自下而上運動，當送料凸塊進入料斗底部時，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，實現物料的分離。同時因為鏈傳動是傾斜的，在上料過程中不會讓物料掉下。其中，凸塊的尺寸大小需根據物料大小而定。設計中所用到的物料尺寸為直徑27 mm、長35 mm 的近似圓柱體短棒料。考慮到一個凸塊只能攜帶一個橫放的物料，所以凸塊寬度的極限值為40 mm（近1.5 個直徑計），凸塊長度的極限值為52 mm（近1.5 個長度計），考慮到只能選取一個及后續調整姿態問題，最終凸塊長度設置為28 mm、寬度為20 mm，凸塊的厚度約為8 mm，同時為了防止2 個物料重疊放入1 個凸塊上和物料出現豎立著放置的情況，將2 個凸塊之間的距離設置為（27,35）之間，最終定為30.1 mm（根據下文鏈節距P=12.7 mm，每隔3 個鏈節安裝1 個凸塊，，合適）。為了與引導槽相配合，將凸塊設計成由3 個長方體組成，且每個長方體下部聯接處設置有引導坡口。

放置散亂的物料被送料凸塊“勾起”，很少能出現放置完美的情況，大多數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稱，這樣讓物料在上料過程中容易掉落，因此在物料進行分離后會經過由2 塊呈八字形開口的定位擋板所在的區域，棒料從擋板的大口進，小口出，棒料通過2 個八字形擋板來調整姿態，最終調整為沿凸塊中心線對稱。

2.2 鏈傳動機構

本裝置中鏈傳動的主要功能是帶動送料凸塊實現物料分離和上料。根據物料的尺寸并查閱相關鏈條的齒輪標準，鏈傳動中，選用短節距輸送鏈，兩側帶彎板，型號初步選用為08B，其節距為P=12.7 mm。據設計要求熱模鍛加工生產為25 個·min-1。棒材上料需考慮其上料效率，為保證生產初步設定上料效率為50%。由此可得上料機構最大上料數可以為50 個·min-1。查閱鏈輪齒數參數表，初選鏈輪齒數為30 齒，傳動比為i=1。初選中心距：

由下式確定鏈節數：

取鏈節數為110 節。

鏈速的確定，由上料效率和鏈輪齒數按如下公式計算鏈速：

n1為鏈輪轉速；N 為每分鐘所需上料數；為鏈輪齒數；C 為凸塊安裝間隔鏈節數；P 為節距；V 為鏈速；

通過查閱相關文獻，本鏈傳動的鏈速V＜0.6 m·s-1，鏈傳動可能出現靜強度不足而被拉斷的現象，故由下式進行靜強度校核[4]。本裝置為分離上料裝置，運動速度較慢，運行平穩所選用的原動機為電動機。因此選用KA=1.0。計算過程做一定簡化處理：為保證鏈條滿足靜強度要求，假設鏈條所受最大載荷為總重量：

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

靜強度安全裕度相當大，顯然滿足靜強度要求，考慮結構安裝設計要求，不用調整。

2.3 壓料送料機構

壓料送料機構主要由引導槽、儲料槽、壓料機構、送料軌道、氣缸和彈簧組成。引導槽結構模型如圖4 所示。圖中引導槽右側為1 個八字形開口，方便引導棒料進入，之后是由2 根細鋼條和兩側擋板組成的前端引導區。該引導區與送料凸塊之間的配合如圖5 所示。當凸塊隨著鏈條傳動到弧頂最高點時，引導區的兩根細鋼條剛好進入凸塊長方體下方的坡口，隨著鏈條的轉動，使棒料脫離凸塊，向引導槽里滾去，從而實現了棒料從凸塊到引導槽的轉移。

圖4 引導槽模型圖Fig.4 Model diagram of guide groove

引導槽上的棒料直接滾入儲料槽中，儲料槽中的棒料因重力作用逐個進入壓料機構中，具體如圖6 所示，通過氣缸帶動推桿將物料推出，為了能讓物料完全被推出，推桿的行程應大于棒料的長度。壓緊機構由彈簧和壓緊推桿組成，其剖視圖如圖7 所示。在壓緊推桿的兩側有擋板，內置了1 根彈簧，當推桿在氣缸作用下處于推出的極限位置時，彈簧被壓緊，壓緊推桿將儲料槽內的下一個棒料壓緊使其不能落下，當氣缸退回，彈簧被放松，棒料落下。為了確認棒料能夠被壓緊，在壓料機構中設置了一段預緊行程，能保證第一個棒料在被推出之前第二個棒料已經被壓緊不能掉落。同時為了讓棒料順利落下，當氣缸推桿退到最右端時，氣缸推桿會帶動壓緊推桿向右移動一段距離。

圖5 引導區與送料凸塊之間的配合圖Fig.5 Mating diagram between guide area and feeding convex block

圖6 壓料機構結構圖Fig.6 Structural diagram of swage setting device

圖7 壓緊機構剖視圖Fig.7 Section view of compressing device

3 結論

使用表明：該全自動熱鐓機床鏈條式分離上料裝置有效地降低了噪音，可以對坯料進行逐個抓取、輸送，并初步自動定向，具有一定的儲存量，下落后能夠完成預期的定向排列，可靠性高。同時通過控制器實現定時、定量，按需上料，保證生產過程頻繁上料的需求，以利于減輕工人的體力勞動，提高工作效率。