閉式機(jī)械壓力機(jī)自動交換工作臺結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

邱玉良，彭鑫亮，李立豐

（1.榮成華東鍛壓機(jī)床股份有限公司，山東 榮成 264300；2.山東邁特力重機(jī)有限公司，山東 德州 251200）

閉式機(jī)械壓力機(jī)是鍛壓生產(chǎn)中一種重要設(shè)備之一，目前，現(xiàn)有的閉式機(jī)械壓力機(jī)普遍配備有交換工作臺，交換工作臺能更便捷的更換模具。但是從使用效果看，傳統(tǒng)交換工作臺在使用過程中會出現(xiàn)一系列問題，影響機(jī)床的使用、鍛壓零件質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

而如今隨著制造業(yè)快速發(fā)展和市場激烈競爭需要，提高鍛造和沖壓零件精度、質(zhì)量和生產(chǎn)效率成為制造企業(yè)采購設(shè)備優(yōu)先選擇。而機(jī)械壓力機(jī)實現(xiàn)高效、精密、穩(wěn)定可靠、智能自動化線是關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢，這樣對機(jī)械壓力機(jī)交換工作臺提出了更高要求。

為此本文設(shè)計了三種新的自動交換工作臺來解決傳統(tǒng)交換工作臺在使用中出現(xiàn)的一系列問題，同時提高了鍛壓零件的質(zhì)量和壓力機(jī)的生產(chǎn)效率。

1 傳統(tǒng)交換工作臺的問題

傳統(tǒng)交換工作臺因其結(jié)構(gòu)設(shè)計落后以及在實際使用中的工作情況不佳，容易出現(xiàn)一系列問題：①交換工作臺滾輪同步性差；②交換工作臺導(dǎo)向精度低、穩(wěn)定性差的問題；③交換工作臺停止位置不準(zhǔn)確，影響定位精度；④采用固定式撞塊，影響自動換模和生產(chǎn)效率；⑤移出后沒有準(zhǔn)確定位及夾緊機(jī)構(gòu)；⑥交換工作臺定位靠圓柱銷定位，長時間使用造成磨損，回程停止時定位不準(zhǔn)；⑦沒有超重過載檢測報警，當(dāng)超重使用，壓壞導(dǎo)軌，破壞機(jī)床精度；⑧現(xiàn)有的交換工作臺無法實現(xiàn)自動控制，不能滿足機(jī)械壓力機(jī)自動化、智能化生產(chǎn)線自動交換工作臺的需要。

2 自動交換工作臺的設(shè)計

為了解決傳統(tǒng)交換工作臺在實際工作中出現(xiàn)的問題，提高鍛壓零件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，滿足機(jī)械壓力機(jī)自動化、智能化生產(chǎn)線對自動交換工作臺的需要，本文設(shè)計了閉式機(jī)械壓力機(jī)三種不同驅(qū)動形式的自動交換臺。

2.1 液壓驅(qū)動交換工作臺

閉式機(jī)械壓力機(jī)前后（或左右）部設(shè)有單套或雙套交換工作臺，交換工作臺左右（或前后）兩側(cè)的自潤滑銅導(dǎo)軌板與左右導(dǎo)軌構(gòu)成滑動導(dǎo)軌副，導(dǎo)軌副為交換工作臺前后（或左右）移動起精確導(dǎo)向作用，解決了交換工作臺的跑偏問題。

液壓驅(qū)動交換工作臺設(shè)有兩套多級液壓油缸驅(qū)動裝置，連接軸將多級液壓油缸的連接頭和固定座連接在一起，固定座隨工作臺移動。多級液壓油缸通過管路連接在液壓泵站上，液壓泵站采用伺服電機(jī)驅(qū)動，伺服電機(jī)與PLC配合，準(zhǔn)確控制多級液壓油缸供油量，實現(xiàn)交換工作臺的精確移動，與傳感器配合，實現(xiàn)誤差檢測與補(bǔ)償功能。圖1～圖4分別為液壓驅(qū)動交換工作臺的剖視圖、俯視圖、前視圖與側(cè)視圖，由此可以看出液壓驅(qū)動交換工作臺的整體結(jié)構(gòu)。

圖1 液壓驅(qū)動交換工作臺剖視圖

圖2 液壓驅(qū)動交換工作臺俯視圖

圖3 液壓驅(qū)動交換工作臺前視圖

圖4 交換工作臺側(cè)視圖

交換工作臺內(nèi)設(shè)有四處夾緊裝置，夾緊缸上安裝有夾緊頭，四個夾緊塊安裝在底座和基礎(chǔ)上，使交換工作臺固定。夾緊裝置讓交換工作臺在移出停止?fàn)顟B(tài)具備夾緊功能，配合定位裝置，保證了模具安裝位置的準(zhǔn)確性，確保模具自動化更換的定位精度，夾緊裝置結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 夾緊裝置示意圖

交換工作臺左右兩邊中間位置設(shè)有錐形定位裝置。錐形定位銷安裝在底座和基礎(chǔ)上，當(dāng)交換工作臺處于移出狀態(tài)時也有定位功能，工作臺體和法蘭套內(nèi)裝有自潤滑導(dǎo)向銅套，錐形定位套可在自潤滑導(dǎo)向銅套內(nèi)移定，當(dāng)工作臺下落時錐形定位套與錐形定位塊接觸，實現(xiàn)定位功能。錐形定位裝置擁有更好的定位精度，能自動找正，且抗磨損能力比圓柱定位銷好，錐形定位裝置結(jié)構(gòu)如6所示。

圖6 錐形定位裝置示意圖

交換工作臺設(shè)有撞塊自動升降裝置，碰塊固定于工作臺上，撞塊安裝在頂起缸上部，頂起缸固定在底座上，每個頂起缸下端有兩個傳感器，分別檢測頂起和落下是否到位，主要作用是防止交換工作臺歸位減速停止超過預(yù)定位置，實現(xiàn)間接定位功能，通過PLC控制，交換工作臺具有撞塊輔助停止功能且不會發(fā)生干涉情況，撞塊自動升降裝置結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 撞塊自動升降裝置示意圖

交換工作臺設(shè)有四套導(dǎo)軌清理器裝置，主要作用是清理鋼軌上的異物，防止異物損傷滾輪和鋼軌。當(dāng)工作臺升起時墊板靠自身重力落下，墊板下部與鋼軌留有0.5mm間隙，隨工作臺移動也不會劃傷鋼軌，工作臺落下時墊板被鋼軌壓回，導(dǎo)軌清理器裝置結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 導(dǎo)軌清理器裝置示意圖

交換工作臺前后位置設(shè)有兩套交換工作臺傳感器裝置。傳感器旋緊在尼龍蓋上，用螺栓和彈性墊圈將尼龍蓋固定在交換工作臺體上，檢測交換工作臺移出和移進(jìn)停止落下是否到位，交換工作臺傳感器裝置結(jié)構(gòu)如圖9所示。

交換工作臺四角處都設(shè)有滾輪頂起裝置，將頂起缸固定在交換工作臺內(nèi)，將底部的導(dǎo)向板固定在滾輪支架上部，用螺栓將導(dǎo)向板和滾輪支架整體固定在頂起缸上，然后用滾輪軸將滾輪固定在支架內(nèi)部，并將滾輪軸固定，滾輪、頂起缸與交換工作臺構(gòu)成了一個整體。在交換工作臺上安裝有超重傳感器，當(dāng)模具重量超過額定載荷時，傳感器發(fā)出信號報警，PLC控制電機(jī)停止工作，有效防止過載，起到保護(hù)機(jī)床的作用，滾輪頂起裝置結(jié)構(gòu)如圖10、圖11所示。

圖9 交換工作臺傳感器裝置示意圖

圖10 滾輪頂起裝置示意圖

交換工作臺基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)有液壓泵站裝置，與工作臺體內(nèi)的滾輪頂起缸、夾緊缸和撞塊頂起缸構(gòu)成一個系統(tǒng)。液壓泵站通過管路經(jīng)固定式分流集流閥給各個缸供油，保證提供給各支路的油壓相同，從而保證各夾緊缸、頂起缸升起和落下的同步性。液壓泵站配有電磁閥可通過PLC分別控制各個頂起缸、夾緊缸的正向和反向供油，可實現(xiàn)PLC控制各個缸隨時伸出與收回的互鎖。圖12為多級液壓油缸驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

2.2 閉式機(jī)械壓力機(jī)齒條式交換工作臺

齒條式交換工作臺前部中間位置設(shè)有伺服電機(jī)驅(qū)動的雙齒輪消隙減速箱裝置，并通過螺栓安裝，確保交換工作臺的受力均勻。齒條安裝在基礎(chǔ)的支架上，雙齒輪消隙減速箱下端安裝雙齒輪與齒條嚙合，雙齒輪具有很高的傳動精度，提高了交換工作臺的定位精度和重復(fù)定位精度，伺服電機(jī)通過PLC控制，交換工作臺通過齒輪齒條傳動實現(xiàn)精確移動，且與傳感器配合使用，可實現(xiàn)誤差檢測與位置補(bǔ)償功能，圖13～圖15為齒條式交換工作臺的剖視圖、俯視圖與前視圖。

圖11 滾輪頂起裝置示意圖

圖12 多級液壓油缸驅(qū)動裝置示意圖

圖13 齒條式交換工作臺剖視圖

圖14 齒條式交換工作臺俯視圖

圖15 交換工作臺前視圖

2.3 閉式機(jī)械壓力機(jī)滾珠絲杠式交換工作臺

滾珠絲杠式交換工作臺前部中間位置設(shè)有伺服電機(jī)驅(qū)動的滾珠絲杠裝置，伺服電機(jī)固定在基礎(chǔ)上，通過連軸套和滾珠絲杠連接，滾珠絲杠兩端安裝有軸承，軸承固定在支撐座上，支撐座一端安裝在基礎(chǔ)上，另一端固定在底座外側(cè)面，帶導(dǎo)向槽的固定座安裝在交換工作臺前部中間位置下部，確保交換工作臺的受力均勻，解決跑偏的問題,如圖19所示。固定座內(nèi)安裝有長條形帶凹形階梯臺的螺母，螺母在帶導(dǎo)向槽的固定座內(nèi)只可上下平移不可轉(zhuǎn)動，螺母安裝在滾珠絲杠上，伺服電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)推動螺母、固定座和交換工作臺延滾珠絲杠軸線上前后移動。固定座上裝有接近開關(guān)，可實現(xiàn)位置檢測，滾珠絲杠具有低摩擦阻力，高傳動效率，高疲勞壽命和精度壽命的特點，可實現(xiàn)精密和高速進(jìn)給的功能，保證其具有很高的傳動精度，提高了交換工作臺的定位精度和重復(fù)定位精度，且與傳感器配合使用，可實現(xiàn)誤差檢測與位置補(bǔ)償功能，圖16～圖18位滾珠絲杠式交換工作臺剖視圖、俯視圖與前視圖。

圖16 滾珠絲杠式交換工作臺剖視圖

圖17 滾珠絲杠式交換工作臺俯視圖

圖18 滾珠絲杠式交換工作臺前視圖

以上所述的三種技術(shù)方案不僅適用于前后移動的工作臺，同樣適用于左右移動的工作臺，也可以單臺獨(dú)立使用，具有很強(qiáng)的適用性。

3 結(jié)束語

圖19 伺服電機(jī)帶動的滾珠絲杠驅(qū)動裝置示意圖

本文中設(shè)計的三種閉式機(jī)械壓力機(jī)自動交換工作臺結(jié)構(gòu)獨(dú)特，可以實現(xiàn)交換工作臺的精確導(dǎo)向、精準(zhǔn)定位，保證移動距離準(zhǔn)確；同時擁有超重檢測報警功能，可有效防止過載，保護(hù)機(jī)床；而且移出后具備定位、夾緊及互鎖功能，能夠?qū)崿F(xiàn)自動更換工作臺的功能。自動交換工作臺提高了交換工作臺工作時更換模具的速度、重復(fù)定位精度、穩(wěn)定性、可靠性，可實現(xiàn)單機(jī)或生產(chǎn)線的智能化、自動化控制，具有延長交換工作臺使用壽命和提高鍛壓產(chǎn)品質(zhì)量等優(yōu)點。