六工位管端機上下料工作裝置的結構設計

李朱鋒 許寧萍 顧 海 YANG Jeong-Yean

（1.南通理工學院 機械工程學院，南通 226002；2.牧園大學 工學院，韓國 大田 35349）

管端機是常態下對管件進行擴口、縮口及縮管的一種加工成形設備[1]。本文為六工位管端機設計一種自動上下料工作裝置，代替傳統的手工上下料操作。該裝置能夠減少重復裝夾銅管帶來的精度誤差，縮短加工時間，提高加工效率[2]。

1 上下料工作裝置工藝流程分析

自動上下料工作裝置必須具備良好的適應性和可調性，才能完成不同規格的銅管加工[3-5]。本次設計的裝置適用于直徑為4.76～31.75 mm、有效長度為70～1 200 mm的銅管。

上下料的具體工藝流程，如圖1所示。六工位管端機開始正常工作時，銅管在階梯式上料機構的作用下從料倉開始向待加工位置移動。當檢測元件確認待加工位置沒有銅管后，銅管經過擋料機構落入待加工位置，再由推料機構將銅管推向六工位管端機進行加工，待加工完成后由下料機構將銅管移至成品區，至此加工完成。

圖1 上下料工作的工藝流程圖

2 上下料工作裝置結構設計

根據工藝流程，對各道工藝設計對應的機械結構，主要包括機架、上料裝置、定位裝置和下料裝置4部分。

2.1 機架的設計

機架主體由方管和板材焊接而成，在機架的底部使用圓形腳環固定[6-7]。為了方便其他機構安裝，在機架上安裝了上料機構導軌安裝板和軌道升降蝸輪固定板。

2.2 上料裝置的設計

本文采用階梯式上料方式，具有效率高、工作可靠、通用性好以及不損傷工件等優點。通過調節結構，能夠完成不同規格銅管的上料工作[8-9]。該裝置主要分為4部分，分別是上料機構、頂料機構、擋料機構和調節機構。它的整體結構圖和局部結構圖分別如圖2和圖3所示。

圖2 上料裝置的整體結構圖

圖3 上料裝置的局部結構圖

上料機構是使銅管從料倉中向待加工位置移動的裝置，如圖3（a）所示。銅管的左右兩端設有擋板，能夠防止銅管從支架上掉落。同時，擋板的位置也可以根據銅管長度進行調整。因為上料裝置的右側靠近管端機，所以在裝置的右側設計了固定支架。支架上安裝有擋板，銅管的最右端放置在固定支架上。銅管的最左端設置活動支架且安裝有擋板，以限制銅管的左右移動。

銅管在支架上固定后，需要通過頂料機構將銅管運送到擋料機構。頂料機構安裝在鋁型材上，如圖3（b）所示。銅管沿著支架的側面向上運動時，不會出現左右不平衡的情況。當頂料板的平面與支架的平面貼合時，銅管會沿著斜面滑入支架的下一層。此時頂料裝置會回到原位，上料動作完成，之后重復這一過程。

擋料機構是上料裝置中的重要部分，如圖3（c）所示。當上料機構將銅管運輸到最上層時，擋料機構會將銅管擋在支架的最上層。當六工位管端機的加工位出現空缺且導軌上沒有銅管時，擋料機構會收到檢測元件發出的安全信號，從而釋放銅管。銅管在自身重力的作用下沿著支架最上層的斜面向下滾動，落入導軌。

為了適應不同管徑的銅管，設計了調節機構，如圖3（d）所示。在升降型材鎖緊塊上設置升降連接板，通過導軌調整頂料機構與支架之間的距離，從而實現不同管徑銅管的上料。另外，為了防止在運動過程中升降連接板出現滑動，造成銅管掉落或過量上料，在升降連接板上安裝了平移連接板，并將平移連接板的另一端與升降蝸輪連接，通過調節升降蝸輪蝸桿的伸出量控制頂料機構所需的距離。蝸輪蝸桿連接桿能夠保證左右蝸輪蝸桿的伸出量相同。與人工手動調節左右升降連接板的位置相比，升降蝸輪準確性更高，且有良好的自鎖性，在調節完成后能夠保證升降連接板的位置不發生變化。

2.3 定位裝置的設計

當加工工位上無銅管時，壓料機構會向下移動，從而固定之前由頂料機構和擋料機構運輸到導軌的銅管，并通過推料機構將銅管推向待加工位。在此過程中，由壓料機構、軌道和推料機構共同完成銅管的校直。定位裝置整體結構如圖4所示，包括壓料機構、推料機構和軌道3部分。各部分的局部結構圖如圖5所示。

圖4 定位裝置的整體結構圖

壓料機構是定位裝置中的重要部分，承擔著定位和信號傳輸的作用，如圖5（a）所示。用壓輪代替壓桿能夠減少銅管移動過程中受到的摩擦，使推料機構更容易推動銅管，減少銅管在運輸過程中的損耗。壓輪本身由軸承和V形輪組成，通過壓料安裝板與壓料氣缸連板連接。壓料氣缸連板上的導向光軸能夠保證壓輪在移動過程中不會出現偏移。

壓料機構將銅管固定后，即完成了銅管的初次定位，然后由推料機構的推桿在無桿氣缸的帶動下將銅管推向六工位管端機的加工位置。推料機構示意圖，如圖5（b）所示。在這一過程中，通過壓輪和軌道之間的V形槽校直銅管位置。當銅管的管徑和長度過小時，可以根據銅管的管徑來更改推料機構中推桿形狀。當銅管的管徑發生變化時，可以轉動手柄，使光軸滑動塊松動，以調整推料調整塊的位置。

軌道由若干個V形塊組合而成，用于放置待加工銅管，具有一定的定位作用，如圖5（c）所示。當銅管的管徑發生變化時，需要調整軌道的位置，使銅管中心與六工位管端機的加工中心對齊。因此，在軌道下方加裝了升降蝸輪，用來調整軌道的位置，以保證銅管中心位置不變。

2.4 下料裝置的設計

下料裝置的作用是將加工完成后的銅管移動至成品區，結構如圖6所示。它由鋁棒、氣缸、下料活動塊、下料活動桿、下料軸承支架、活動連接板和軸承組成。

圖6 下料裝置的結構圖

下料機構是在軌道的基礎上設計而成的一種裝置。軌道的每個V形塊之間有6 mm的間隙，下料裝置的鋁棒的直徑為5 mm。鋁棒通過下料活動塊與下料活動桿相連，并平放在V形塊的間隙中。當銅管加工完成后，鋁棒會和下料活動桿一起在傳動元件的作用下旋轉，從而將銅管撬起。當銅管高于V形塊的高度時，銅管會順著鋁棒落入成品區，之后鋁棒旋轉回到初始位置。為了方便下料活動桿轉動，它的兩端通過軸承與下料軸承支架相連，并在一端安裝了活動連接板，從而使下料活動桿轉動更加方便。

2.5 整體三維模型

根據各裝置的設計，利用SolidWorks軟件建立上下料工作裝置的三維模型，如圖7所示。

圖7 上下料裝置整體三維模型圖

3 結語

首先，分析六工位管端機上下料工作裝置的工藝流程，設計了該裝置的機械結構，主要包括機架、上料裝置、定位裝置和下料裝置4個部分。其次，重點分析上料裝置和定位裝置的結構。在上料裝置中，為了便于加工采用了階梯式上料，在減少銅管磨損的同時，通過調節升降蝸輪和活動支架的位置能夠實現不同管徑和不同管長的銅管上料工作。最后，利用三維建模軟件繪制該裝置的整體三維模型圖。與傳統人工上下料方式相比，該上下料工作裝置減輕了工人的勞動強度，提高了生產效率，降低了生產成本。