一種上下料提升機構的設計

陳建芳，王 妮，徐少帥，王 凱，晁春亮

（秦川集團（西安）技術研究院有限公司，西安 710018）

0 引言

在機床智能化發展的形勢下，市場對于設備的自動化集成程度要求越來越高。隨著人工成本的不斷上升，以及原材料價格的上漲等，人工作業的效率低，以及存在人工操作失誤等不可控因素的存在，致使產品的合格率具有很大的隨機性，加之繁重的生產任務和較大的勞動強度，亦會導致零件的生產節拍受到很大的影響，嚴重的還會拖延產品的生產進度及交付期，帶來較大的經濟損失，不利于提升產品的競爭力[1-3]。高端數控機床是裝備制造業的重要工作母機，是中國發展智能制造的五類關鍵技術之一，裝備制造業的發展起到了關鍵性作用，機床企業更好地提升數控機床的智能化程度，為智能化生產打下堅實基礎。《中國制造2025》將數控滾齒機和基礎制造裝備行業列入中國制造業的戰略必爭領域之一，加快發展智能機床，是實施這一規劃，打造制造強國的關鍵和基礎，高速、高效數控滾齒機的研制已成為近幾年滾齒設備制造技術研究的重點。

由于齒輪品種規格繁多，使用量大面廣，齒輪的生產制造在裝備制造業中占有十分重要的地位[4]，因此對于滾齒機的高速、高效高精度以及自動化智能制造的要求也越來越明確。為了節省人力，降低勞動強度，加工節拍的日益提高，可在數控滾齒機上增加上下料的自動提升裝置，用自動上下工件的方式來排除掉人為因素，替代原有的人工操作，使整個過程可控制，所以有必要開發自動上下工件的裝置來滿足齒輪滾切加工設備的生產節拍[5]。

本文自主設計制造的上下料提升機構，目前用于數控滾齒機自動上下工件。在批量滾切加工軸齒、盤齒、雙聯齒或者多聯齒輪、花鍵齒輪等不同類型工件時，均可適用，能夠滿足批量生產的加工節拍，降低人工勞動強度，實現高效自動化控制。該機構可適用于自動化行業物料傳送和其它機械加工設備作為選配的功能部件，也可用于金屬切削加工工件的自動運送。

1 提升機構結構設計

本文所設計的自動上下料機構，該機構具有運送工件上下往復運動時，位置可靠、平穩、行程到位自動檢測、行程可調、物料在位檢測等功能及特點。運送工件到位后，等待機械手爪抓取工件后進行滾齒加工。同時，在工件加工完成后，機械手爪將加工后的工件抓取并旋轉到上料區，通過該機構將工件運送到下料區，等待工件被抓取，離開下料區，從而完成從上料到加工結束后下料的整個工件運送過程。

在設計上下料提升機構時應考慮加工件的規格大小、軸類工件的長度、工件材質以及生產加工節拍等因素。該提升機構是供機床YK3132 數控滾齒機配套使用，所設計的提升機構最大運送齒輪工件直徑320 mm，最高提升行程300 mm。同時要保證設計的提升機構能滿足快速移動，提升平穩、快速移動速度可達5 m/min 以上；定位準確、可靠，定位精度1 mm內，重復定位精度1.5～2 mm，通過調節外置傳感器位置也可提高，使工件準確到達目標位置。通過這些設計要求，該提升機構最終整體結構設計如圖1 所示。

圖1 上下料提升機構三維結構圖

2 工作原理

該上下料提升機構設計的是豎直運送工件的工作狀態，托盤部分整體部分上升（下降）是依靠一個平面三點定位支撐，其中，驅動軸和兩個導向桿2 在平面上成三角形位置布置，來保證豎直移動部件的平穩性。該結構上下行程設計為300 mm，氣缸3 作為驅動源，氣缸配有上下運動的導向柱，來保證移動部件在移動過程中的對中精度；由于導向桿2 作連續的往返運動，所以我們在設計時考慮了發熱以及磨損，為此增加黃銅材質的導向套筒4，來減少上下反復移動對導向桿表面產生的磨損。行程到位的檢測設計有電感式傳感器8，來反饋是否到達設定的位置；氣缸的接近開關9 是保證氣缸移動到實際要求的位置；上下行程到位均配有緩沖裝置，保證工件及托盤移動部件到達要求位置前有減緩作用。

另外，本機構運送的工件可能是盤齒和軸齒兩大類，需要設計對應的工件托座6，針對不同的工件類型，該托座是要可更換的。根據具體的工件設計對應的托座，托座一般設計為尼龍材質，主要以防止與鋼制材質工件相互間產生碰撞，以免損傷工件表面。對于盤齒類工件，如果只是工件直徑的不同，僅需要考慮物料傳感器的安裝位置。所以工件托座上設計的傳感器安裝位置左右是需要調整的，以滿足不同規格的工件。

該機構目前用在濕式滾齒機床上，由于加工后的工件從加工區被機械手爪抓取后轉到非加工區，進行下料過程中，可能會帶有殘余切削液，因此在12接油盤上設計有油管接頭，以便于冷卻液堆積后的排出。如果對于干式滾齒機床，該油管接口可用油塞塞住。此處結構的設計是考慮到上下料提升機構在兩種設備中都可通用。

3 結構設計的創新點

該自動上下料裝置結構緊湊，操作簡便，設置有自動檢測反饋環節，針對不同的工況或運行狀態設有信號反饋，檢測運送工件是否到位的準確反饋；若出現故障時報警語句將出現在數控系統界面上，便于操作人員及時查找問題，解決問題，進而實現加工生產線的自動化控制需求。可適用上下料工件規格范圍較大，裝置可適用于其他切削機床上，模塊化集成。

4 機構使用情況

該提升機構在機床設備上實際安裝及現場使用見圖2。現場使用運行平穩、效果良好，能穩定可靠地將工件提升或者下落到目標位置。配有該提升機構的滾齒機設備在客戶現場與其它工序的設備已連入自動生產線，使用機器人將工件放入托盤或者從托盤上抓取工件。在高強度的生產任務和高速加工節拍的要求下，能夠降低工人勞力，可完全借助機器人將待加工件上料到提升機構的托盤或者抓取加工后的工件實現下料。

圖2 提升機構現場使用情況

5 結束語

該上下料提升結構也可應用到其它設備的物料（工件）自動化的運送，為后續機械手爪的在位抓取提供方便，具有較好的可移植性。在滿足具體的行程要求下，只需要更換相應的底座零件，以及工件托座，就能實現結構的模塊化遷移使用。因此該機構在配套使用時，能滿足不同規格的設備相互間的差異，通用性較強，節省了設計周期，節約了開發成本，實現了自動上下料的功能，能夠滿足當下智能制造、智能生產的自動化集成需求。