軸承套圈自動化雙夾具上下料輸送線平臺設計

段 建， 王 偉， 許曉東

（揚州工業職業技術學院， 江蘇 揚州 225127）

0 引言

在生產一線進行軸承套圈的加工過程中， 需要不斷進行軸承套圈的上下料操作， 以方便加工平臺能持續進行加工。以軸承套圈的冷擠壓成型為例：在執行冷擠壓之前，需要將待擠壓坯件放入擠壓模中（上料）；在執行冷擠壓之后， 需要將成型的軸承套圈從而擠壓模中取出 （下料）。 然而在傳統加工中，軸承套圈的上下料操作大多依賴于人工完成，存在加工效率低，加工安全性差等問題。針對該問題， 生產中提出利用機械手代替人工進行上下料操作的方式， 但是現有的機械手設備大多需要靠氣體或是液壓進行驅動，因此需要設置額外的驅動設備，導致生產成本大大增加；另外，在進行多個軸承套圈的同步傳送時，現有機械手難以準確進行一個軸承套圈的抓取，由此還存在上下料失誤率較大的問題[1-3]。 筆者結合多年實踐經驗， 設計了一種軸承套圈自動化雙夾具上下料輸送線可有效解決這些痛點問題。

1 整體結構設計

軸承套圈自動化雙夾具上下料輸送線整體結構設計，主要由導料裝置、加工盤、出料帶和夾具組件等部分組成，如圖1 所示。 導料裝置包括持續進料的進料帶、持續轉動的導料盤組件和持續送料的導料帶； 進料帶與導料帶垂直配合，且進料帶以導料盤組件為終點進行進料，導料帶以導料盤組件為起點進行送料；導料盤組件每轉動一周，將進料帶上的一個軸承套圈導送至導料帶上，且導料盤組件與進料帶配合進料時，為導料盤組件的轉動起點；加工盤上對稱設有加工位和卸料位；本裝置相比于現有的機械手而言，無需增加額外的驅動設備，具有結構簡單、成本低等優點[4-6]。

圖1 輸送線的整體結構設計示意圖

2 導料裝置設計

導料裝置主要用于傳送物料， 主要包括持續進料的進料帶、 持續轉動的導料盤組件和持續送料的導料帶，如圖2 所示。導料盤組件包括相互連接的驅動轉軸和轉盤，轉盤通過驅動轉軸驅動轉動，且轉盤的一側開設有僅可容納一個軸承套圈的槽口； 進料帶向導料盤組件進料時，槽口朝向進料帶，且進料帶向槽口內導入一個軸承套圈；導料盤組件向導料帶導料時，槽口朝向導料帶，且導料帶將槽口內的一個軸承套圈帶出； 在轉盤下方設有固定盤，且固定盤頂部與轉盤底部接觸，驅動轉軸貫穿固定盤，且驅動轉軸與固定盤轉動配合；進料帶的進料終端和導料帶的導料始端均嵌入于固定盤內[7-8]。

圖2 導料裝置結構示意圖

轉盤包括半圓形的上盤和下盤， 驅動轉軸與下盤固定連接，且下盤的中心處嵌入固定有轉動電機，轉動電機的輸出端與上盤連接， 并用于驅動上盤與下盤產生相對轉動，以調整槽口尺寸。驅動轉軸上套設固定有同尺寸的第一轉輪和第二轉輪。

第一轉輪的表壁上外凸形成有一個第一弧形齒條，且第一弧形齒條的長度為1/8 第一轉輪弧長； 第二轉輪的表壁上外凸形成有兩個第二弧形齒條， 第二弧形齒條的長度均為1/4 第二轉輪弧長， 且兩個第二弧形齒條一端之間的間隔距離為1/8 第二轉輪弧長， 兩個第二弧形齒條另一端與第一弧形齒條兩端的平面距離均為1/8 第一轉輪弧長。

3 加工盤設計

加工盤是軸承套圈加工的執行部位， 在其上對稱設有加工位和卸料位，如圖3 所示。加工盤與導料盤組件之間連接有第一傳動機構， 且第一傳動機構用于在導料盤組件從轉動角度為180°處轉動至225°處的過程中帶動加工盤轉動180°，以實現加工位和卸料位的切換；設置于加工盤與導料帶之間的出料帶，且三者頂部平齊；出料帶與導料帶平行，且兩者的送料方向相同[9-10]。

圖3 加工盤和夾具組件結構示意圖

4 夾具組件設計

夾具組件包括偏心連接的驅動軸和轉板，如圖3 所示。 在實際應用中，該驅動軸作為驅動傳動部件，采用與上述驅動轉軸相同的原理實現對轉板的偏心轉動驅動；驅動軸位于加工盤與出料帶之間，轉板位于加工盤上方，且轉板底部固定有兩個夾具，兩個夾具分別為第一夾具和第二夾具， 且第一夾具和第二夾具分別靠近轉板的兩端， 以此使得驅動軸在驅動轉板轉動的過程中帶動兩個夾具形成偏心轉動。夾具組件每偏心轉動一周，則通過第一夾具將導料帶上的軸承套圈上料至加工盤的加工位處， 通過第二夾具將加工盤卸料位上的軸承套圈下料至出料帶上[11-12]。

為確保裝置的正常工作， 將夾具設置為被動取料的結構形式。 如圖3 所示， 加工盤上的加工位和卸料位處均安裝有用于限定軸承套圈的限位板，其限位板可為用于磁吸限定金屬軸承套圈的永磁板或電磁板，還可為能限定非金屬軸承套圈的負壓吸板。 夾具包括U 型框和對稱設置于U 型框內的兩個夾板， 且每個夾板與U 型框的內壁之間均連接有夾緊彈簧，如圖4（a）所示；在每個夾板上均設有兩個相互配合的導料斜面， 兩個導料斜面分別為外斜面和內斜面， 外斜面長度小于內斜面長度，且外斜面與內斜面的連接處為外凸結構， 由此方便實現軸承套圈與夾具的配合或分離。 同時，如圖3 和圖4 可以看出， 兩個U 型框的開口方向相同， 且加工盤在執行加工位與卸料位的180°轉動切換時，卸料位從U 型框的開口側轉動切換至加工位[13]。

圖4 夾具組件結構示意圖

5 工作過程分析

5.1 導料盤組件處于轉動角度為0°的初始位置

整體導料盤組件處于轉動角度為0°的初始位置，如圖5 所示。 在該位置下，轉盤槽口朝向進料帶，進料帶向轉盤的槽口進料，且進料的同時，轉盤會在驅動轉軸的驅動下形成順時針轉動。 另外，在該位置下，第二弧形齒條b 的始端與第二齒輪嚙合， 加工位與卸料位的連線垂直于出料帶，第一夾具d 定位于加工位f 處，第二夾具e 定位于出料帶上，實現雙向下料。 由上可知，在轉盤進行順時針轉動時， 通過槽口帶動完成進料的軸承套圈進行轉動，在此過程中通過固定盤對軸承套圈底部進行限定，以實現軸承套圈的穩定導送；另外，還通過第二弧形齒條b與第二齒輪的嚙合會帶動第二齒輪進行逆時針轉動，以此使得第二傳動皮帶或第二傳動鏈條進行逆時針傳動，而在第二傳動皮帶或第二傳動鏈條中， 設有與夾具組件的驅動軸進行嚙合傳動的第二輔助齒輪， 由此使得驅動軸及轉板、兩個夾具形成圖5 中所示的順時針轉動。

圖5 整體導料盤組件處于初始位置時轉動示意圖

值得說明的是， 該位置下第一夾具d 的U 型框開口朝向轉盤所在的反方向， 加工盤上限位板對軸承套圈產生的限位作用力大于兩個夾緊彈簧及夾板對軸承套圈產生的夾緊力，以金屬軸承套圈為例，限位板為磁吸板，則在兩個夾具順時針轉動的過程中， 將第一夾具d 內的軸承套圈磁吸限定至加工盤的加工位f 處。

5.2 導料盤組件轉動90°后的定位位置

在圖5 狀態下，整體導料盤組件繼續順時針90°， 以形成圖6所示狀態， 即整體導料盤組件順時針轉動90°后的定位位置。 在該位置下， 轉盤槽口朝向導料帶， 由此通過導料帶的傳送可將軸承套圈從槽口內帶出， 而第二齒輪則嚙合傳動至第二弧形齒條b 的終端處。 第二轉輪與第二齒輪的傳動比為2∶1， 以保證導料盤組件轉動90°后第二齒輪可轉動180°。

圖6 導料盤組件順時針轉動90°后的定位位置示意圖

在形成圖5-圖6 的轉動后：第一夾具d 按順時針方向轉動至導料帶上， 第二夾具e 按順時針方向轉動至加工盤的卸料位g 處， 且此時第一夾具d 的U 型框開口朝向轉盤， 由此保證軸承套圈從槽口內帶出后即可被導送至第一夾具d 內。 同時對處于加工位f 處的軸承套圈進行加工。

5.3 導料盤組件順時針轉動180°后的定位位置

在圖6 狀態下，整體導料盤組件繼續順時針90°，以形成圖7 所示狀態， 即整體導料盤組件順時針轉動180°后的定位位置。 在形成圖6-圖7 的轉動過程中，第一齒輪和第二齒輪均不被驅動， 由此則使得加工盤和夾具組件定位與圖6 的所示位置， 而軸承套圈則在導料帶上導送，以為第一夾具d 的夾取上料提供時間；值得說明的是， 導料帶與軸承套圈之間產生的摩擦力大于兩個夾緊彈簧及夾板對軸承套圈產生的夾緊力， 由此保證軸承套圈在導料帶的導送下能順利卡入第一夾具d 內。 在卡入時，兩個夾板上的外斜面相互配合，以將軸承套圈準確導入兩個夾板之間，而在卡入后，軸承套圈限定于兩個內斜面之間。在圖7 所示位置下，軸承套圈已卡入第一夾具d 內，同時完成處于加工位f 處的軸承套圈的加工；另外第一弧形齒條a 的始端與第一齒輪嚙合。

圖7 導料盤組件順時針轉動180°后的定位位置示意圖

5.4 導料盤組件順時針轉動225°后的定位位置

在圖7 狀態下，整體導料盤組件繼續順時針45°， 以形成圖8 所示狀態，即整體導料盤組件順時針轉動225°后的定位位置。 在該位置下，第一齒輪則嚙合傳動至第一弧形齒條a 的終端處，在嚙合傳動的過程中，帶動第一齒輪進行逆時針轉動，以此使得第一傳動皮帶或第一傳動鏈條進行逆時針傳動， 而在第一傳動皮帶或第一傳動鏈條中，設有與加工盤的轉動軸進行嚙合傳動的第一輔助齒輪，由此使得加工盤形成圖6 中所示的順時針轉動。第一轉輪與第一齒輪的傳動比為4∶1，以保證導料盤組件轉動45°后第一齒輪可轉動180°， 以此完成加工位f 與卸料位g的切換，同時通過限位板的帶動， 使得上述加工位f 上已完成加工的軸承套圈被卡入至第二夾具e 內，由此則形成圖8 位置；另外在該位置下，第二弧形齒條c 的始端與第二齒輪嚙合。

圖8 導料盤組件順時針轉動225°后的定位位置示意圖

5.5 導料盤組件順時針轉動315°后的定位位置

在圖10 狀態下，整體導料盤組件繼續順時針90°，以形成圖9 所示狀態， 即整體導料盤組件順時針轉動315°后的定位位置。在形成圖8-圖9 的轉動過程中，第二齒輪嚙合傳動至第二弧形齒條c 的終端處，由此帶動兩個夾具再次順時針轉動180°，從而形成圖9 所示位置，在該位置下，第一夾具d 帶動待加工的軸承套圈定位于加工位（180°切換后的g）處，第二夾具e 帶動已加工的軸承套圈定位于出料帶上，實現雙向下料。

圖9 導料盤組件順時針轉動315°后的定位位置示意圖

值得說明的是： 兩個夾緊彈簧及夾板對軸承套圈產生的夾緊力大于軸承套圈本身的重力， 以此實現夾具對軸承套圈的穩定夾持； 出料帶與軸承套圈之間產生的摩擦力大于兩個夾緊彈簧及夾板對軸承套圈產生的夾緊力， 由此保證軸承套圈在出料帶的導送下能順利脫離第二夾具e。

在圖9 狀態下， 整體導料盤組件繼續順時針45°，則使得導料盤組件完成一周360°的轉動， 并復位至圖5 所示的初始位置。而在該轉動過程中，第一齒輪和第二齒輪均不被驅動， 以此為第二夾具e 與出料帶之間的卸料提供時間。

在整體導料盤組件持續轉動的過程中， 往復執行圖5-圖9-圖5 的切換，從而實現軸承套圈的持續上下料。

6 結論

通過實踐證明，本文設計的軸承套圈自動化雙夾具上下料輸送線裝置與現有技術相比[5-6]，具有以下有益效果：

（1）設置了相互配合的導料裝置和夾具組件，其中導料裝置每轉動一周僅完成一個軸承套圈的導送， 由此保證夾具組件能精準完成軸承套圈的夾取， 從而避免出現上下料失誤的問題；另外，在其導料裝置與夾具組件之間設有第二傳動機構，以此在導料裝置轉動的過程中，通過第二傳動機構帶動夾具組件進行轉動或暫停， 從而精準完成上下料操作，相比于現有的機械手而言，無需增加額外的驅動設備，具有結構簡單、成本低的優點。

（2）本文設計的裝置包括兩個夾具，且在導料裝置轉動時實現兩個夾具的偏心轉動， 由此可利用兩個夾具分別實現加工盤的上料和下料， 以使得上料操作和下料操作同時執行，大大提高了工作效率。

（3）本文設計的加工盤，設有對稱分布的加工位和卸料位，且加工盤與導料裝置之間連接有第一傳動機構，以此在導料裝置轉動的過程中， 通過第一傳動機構帶動加工盤進行轉動或暫停， 從而有效實現加工位與卸料位的切換，并方便夾具組件進行軸承套圈的夾取。

（4）本文設計的第一傳動機構和第二傳動機構分別實現夾具組件和加工盤的間歇轉動， 由此合理為夾具組件的取料、下料、以及軸承套圈在加工盤上的加工提供了操作時間。

（5）本文設計的夾具，主要通過兩個彈性夾板進行軸承套圈的夾持， 且每個夾板上均設有兩個相互配合的導料斜面，以此方便實現夾具與軸承套圈配合及分離。