汽車離合器片磨床自動(dòng)送料機(jī)械手的設(shè)計(jì)
2018-8-28 來(lái)源：轉(zhuǎn)載 作者：杜巧連，陳旭輝，舒柏和
摘要：針對(duì)汽車離合器片臥軸雙端面磨床，設(shè)計(jì)了一種能夠輔助磨床實(shí)現(xiàn)離合器片自動(dòng)化加工的送料機(jī)械手，該機(jī)械手主要由放料架、伺服絲桿放料推片機(jī)構(gòu)和取片機(jī)械手等組成，通過(guò)放料推片機(jī)構(gòu)與取片機(jī)械手的動(dòng)作銜接，以實(shí)現(xiàn)放片、推片、取片、送片的動(dòng)作循環(huán)。由于伺服電機(jī)的精度高、響應(yīng)快，該機(jī)械手能實(shí)現(xiàn)離合器片的精確定位；同時(shí)取片機(jī)械手采用噴射式氣流負(fù)壓吸盤，具有對(duì)物體表面的吸附力均勻分布等優(yōu)點(diǎn)。該自動(dòng)送料機(jī)械手具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，質(zhì)量輕等特點(diǎn)，是輔助臥軸雙端面磨床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化上料作業(yè)的一種機(jī)構(gòu)，適用于搬運(yùn)一些薄片形狀的工件。
關(guān)鍵詞：雙端面磨床；離合器片；自動(dòng)送料；機(jī)械手
雙端面磨床可分為臥軸雙端面磨床和立軸雙端面磨床兩大類。根據(jù)工件送料方式最常見(jiàn)的有圓盤式與貫穿式兩種，用戶可根據(jù)工件形狀、尺寸、磨削余量以及工件的精度和表面粗糙度要求，來(lái)選擇適合的送料方式。臥軸雙端面磨床貫穿式送料最大特點(diǎn)是生產(chǎn)效率高，雙端面磨床一次就可將工件的兩個(gè)端面磨削出來(lái)。本文在吸取已有生產(chǎn)設(shè)備優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)汽車離合器片臥軸雙端面磨床，設(shè)計(jì)了一種能夠輔助磨床實(shí)現(xiàn)離合器片自動(dòng)化加工的送料機(jī)械手，該機(jī)械手主要由放料架、伺服絲桿放料推片機(jī)構(gòu)和取片機(jī)械手等組成，通過(guò)放料推片機(jī)構(gòu)與取片機(jī)械手的動(dòng)作銜接，以實(shí)現(xiàn)放片、推片、取片、送片的動(dòng)作循環(huán)。該自動(dòng)送料機(jī)械手是輔助汽車離合器面片雙端面磨床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化上料作業(yè)的一種機(jī)構(gòu)，該送料機(jī)械手模仿人工作業(yè)，完成離合器片自動(dòng)送片，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化和機(jī)械化，不僅能大幅度提高工廠現(xiàn)有的生產(chǎn)效率，提高磨削加工質(zhì)量，還能降低人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和保護(hù)員工的人身安全。
1、 雙端面磨床的結(jié)構(gòu)及工作原理
離合器片雙端面磨床由床身、放料架、伺服絲桿放料推片機(jī)構(gòu)、取片機(jī)械手、送片機(jī)械臂、二臺(tái)對(duì)面砂輪架磨削裝置、自動(dòng)磨削伺服迚給液系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)等組成。離合器片雙端面磨床結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。離合器片雙端面磨床工作時(shí)先在放料架上放片，由伺服絲桿放料推片機(jī)構(gòu)迚行推片，再由取片機(jī)械手輔助磨床迚行離合器片自動(dòng)取片、送片。通過(guò)放料推片機(jī)構(gòu)與取片機(jī)械手的動(dòng)作銜接，實(shí)現(xiàn)放片、推片、取片、送片的動(dòng)作循環(huán)。雙端面磨床采用無(wú)心磨床的原理，離合器片豎直掛在機(jī)械掛鉤上，由前面的一對(duì)橡皮輪帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，后面的一對(duì)金剛砂輪以圍繞掛鉤芯軸旋轉(zhuǎn)的迚給方式通過(guò)左、右磨輪迚行磨削，這樣通過(guò)左右磨輪同時(shí)雙面迚給磨削加工，大大提高磨削迚給力的均勻性。離合器片雙端面磨床采用左右磨輪同時(shí)迚給加工，磨削加工所需產(chǎn)品的厚度以及分段迚給量、迚給速度、迚給停留時(shí)間、磨輪補(bǔ)償?shù)葏?shù)由控制系統(tǒng)設(shè)定，磨削加工完成后由機(jī)械手自動(dòng)完成出片工作，使離合器片片面能夠達(dá)到均勻磨削，提升了磨削機(jī)構(gòu)自動(dòng)化水平，提高了磨削精度。
圖 1 離合器片雙端面磨床結(jié)構(gòu)示意圖
2 、離合器片雙端面磨床片機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 離合器片放料支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
為實(shí)現(xiàn)離合器片的工件放置和自動(dòng)化加工，在雙端面磨床邊上設(shè)計(jì)一套離合器片自動(dòng)送料的機(jī)械手，該機(jī)械手由放料推片機(jī)構(gòu)與取片機(jī)械手組成，放料推片機(jī)構(gòu)采用放料支架的結(jié)構(gòu)，懸臂梁內(nèi)部設(shè)計(jì)了一套伺服絲桿機(jī)構(gòu)。通過(guò)放料推片機(jī)構(gòu)與取片機(jī)械手的動(dòng)作相銜接，以實(shí)現(xiàn)放片、推片、取片、送片的動(dòng)作循環(huán)。為方便工人裝填離合器片，放料支架的高度要合適，過(guò)高會(huì)使得支架的重心過(guò)高，支架會(huì)不穩(wěn)定。離合器片放料支架的中心軸線高度在 0.8～1.2 m 之間；為了提高支架的穩(wěn)定性和自身的強(qiáng)度，還可在立柱的三側(cè)增加加強(qiáng)筋。
2.2 離合器片懸臂梁放料推片機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
為了使取片機(jī)械手對(duì)下一片未加工工件吸附到設(shè)定位置，在離合器片放料支架的懸臂梁上設(shè)計(jì)了一套伺服絲桿機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是摩擦力小，傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)精度高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。伺服絲桿機(jī)構(gòu)通過(guò)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)滾珠沿螺紋軌道滾動(dòng)，使推塊向前運(yùn)動(dòng)，從而將未加工工件離合器片整體向前推迚了一段設(shè)定距離（5 mm），以保證取片機(jī)械手動(dòng)作距離，避免取片機(jī)械手吸附不到離合器片而導(dǎo)致工作停止的現(xiàn)象。放料機(jī)構(gòu)懸臂梁內(nèi)部主要結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。
圖 2 離合器片懸臂梁放料推片機(jī)構(gòu)
離合器片自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)主要由放料支架、伺服絲桿放料推片機(jī)構(gòu)和取片機(jī)械手等組成；伺服絲桿推片機(jī)構(gòu)由滑塊、滾珠螺母、滾珠絲桿等組成；外套筒通過(guò)抱箍固定在支架上；絲桿座和搭子座固定在外套筒兩端；攔片搭子與搭子座的鉸接軸上設(shè)置有扭簧；滾珠絲桿兩端通過(guò)軸承支承在絲桿座和搭子座上，伺服電機(jī)的輸出通過(guò)軸承套連接；伺服電機(jī)的底座固定在支架上；滾珠螺母與滾珠絲桿構(gòu)成螺旋副，并與滑塊固定；滑塊頂部的推塊與外套筒開(kāi)設(shè)的滑槽構(gòu)成滑動(dòng)副。伺服絲桿推片機(jī)構(gòu)將外套筒滑槽內(nèi)的離合器片送至設(shè)定位置，取片機(jī)械手再?gòu)脑O(shè)定位置將的離合器片送至攔片搭子處。離合器片的伺服絲桿放料推片機(jī)構(gòu)與取片機(jī)械手相銜接并且位置相對(duì)，以實(shí)現(xiàn)放片、推片、取片、送片的動(dòng)作循環(huán)。同時(shí)，由于伺服電機(jī)的精度高、響應(yīng)快，能實(shí)現(xiàn)離合器片精確定位。
3 、 取片機(jī)械手設(shè)計(jì)
3.1 取片機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
取片機(jī)械手結(jié)構(gòu)如圖 3 所示（略去氣管布局部分）。為了能夠讓送料臂上的機(jī)械手更好抓取離合器片，在磨床的邊上設(shè)計(jì)一個(gè)取片機(jī)械手，取片機(jī)械手與離合器片放料架上的伺服絲桿放料推片機(jī)構(gòu)相銜接并且位置相對(duì)，氣缸的活塞桿中心軸線與伺服電機(jī)的輸出軸中心軸線設(shè)置在同一高度。取片機(jī)械手將未加工的第一片離合器片吸附至指定位置，即可與伺服絲桿放料推片機(jī)構(gòu)協(xié)同工作，完成一推、一放、一取、一送的動(dòng)作。由于要加工的離合器片片面移動(dòng)的距離小，作用力也小，所以在推與拉的過(guò)程中，氣缸由氣動(dòng)系統(tǒng)控制動(dòng)作，取片機(jī)械手采用氣壓驅(qū)動(dòng)，使用氣動(dòng)吸盤工作。
圖 3 取片機(jī)械手結(jié)構(gòu)
3.2 取片機(jī)械手氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)取片機(jī)械手的工作情況，控制氣缸動(dòng)作的氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖如圖 4 所示。其工作原理是：當(dāng)氣缸 9 向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，空氣壓縮機(jī)通電運(yùn)轉(zhuǎn)后，經(jīng)過(guò)空氣過(guò)濾器 2、調(diào)壓閥 3 和油霧器 5得到較純凈的氣體，兩位三通電磁閥電磁鐵1YA 通電，上位工作，氣體經(jīng)過(guò)梭閥 6 和兩位三通電磁閥 2YA，再經(jīng)過(guò)單向節(jié)流閥 8 流入氣缸 9 的上腔，使得上腔內(nèi)氣壓大于下腔氣壓，氣缸 9 的活塞向下運(yùn)動(dòng)，下腔內(nèi)的空氣經(jīng)過(guò)單向調(diào)速閥的單向閥，兩位三通電磁閥 4YA通電，下位工作，氣體排出到大氣中；而當(dāng)氣缸 9 向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)過(guò)空氣過(guò)濾器 2、調(diào)壓閥 14 和油霧器 12 的作用得到較純凈的理想氣體，二位三通電磁閥 4YA 上位工作，氣體經(jīng)過(guò)調(diào)速閥 11迚入氣缸 9 下腔，使得下腔內(nèi)氣壓大于上腔氣壓，氣缸 9 內(nèi)的活塞向上運(yùn)動(dòng)，上腔氣體經(jīng)過(guò)單向節(jié)流閥 8，兩位三通電磁閥 2YA 通電，上位工作，把空氣排出到大氣中；這樣即可實(shí)現(xiàn)氣缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，即可完成一推、一放、一取、一送的動(dòng)作。
圖 4 氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖
4、 氣流負(fù)壓式吸盤設(shè)計(jì)
氣流負(fù)壓式吸盤是利用吸盤內(nèi)的壓力和大氣壓之間的壓力差而工作的。其與夾鉗式取料機(jī)械手相比較，有結(jié)構(gòu)比較單一，質(zhì)量小，對(duì)物體表面的吸附力均勻分布等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于薄片狀物體的搬運(yùn)更具有其優(yōu)越性，常廣泛用于非金屬材料或不可有磁性的材料的吸附。它適用于搬運(yùn)一些薄片形狀的工件，如薄鐵片、板材、紙張等。圖5 所示為可調(diào)的噴射式負(fù)壓吸盤結(jié)構(gòu)圖。其工作原理為：利用流體力學(xué)，速度大的氣體經(jīng)過(guò)噴嘴 5 時(shí)，吸盤內(nèi)的氣壓高于出口處的氣壓，因此腔內(nèi)的氣體被帶走形成負(fù)壓，完成取物動(dòng)作；切斷壓縮空氣就可以把物體釋放。這種取料機(jī)械手需要壓縮空氣，由于工廠里較易得到，并且成本低，故在工廠里廣泛使用。為了能夠更有效的吸附，噴嘴與噴嘴套之間的間隙要適宜，最好可以對(duì)噴嘴與噴嘴套之間的間隙迚行調(diào)節(jié)，以便噴嘴有效地工作。圖 6 所示中，噴嘴 5 與噴嘴套 7 的相對(duì)位置是可以調(diào)節(jié)的，以便改變間隙的大小。
圖 5 可調(diào)噴射式負(fù)壓吸盤結(jié)構(gòu)
吸盤吸力的計(jì)算公式為：
5 、 結(jié)束語(yǔ)
離合器片雙端面磨床自動(dòng)送料機(jī)械手的工作過(guò)程為：放料推片機(jī)構(gòu)的伺服絲桿通過(guò)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)滾珠沿螺紋軌道滾動(dòng)，使推塊向前運(yùn)動(dòng)，從而將未加工離合器片整體（初始設(shè)為 50 片）向前推行一定距離（5 mm）；再由取片機(jī)械手的氣缸將氣流負(fù)壓式吸盤推出，頂上第一片離合器片以后，通過(guò)氣流負(fù)壓式吸盤工作，將第一片離合器片片面吸附，然后氣缸反向退回送片，取片機(jī)械手將未加工的第一片離合器片吸附至攔片搭子處指定位置。取片機(jī)械手工作完成后再由龍門式機(jī)械臂上的送片機(jī)械手將氣動(dòng)手指送到指定位置，氣動(dòng)手指在氣缸的作用下，平行夾緊離合器片，再由機(jī)械臂上的送片機(jī)械手將其送至指定位置進(jìn)行磨削。該雙端面磨床的特點(diǎn)主要有：
（1）工件兩端面同時(shí)被連續(xù)磨削，加工時(shí)間與工件上下料等輔助時(shí)間重合，加工效率高，適合于大批量生產(chǎn)。
（2）在機(jī)床上配置自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)上下料等機(jī)構(gòu)。提高自動(dòng)化程度，節(jié)省了勞力，提高了磨削加工效率，降低了加工成本。
（3）氣流負(fù)壓式吸盤的氣流為連續(xù)介質(zhì)，真空度具有連續(xù)且穩(wěn)定的特點(diǎn)，能快速吸附工件，也能在氣流切換時(shí)快速脫離所吸附的工件，為此，特別適應(yīng)用于需移動(dòng)靈活，有輕量化要求的機(jī)械手。采用氣流負(fù)壓式吸盤的機(jī)械手對(duì)于薄片狀物體的搬運(yùn)具有一定的優(yōu)越性。
來(lái)源：浙江師范大學(xué)行知學(xué)院，金華市醫(yī)療器械協(xié)會(huì) 金華漢生機(jī)電控制工程有限公司
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