擺桿式送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

平海濤，姬鵬飛

(1.高平集團(tuán)有限公司，河南平頂山467001；2.安陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南安陽(yáng)455000)

組合機(jī)床自動(dòng)線是一種專用高效自動(dòng)化技術(shù)裝備，目前，由于它仍是大批量機(jī)械產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)高效、高質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)的關(guān)鍵裝備，因而被廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機(jī)、內(nèi)燃機(jī)和壓縮機(jī)等許多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域[1]。其主要組成部分有：多臺(tái)組合機(jī)床、輸送線、送料機(jī)構(gòu)、輔助裝置等。其中，送料機(jī)構(gòu)作為自動(dòng)線重要的組成部分，對(duì)整條生產(chǎn)線的效率和可靠性有很大影響。

本文介紹的是應(yīng)用于成都成工項(xiàng)目的擺桿式送料機(jī)構(gòu)。其主要功能是將工件從流水線運(yùn)送至機(jī)床夾具位置，并在加工完了后將工件從機(jī)床搬運(yùn)回流水線。設(shè)計(jì)難度在于：

1）工件為類回轉(zhuǎn)體，重量較大，無(wú)法使用機(jī)械手等常規(guī)方法送料。

2）送料機(jī)構(gòu)操作空間小，容易與機(jī)床、流水等運(yùn)動(dòng)干涉。為避免干涉，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程較復(fù)雜。

3）送料機(jī)構(gòu)必須運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，動(dòng)作準(zhǔn)確。要求工件被搬運(yùn)至夾具內(nèi)時(shí)基本不需調(diào)整即可夾緊。

經(jīng)過方案論證，該送料機(jī)構(gòu)采用了機(jī)構(gòu)疊加組合的創(chuàng)新方法，模擬人力搬運(yùn)工件的過程與動(dòng)作。

1 機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)方案

機(jī)構(gòu)疊加組合是在一個(gè)基本機(jī)構(gòu)的可動(dòng)構(gòu)件上安裝一個(gè)以上基本機(jī)構(gòu)的組合方式。支撐其他機(jī)構(gòu)的基本機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)；安裝在基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)可動(dòng)構(gòu)件上的基本機(jī)構(gòu)成為附加機(jī)構(gòu)。[2]

如圖1所示，該送料機(jī)構(gòu)由三個(gè)機(jī)構(gòu)疊加而成。分別為水平運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、升降運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、和擺桿機(jī)構(gòu)。

水平運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)，升降運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、和擺桿機(jī)構(gòu)跟隨其水平運(yùn)動(dòng)。其使用直線導(dǎo)軌導(dǎo)向和支撐，使用液壓缸驅(qū)動(dòng)支撐板1（活動(dòng)構(gòu)件）水平運(yùn)動(dòng)。升降機(jī)構(gòu)安裝在支撐板1上。使用導(dǎo)柱導(dǎo)套來(lái)導(dǎo)向和支撐，使用液壓缸驅(qū)動(dòng)支撐板2（活動(dòng)構(gòu)件）升降運(yùn)動(dòng)。擺桿機(jī)構(gòu)安裝在支撐板2上。擺桿機(jī)構(gòu)采用平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)。在連桿上固定V型塊實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)過程中工件的定位。

圖1 擺桿式送料機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2 機(jī)構(gòu)的動(dòng)作循環(huán)

工件到達(dá)流水線的預(yù)定位置時(shí)，按下啟動(dòng)開關(guān)，送料機(jī)構(gòu)執(zhí)行一系列動(dòng)作，將工件從流水線搬運(yùn)到夾具（位于機(jī)床工作臺(tái)）上。為不影響加工，送料機(jī)構(gòu)完成送料后需返回至原來(lái)位置。

該工序加工完了后，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，夾具松開，送料機(jī)構(gòu)執(zhí)行動(dòng)作，將工件從夾具搬運(yùn)到流水線上。為不影響流水線運(yùn)行，工件搬運(yùn)到流水線后送料機(jī)構(gòu)需離開流水線一定距離。

動(dòng)作循環(huán)如圖2所示。

3 擺桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算

擺桿機(jī)構(gòu)是送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。其原理是平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)，如圖3所示。機(jī)架1為支撐板2，連架桿4為原動(dòng)件，連桿3為執(zhí)行構(gòu)件，工件放置在其上。根據(jù)平行四邊形原理，中間連桿在運(yùn)動(dòng)過程中始終與機(jī)架保持平行，這樣就保證了搬運(yùn)的穩(wěn)定性。

圖2 動(dòng)作循環(huán)圖

圖3 擺桿機(jī)構(gòu)原理圖

圖示連架桿4與水平夾角為α位置，此為擺桿機(jī)構(gòu)的左極限位置。當(dāng)連架桿4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度ψ，此為擺桿機(jī)構(gòu)的右極限位置。此時(shí)工件水平方向被搬運(yùn)了一段距離。同時(shí)，為保證兩極限位置工件的高度不變，必須滿足ψ=180°-2α。

擺桿機(jī)構(gòu)使用液壓驅(qū)動(dòng)，齒輪齒條嚙合傳遞扭矩，其原理如圖4所示。殼體固定在支撐板上，殼體內(nèi)安裝有襯套。液壓系統(tǒng)的進(jìn)出油口設(shè)置在殼體兩端的端蓋處。在壓力油作用下，齒條軸可以上下移動(dòng)，驅(qū)動(dòng)齒輪正反轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)連架桿4（即原動(dòng)件）順時(shí)針及逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。

圖4 機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)原理示意圖

齒條軸直徑的確定是擺桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)。如圖3所示，忽略桿件本身重量及摩擦力的影響，擺桿機(jī)構(gòu)外加載荷僅工件重量G以及通過齒輪傳遞的扭矩T。由于在搬運(yùn)工件過程中機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)緩慢，可忽略構(gòu)件本身慣性力的影響，對(duì)機(jī)構(gòu)力學(xué)分析可得扭矩T=GLcosα（L為連架桿4的長(zhǎng)度）。作用在齒條軸上所需要的驅(qū)動(dòng)力F=2T/D（D為齒輪的直徑）。根據(jù)驅(qū)動(dòng)力F以及油壓的設(shè)定值p，最終可以確定齒條軸的直徑尺寸。

4 結(jié)論

該擺桿式送料機(jī)構(gòu)使用機(jī)構(gòu)疊加組合的創(chuàng)新方法，具有多自由度的運(yùn)動(dòng)，可以準(zhǔn)確、平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)工件在流水線與機(jī)床間的運(yùn)送，具有較高的重復(fù)定位精度和可靠性，且有效解決了工件形狀不規(guī)則難于運(yùn)送，以及工況復(fù)雜機(jī)構(gòu)間容易干涉等難題。該送料機(jī)構(gòu)已交付使用，運(yùn)行良好，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]李如松.組合機(jī)床和自動(dòng)線的技術(shù)發(fā)展[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),1999(1).

[2]陳亞琴.機(jī)構(gòu)疊加組合與創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究.2001(04).