基于優(yōu)先數(shù)的一種堆料機(jī)分度系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究

齊亞文，冶生有

（寧夏共享機(jī)床輔機(jī)有限公司，寧夏 銀川 750021）

0 引言

循環(huán)式多工位堆料機(jī)是一種強(qiáng)大的物料存儲(chǔ)、物料交換設(shè)備，為機(jī)床母機(jī)持續(xù)提供角相要求定制、供料節(jié)拍穩(wěn)定、交換位置精確的托板工裝，通過工裝快速換夾實(shí)現(xiàn)盤、套、軸、齒輪、齒輪軸等多種物料供給。一般用于單機(jī)齒輪加工機(jī)床配套使用，如滾齒機(jī)、剃齒機(jī)和磨齒機(jī)。此外也有用于單機(jī)關(guān)節(jié)機(jī)械手配套多臺(tái)機(jī)床或者桁架機(jī)械手配套工藝產(chǎn)線的使用方案[1]。

現(xiàn)行的自動(dòng)循環(huán)式多工位堆料機(jī)不再是通過多層碼垛來實(shí)現(xiàn)大裝載量，而是簡化托盤工裝結(jié)構(gòu)，在有限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)工裝托盤數(shù)量最大化。在此基礎(chǔ)上，每個(gè)工裝只碼垛一層工件，這樣的碼垛方式可對(duì)傳統(tǒng)堆料機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步簡化，上料位和下料工位可進(jìn)行復(fù)合設(shè)計(jì)，簡化成一套常規(guī)的頂升結(jié)構(gòu)。通過簡化改進(jìn)以上堆料機(jī)的頂升結(jié)構(gòu)，使用更佳簡便、快速、精準(zhǔn)的電動(dòng)執(zhí)行器替換滾珠絲杠的模塊結(jié)構(gòu)或者替換鏈輪鏈條、齒形帶模塊結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高機(jī)構(gòu)動(dòng)作效率，降低堆料機(jī)頂升機(jī)構(gòu)空間占用率。

為了更好地應(yīng)對(duì)不同型號(hào)機(jī)床對(duì)應(yīng)的適用工件范圍，在設(shè)計(jì)堆料機(jī)時(shí)，主要參數(shù)系列應(yīng)最大限度采用優(yōu)先系數(shù)。對(duì)規(guī)格雜亂、規(guī)格尺寸多的鏈輪齒數(shù)、鏈條節(jié)數(shù)、工位數(shù)，應(yīng)通過調(diào)查分析加以整頓，從優(yōu)先數(shù)系中選用合適的系列，通過優(yōu)化改進(jìn)，作為堆料機(jī)的主要參數(shù)系列。在其零部件的系列設(shè)計(jì)中應(yīng)選取一些主要尺寸作為自變量選用優(yōu)先數(shù)系。然后針對(duì)上述主要參數(shù)系列，在范圍值內(nèi)選取代表數(shù)值，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方法的統(tǒng)一和規(guī)范，減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，推動(dòng)建立最佳秩序，促進(jìn)相關(guān)系列產(chǎn)品在技術(shù)上的互相協(xié)調(diào)和配合[2]。

1 研究過程

1.1 工作原理

循環(huán)式多工位堆料機(jī)以固定鏈條節(jié)數(shù)搭載一定數(shù)量的托板工裝，由托板工裝裝夾物料以固定或變頻率的輸送速度，將物料運(yùn)轉(zhuǎn)至物料交換位置，實(shí)現(xiàn)了物料在機(jī)床與堆料機(jī)之間精確、快速的交換動(dòng)作。

1.2 工藝路線

毛培物料手動(dòng)上料→工裝托盤定節(jié)距旋轉(zhuǎn)→工裝托盤到位檢測(cè)→物料檢測(cè)→物料移載→物料交換→物料移載→工裝托盤定節(jié)距旋轉(zhuǎn)→成品物料手動(dòng)下料

1.3 堆料機(jī)外形尺寸的確定

堆料機(jī)的外形尺寸主要分為兩種，一種是標(biāo)準(zhǔn)尺寸，根據(jù)機(jī)型指定的尺寸和人體工程學(xué)考慮的標(biāo)準(zhǔn)尺寸；另一種是設(shè)計(jì)尺寸，根據(jù)得到標(biāo)準(zhǔn)尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算后，得出的。如圖1、圖2、圖3所示，是標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型堆料機(jī)三視圖。

圖1 堆料機(jī)主視圖

圖2 堆料機(jī)俯視圖

圖3 堆料機(jī)右視圖

1.4 堆料機(jī)主參數(shù)計(jì)算

為了更好地統(tǒng)一設(shè)計(jì)參數(shù)，調(diào)研多家機(jī)床不同型號(hào)的機(jī)床所對(duì)應(yīng)的加工能力，將堆料機(jī)運(yùn)載工裝托板的鏈條，選取16B牌號(hào)的鏈條[3]。

如表二所示，鏈輪選取牌號(hào)16B，齒數(shù)分別為32齒和48齒，鏈輪的分度圓直徑由下式計(jì)算確認(rèn)：

式中d為分度圓直徑，Z為鏈輪齒數(shù)；

如圖四所示，d1為工件外徑，F(xiàn)2為鏈條附板高度，W1、W2為工件在兩種鏈輪齒數(shù)規(guī)格下的最大寬度運(yùn)動(dòng)軌跡尺寸，W3為鏈條附板高度最大寬度運(yùn)動(dòng)軌跡尺寸，由此堆料機(jī)寬度尺寸由下式計(jì)算確認(rèn)：

式中K1=30mm為堆料機(jī)防護(hù)圍板厚度，K2=5mm為最小安全間隙；

表1 外形尺寸

表2 鏈輪與堆料機(jī)參數(shù)對(duì)應(yīng)表

由此計(jì)算可得堆料機(jī)寬度尺寸。

圖4 堆料機(jī)寬度參數(shù)圖

1.5 鏈節(jié)數(shù)計(jì)算

鏈條節(jié)數(shù)和理論中心距根據(jù)堆料機(jī)本身工位數(shù)要求確定，如表3所示：

表3 工位數(shù)與鏈條節(jié)數(shù)對(duì)應(yīng)表

鏈條節(jié)數(shù)LP計(jì)算公式：

1.6 工位間距鏈節(jié)數(shù)優(yōu)化

為統(tǒng)一設(shè)備外形尺寸，優(yōu)選LP=240，由約數(shù)和定理將240分解質(zhì)因數(shù)可得：

由約數(shù)和定理可知：

即240的約數(shù)有1，2，3，4，5，6，8，10，12，15，16，20，24，30，40，48，60，80，120，240，n取4，6，8，10，12，16，P=25.4，由此工件外徑參數(shù)值由下式計(jì)算確認(rèn)：

K取95，96，97，98，其中R5=1.6，R10=1.25，R20=1.12，R40=1.06；其中d1為工件外徑，K為基礎(chǔ)數(shù)值，RX為優(yōu)先系數(shù)，如表4所示，計(jì)算獲得d1的四個(gè)區(qū)間范圍值。

表4 工件外徑參數(shù)計(jì)算確認(rèn)表

如表4所示，選取R10優(yōu)先系數(shù)，K=98，作為堆料機(jī)適用工件理論范圍值，進(jìn)一步地優(yōu)化，選定適用工件優(yōu)化范圍值，最后得出分度系數(shù)d/st。

2 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

（1）對(duì)于外形差異問題，確定鏈輪大小分類，明確鏈輪標(biāo)號(hào)和齒數(shù)。進(jìn)一步地本生產(chǎn)的豐田汽車在固定鏈條節(jié)數(shù)，得出兩種標(biāo)準(zhǔn)的鏈輪中心距，即可固定化、標(biāo)準(zhǔn)化堆料機(jī)整體的長度和寬度尺寸；

（2）引用約數(shù)和定理和RX優(yōu)先系數(shù)，應(yīng)用合理的計(jì)算公式，獲得工件理論范圍值，再選定適用工件優(yōu)化范圍值，得出分度系數(shù)。

表5 堆料機(jī)主參數(shù)計(jì)算確認(rèn)表

3 結(jié)語

通過本次研究確認(rèn)并發(fā)現(xiàn)了堆料機(jī)分度系數(shù)，并得出工位數(shù)、工件外徑、工位節(jié)距之間對(duì)應(yīng)的固定優(yōu)選數(shù)值，為堆料機(jī)主參數(shù)計(jì)算提供可靠統(tǒng)一的理論數(shù)值參考[4]。對(duì)于外形差異問題，從設(shè)計(jì)建模開始使用參數(shù)化建模，通過分析計(jì)算確定不同母機(jī)廠家對(duì)應(yīng)的不同標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)，實(shí)現(xiàn)快速建模[5]。