六工位管端機(jī)上下料工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李朱鋒 許寧萍 顧 海 YANG Jeong-Yean

（1.南通理工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，南通 226002；2.牧園大學(xué) 工學(xué)院，韓國(guó) 大田 35349）

管端機(jī)是常態(tài)下對(duì)管件進(jìn)行擴(kuò)口、縮口及縮管的一種加工成形設(shè)備[1]。本文為六工位管端機(jī)設(shè)計(jì)一種自動(dòng)上下料工作裝置，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工上下料操作。該裝置能夠減少重復(fù)裝夾銅管帶來(lái)的精度誤差，縮短加工時(shí)間，提高加工效率[2]。

1 上下料工作裝置工藝流程分析

自動(dòng)上下料工作裝置必須具備良好的適應(yīng)性和可調(diào)性，才能完成不同規(guī)格的銅管加工[3-5]。本次設(shè)計(jì)的裝置適用于直徑為4.76～31.75 mm、有效長(zhǎng)度為70～1 200 mm的銅管。

上下料的具體工藝流程，如圖1所示。六工位管端機(jī)開(kāi)始正常工作時(shí)，銅管在階梯式上料機(jī)構(gòu)的作用下從料倉(cāng)開(kāi)始向待加工位置移動(dòng)。當(dāng)檢測(cè)元件確認(rèn)待加工位置沒(méi)有銅管后，銅管經(jīng)過(guò)擋料機(jī)構(gòu)落入待加工位置，再由推料機(jī)構(gòu)將銅管推向六工位管端機(jī)進(jìn)行加工，待加工完成后由下料機(jī)構(gòu)將銅管移至成品區(qū)，至此加工完成。

圖1 上下料工作的工藝流程圖

2 上下料工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)工藝流程，對(duì)各道工藝設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，主要包括機(jī)架、上料裝置、定位裝置和下料裝置4部分。

2.1 機(jī)架的設(shè)計(jì)

機(jī)架主體由方管和板材焊接而成，在機(jī)架的底部使用圓形腳環(huán)固定[6-7]。為了方便其他機(jī)構(gòu)安裝，在機(jī)架上安裝了上料機(jī)構(gòu)導(dǎo)軌安裝板和軌道升降蝸輪固定板。

2.2 上料裝置的設(shè)計(jì)

本文采用階梯式上料方式，具有效率高、工作可靠、通用性好以及不損傷工件等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，能夠完成不同規(guī)格銅管的上料工作[8-9]。該裝置主要分為4部分，分別是上料機(jī)構(gòu)、頂料機(jī)構(gòu)、擋料機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。它的整體結(jié)構(gòu)圖和局部結(jié)構(gòu)圖分別如圖2和圖3所示。

圖2 上料裝置的整體結(jié)構(gòu)圖

圖3 上料裝置的局部結(jié)構(gòu)圖

上料機(jī)構(gòu)是使銅管從料倉(cāng)中向待加工位置移動(dòng)的裝置，如圖3（a）所示。銅管的左右兩端設(shè)有擋板，能夠防止銅管從支架上掉落。同時(shí)，擋板的位置也可以根據(jù)銅管長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整。因?yàn)樯狭涎b置的右側(cè)靠近管端機(jī)，所以在裝置的右側(cè)設(shè)計(jì)了固定支架。支架上安裝有擋板，銅管的最右端放置在固定支架上。銅管的最左端設(shè)置活動(dòng)支架且安裝有擋板，以限制銅管的左右移動(dòng)。

銅管在支架上固定后，需要通過(guò)頂料機(jī)構(gòu)將銅管運(yùn)送到擋料機(jī)構(gòu)。頂料機(jī)構(gòu)安裝在鋁型材上，如圖3（b）所示。銅管沿著支架的側(cè)面向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)左右不平衡的情況。當(dāng)頂料板的平面與支架的平面貼合時(shí)，銅管會(huì)沿著斜面滑入支架的下一層。此時(shí)頂料裝置會(huì)回到原位，上料動(dòng)作完成，之后重復(fù)這一過(guò)程。

擋料機(jī)構(gòu)是上料裝置中的重要部分，如圖3（c）所示。當(dāng)上料機(jī)構(gòu)將銅管運(yùn)輸?shù)阶钌蠈訒r(shí)，擋料機(jī)構(gòu)會(huì)將銅管擋在支架的最上層。當(dāng)六工位管端機(jī)的加工位出現(xiàn)空缺且導(dǎo)軌上沒(méi)有銅管時(shí)，擋料機(jī)構(gòu)會(huì)收到檢測(cè)元件發(fā)出的安全信號(hào)，從而釋放銅管。銅管在自身重力的作用下沿著支架最上層的斜面向下滾動(dòng)，落入導(dǎo)軌。

為了適應(yīng)不同管徑的銅管，設(shè)計(jì)了調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，如圖3（d）所示。在升降型材鎖緊塊上設(shè)置升降連接板，通過(guò)導(dǎo)軌調(diào)整頂料機(jī)構(gòu)與支架之間的距離，從而實(shí)現(xiàn)不同管徑銅管的上料。另外，為了防止在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中升降連接板出現(xiàn)滑動(dòng)，造成銅管掉落或過(guò)量上料，在升降連接板上安裝了平移連接板，并將平移連接板的另一端與升降蝸輪連接，通過(guò)調(diào)節(jié)升降蝸輪蝸桿的伸出量控制頂料機(jī)構(gòu)所需的距離。蝸輪蝸桿連接桿能夠保證左右蝸輪蝸桿的伸出量相同。與人工手動(dòng)調(diào)節(jié)左右升降連接板的位置相比，升降蝸輪準(zhǔn)確性更高，且有良好的自鎖性，在調(diào)節(jié)完成后能夠保證升降連接板的位置不發(fā)生變化。

2.3 定位裝置的設(shè)計(jì)

當(dāng)加工工位上無(wú)銅管時(shí)，壓料機(jī)構(gòu)會(huì)向下移動(dòng)，從而固定之前由頂料機(jī)構(gòu)和擋料機(jī)構(gòu)運(yùn)輸?shù)綄?dǎo)軌的銅管，并通過(guò)推料機(jī)構(gòu)將銅管推向待加工位。在此過(guò)程中，由壓料機(jī)構(gòu)、軌道和推料機(jī)構(gòu)共同完成銅管的校直。定位裝置整體結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括壓料機(jī)構(gòu)、推料機(jī)構(gòu)和軌道3部分。各部分的局部結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖4 定位裝置的整體結(jié)構(gòu)圖

壓料機(jī)構(gòu)是定位裝置中的重要部分，承擔(dān)著定位和信號(hào)傳輸?shù)淖饔?，如圖5（a）所示。用壓輪代替壓桿能夠減少銅管移動(dòng)過(guò)程中受到的摩擦，使推料機(jī)構(gòu)更容易推動(dòng)銅管，減少銅管在運(yùn)輸過(guò)程中的損耗。壓輪本身由軸承和V形輪組成，通過(guò)壓料安裝板與壓料氣缸連板連接。壓料氣缸連板上的導(dǎo)向光軸能夠保證壓輪在移動(dòng)過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)偏移。

壓料機(jī)構(gòu)將銅管固定后，即完成了銅管的初次定位，然后由推料機(jī)構(gòu)的推桿在無(wú)桿氣缸的帶動(dòng)下將銅管推向六工位管端機(jī)的加工位置。推料機(jī)構(gòu)示意圖，如圖5（b）所示。在這一過(guò)程中，通過(guò)壓輪和軌道之間的V形槽校直銅管位置。當(dāng)銅管的管徑和長(zhǎng)度過(guò)小時(shí)，可以根據(jù)銅管的管徑來(lái)更改推料機(jī)構(gòu)中推桿形狀。當(dāng)銅管的管徑發(fā)生變化時(shí)，可以轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，使光軸滑動(dòng)塊松動(dòng)，以調(diào)整推料調(diào)整塊的位置。

軌道由若干個(gè)V形塊組合而成，用于放置待加工銅管，具有一定的定位作用，如圖5（c）所示。當(dāng)銅管的管徑發(fā)生變化時(shí)，需要調(diào)整軌道的位置，使銅管中心與六工位管端機(jī)的加工中心對(duì)齊。因此，在軌道下方加裝了升降蝸輪，用來(lái)調(diào)整軌道的位置，以保證銅管中心位置不變。

2.4 下料裝置的設(shè)計(jì)

下料裝置的作用是將加工完成后的銅管移動(dòng)至成品區(qū)，結(jié)構(gòu)如圖6所示。它由鋁棒、氣缸、下料活動(dòng)塊、下料活動(dòng)桿、下料軸承支架、活動(dòng)連接板和軸承組成。

圖6 下料裝置的結(jié)構(gòu)圖

下料機(jī)構(gòu)是在軌道的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)而成的一種裝置。軌道的每個(gè)V形塊之間有6 mm的間隙，下料裝置的鋁棒的直徑為5 mm。鋁棒通過(guò)下料活動(dòng)塊與下料活動(dòng)桿相連，并平放在V形塊的間隙中。當(dāng)銅管加工完成后，鋁棒會(huì)和下料活動(dòng)桿一起在傳動(dòng)元件的作用下旋轉(zhuǎn)，從而將銅管撬起。當(dāng)銅管高于V形塊的高度時(shí)，銅管會(huì)順著鋁棒落入成品區(qū)，之后鋁棒旋轉(zhuǎn)回到初始位置。為了方便下料活動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)，它的兩端通過(guò)軸承與下料軸承支架相連，并在一端安裝了活動(dòng)連接板，從而使下料活動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)更加方便。

2.5 整體三維模型

根據(jù)各裝置的設(shè)計(jì)，利用SolidWorks軟件建立上下料工作裝置的三維模型，如圖7所示。

圖7 上下料裝置整體三維模型圖

3 結(jié)語(yǔ)

首先，分析六工位管端機(jī)上下料工作裝置的工藝流程，設(shè)計(jì)了該裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)，主要包括機(jī)架、上料裝置、定位裝置和下料裝置4個(gè)部分。其次，重點(diǎn)分析上料裝置和定位裝置的結(jié)構(gòu)。在上料裝置中，為了便于加工采用了階梯式上料，在減少銅管磨損的同時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)升降蝸輪和活動(dòng)支架的位置能夠?qū)崿F(xiàn)不同管徑和不同管長(zhǎng)的銅管上料工作。最后，利用三維建模軟件繪制該裝置的整體三維模型圖。與傳統(tǒng)人工上下料方式相比，該上下料工作裝置減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。