機(jī)械加工生產(chǎn)線的自動(dòng)輸送裝置的設(shè)計(jì)

陶帥

（遼寧建筑職業(yè)學(xué)院 遼寧遼陽 111000）

近年來，我國(guó)機(jī)械加工自動(dòng)線輸送方式逐漸趨于多樣化，如機(jī)械手、棘爪步伐、擺桿、滑道等（如表1所示）。在信息化時(shí)代背景下，我國(guó)政府注重工業(yè)發(fā)展，給工業(yè)帶來巨大的發(fā)展空間，促進(jìn)了機(jī)械加工和自動(dòng)化發(fā)展的進(jìn)程，給人們生活帶來極大的便利，有效提高工業(yè)生產(chǎn)加工效率，隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷創(chuàng)新，被逐漸應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)。但是由于機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化技術(shù)在我國(guó)運(yùn)行時(shí)間較短，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在較大差距，目前，很多設(shè)備和研究都處于落后狀態(tài)，我國(guó)機(jī)械加工生產(chǎn)線的自動(dòng)輸送裝置應(yīng)用還在初級(jí)階段，出現(xiàn)能源消耗大等問題，給機(jī)械加工生產(chǎn)線的自動(dòng)輸送裝置的設(shè)計(jì)帶來嚴(yán)重阻礙。

表1 機(jī)械加工自動(dòng)線輸送方式

1 棘爪步伐式輸送裝置

步伐式輸送裝置是組合機(jī)床自動(dòng)線上最常用的工件輸送裝置，通常應(yīng)用在加工箱體類零件和隨行夾具的自動(dòng)線中。目前，最常見的步伐式輸送裝置主要包括棘爪步伐式、回轉(zhuǎn)步伐式、抬起步伐式等類型，組合機(jī)床自動(dòng)線中最常用的棘爪式輸送帶，從工件下面進(jìn)行正常工作，等到工件全部退出后，再抬起整個(gè)棘爪。

棘爪步伐式輸送裝置是使用范圍最廣、使用最早的輸送裝置，主要傳動(dòng)方式有以下兩種。

第一，用標(biāo)準(zhǔn)液壓輸送滑臺(tái)，來推動(dòng)具有棘爪的輸送帶，再將物件傳輸?shù)街贫üの恢?。通過經(jīng)齒條來引導(dǎo)滑臺(tái)進(jìn)行水平移動(dòng)、利用油缸來讓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，這種傳動(dòng)方式能有效提高滑臺(tái)行程量，且降低拖動(dòng)滑臺(tái)力度，目前在上海某家工廠的缸頭加工自動(dòng)線，是將該輸送裝置作為主體。

第二，用油缸輸送。這種方式是通過移動(dòng)油缸活塞來推動(dòng)工件輸送距離，與第一種方式相比，在油缸直徑相同的情況下，能加強(qiáng)推動(dòng)力，降低移動(dòng)距離。同時(shí)，這種裝置具有工作穩(wěn)定性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，目前我國(guó)很多行業(yè)都有普及［1］。但由于在運(yùn)行終點(diǎn)并未設(shè)置限制措施，其又具有較強(qiáng)慣性，很容易出現(xiàn)工件脫離棘爪的現(xiàn)象。因此，在輸送過程中，要合理控制輸送速度，在正常情況工作人員要將輸送速度控制在10m/min，一旦遇到棘爪失靈問題，彈簧力度會(huì)逐漸增加，從而加強(qiáng)磨損度，甚至?xí)苯訉⒐ぜЩ氐皆c(diǎn)，給正常輸送帶來嚴(yán)重影響［2］。

2 擺桿步伐式輸送裝置

與棘爪步伐式相比，其安裝了一套擺桿擺動(dòng)設(shè)備，擺桿可按照工件大小，將有限位塊進(jìn)行固定，從而讓工件能根據(jù)工序要求進(jìn)行輸送任務(wù)。同時(shí)，擺桿步伐式輸送裝置是利用整步輸送為主體，工作人員為了讓拉孔后能及時(shí)退回拉刀，要控制工件進(jìn)行開啟和關(guān)閉工作，所以工位要具有整步輸送功能和半步輸送功能。假設(shè)在擺桿上面雙端有2塊輸送擋塊，用a、b表示。在整步輸送時(shí)，是完全利用b 擋塊來完成輸送工件的工作，而a擋板通常是安裝在半步輸送工位；當(dāng)半步輸送時(shí)，a會(huì)進(jìn)行順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)到某一位置時(shí)，要將擺桿返回原位；當(dāng)發(fā)現(xiàn)相反情況時(shí)，要將其逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，且轉(zhuǎn)到特定位置，再退回?cái)[桿。此外，工作人員要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況控制擺桿直徑，如50mm、40mm、70mm、60mm等；而桿孔直徑則可控制在45mm、40mm、35mm、25mm 范圍內(nèi)，輸送速度為50m/min。由于增加了擺桿擺動(dòng)，其結(jié)構(gòu)與棘爪步伐而言較為復(fù)雜，一般應(yīng)用于一些攜帶隨性?shī)A具、輸送步距大、輸送精度高的自動(dòng)線［3］。

3 返回方式

通過分析上面兩種不同的輸送方式發(fā)現(xiàn)，工作人員想要讓自動(dòng)線工作能根據(jù)要求進(jìn)行工作，就必須在隨行夾具完成首次工作流程后，要將其退到起始位置。同時(shí)，要按照隨行夾具返回位置不同可分為下面幾種。

3.1 上方返回

上方該返回裝置通常安裝在自動(dòng)線上方，在自動(dòng)線先后位置安裝升降裝置，將升降裝置作為整個(gè)隨行夾具，合理利用液壓作為裝置運(yùn)行的主要?jiǎng)恿Γ?dāng)夾具在空中進(jìn)行返回后，該裝置會(huì)根據(jù)自身的重力在傾斜滾道上正常運(yùn)行。同時(shí)，個(gè)別自動(dòng)線在不同滾道范圍具有多樣化傾斜角，并且容易將最后階段做的比較平坦，從而降低達(dá)到終點(diǎn)的沖擊力。該種返回方式具有工作安全性能高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、節(jié)約廠房面積等特征，一般應(yīng)用在中小雜件自動(dòng)線上，但由于其需要占據(jù)較高的空間高度，很少應(yīng)用在線上有立式機(jī)床［4］。

3.2 平面返回

平面返回是將返回輸送和輸送全部歸納在同一水平，這里的返回驅(qū)動(dòng)并未有嚴(yán)格要求，可使用液壓式也可利用鏈?zhǔn)?。通常?huì)使用長(zhǎng)線用鏈?zhǔn)?，其自身具有輸送距離長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；而液壓驅(qū)動(dòng)返回裝置通常應(yīng)用在輸送距離較短區(qū)域，其工作可靠性較低，與鏈?zhǔn)骄哂幸欢ú町悾踔習(xí)霈F(xiàn)漏油，從而給環(huán)境帶來嚴(yán)重污染。同時(shí)，該種平面返回式雖然往往需要應(yīng)用較寬生產(chǎn)面積，但其在維護(hù)維修等方面具有較強(qiáng)便利性，通常被工作人員應(yīng)用到中等重量、中等尺寸的隨行夾具。

3.3 側(cè)上方返回

與前兩種返回最大的區(qū)別在于，側(cè)上方返回的隨行夾具在自動(dòng)線首尾處的斜上方。其特點(diǎn)是將返回滾道安裝在廠房立柱上，能合理應(yīng)用立柱附件廠房面積；線上一旦設(shè)計(jì)立式2 設(shè)備，也不會(huì)給隨行夾具返回造成任何影響，但值得注意的是，其需要建設(shè)一套夾具斜向升降裝置。

3.4 自動(dòng)線下部返回

該種布置方式是針對(duì)機(jī)床底座內(nèi)部返回，能有效減少隨行夾具數(shù)量，一般應(yīng)用在相同加工循環(huán)內(nèi)，能有利于機(jī)床進(jìn)行反復(fù)輸送。并且該種返回方式具有外觀精美、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)葍?yōu)點(diǎn)，但同時(shí)其具有底座剛性差、維修難高等缺點(diǎn)，而自動(dòng)線排屑裝置在其中安裝自動(dòng)線設(shè)備，兩者間存在嚴(yán)重的相互矛盾問題，導(dǎo)致該返回方式應(yīng)用范圍較窄。而在正常情況下，小型自動(dòng)線常用輸送方式有履帶式，其返回和輸送都是利用一套減速器來完成，為確保隨行夾具能準(zhǔn)確定位，對(duì)間歇機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度和隨行夾具位置提出更高要求。

4 托盤式輸送裝置

托盤式輸送裝置屬于移動(dòng)步伐式輸送裝置，無法進(jìn)行直接輸送。而托盤是在平板上安裝輸送工件定位桿，再將托盤安裝在步伐式輸送帶中，確保兩者能夠保持同步運(yùn)動(dòng)，一旦托盤收縮，代表加工完成，會(huì)將工件輸送到指定加工工位上，再通過機(jī)械手將工件輸送到指定位置（如圖1所示）。該種輸送方式對(duì)每個(gè)工位定位提出更高要求，所以工作人員要嚴(yán)格按照要求來調(diào)整定位夾緊方式，有利于幫助其盡快適用加工中某些特殊要求，還能發(fā)揮多件輸送、成套輸送等功能，這對(duì)于提升生產(chǎn)線生產(chǎn)效率具有非常重要的作用。由于在加工過程中，工件往往安裝在機(jī)床固定家具方面，因此對(duì)加工精度和定位精度提出較高要求，且要具備較強(qiáng)的排屑條件，也有利于使用自動(dòng)上下料裝置，提高自動(dòng)化水平。但由于該套裝置結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，給維修工作和觀察工作帶來一定難度，進(jìn)而給使用效果帶來嚴(yán)重影響［5］。

圖1 托盤式輸送裝置

5 機(jī)械手輸送裝置

在工件被推到供料站物料臺(tái)后，機(jī)械手輸送裝置會(huì)開展相關(guān)操作。在完成抓取動(dòng)作后，把步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手裝置往加工站物料臺(tái)正前方的方向移動(dòng)，壓到限位，并在加工站物料臺(tái)上放置工件。等到系統(tǒng)接收加工信號(hào)后，機(jī)械手輸送裝置要執(zhí)行相關(guān)操作，并把機(jī)械手輸送裝置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，由裝配站往分揀站運(yùn)送工件，在到達(dá)分揀站傳送帶上方入料口，壓到限位后，放下工件，并執(zhí)行操作，返回原點(diǎn)。該裝置作為自動(dòng)生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)裝置中輸送單元的主要機(jī)構(gòu)，主要是以可編程序控制器為核心，性能可靠、結(jié)構(gòu)緊湊。

根據(jù)機(jī)械輸送手的控制要求，對(duì)于狀態(tài)轉(zhuǎn)移來講，由前一個(gè)動(dòng)作轉(zhuǎn)換為下一個(gè)動(dòng)作，主要是憑借傳感器的檢測(cè)信號(hào)來決定的。另外，針對(duì)需要輸出驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的高速脈沖來講，PCL 要使用晶體管輸出型。關(guān)于機(jī)械手的輸送控制，其需要輸入很多輸出點(diǎn)，從輸入信號(hào)上看，包括各構(gòu)件的傳感器信號(hào)、指示燈模塊的開關(guān)主令信號(hào)等；從輸出信號(hào)上看，包括輸出到機(jī)械手裝置各電磁閥的控制信號(hào)。

在很多情況下，機(jī)械手和滾道、滑道傳送帶相互結(jié)合，從而開展盤類、軸類型工件的輸送，而下面則主要闡述機(jī)械手在軸類加工自動(dòng)線方面的應(yīng)用，即是完成裝卸工作的同時(shí)，完成輸送工件任務(wù)。例如，在北京某廠的轉(zhuǎn)向蝸桿加工自動(dòng)線就是使用該輸送裝置，機(jī)械手能有效完成沿工件軸向移動(dòng)、手爪夾、松工件、繞垂直軸、手臂上下移動(dòng)等運(yùn)動(dòng)，每種運(yùn)動(dòng)都需要用一個(gè)油缸來進(jìn)行，轉(zhuǎn)為可利用回轉(zhuǎn)油缸，也可使用移動(dòng)油缸齒輪來完成（如圖2所示）。這種輸送方式利用一套機(jī)械手來進(jìn)行上下料工件輸送任務(wù)，能完成較難的動(dòng)作。但同時(shí)，很多廠在使用過程中發(fā)現(xiàn)存在下面幾個(gè)問題：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性差、剛度低、輸送精度低，一般應(yīng)用于機(jī)床上方裝卸的盤類工件和軸類工件［6］。

圖2 機(jī)械手輸送裝置

6 結(jié)語

綜上所述，目前，我國(guó)應(yīng)用擺桿步伐式輸送裝置運(yùn)輸工件已取得一定成效，如從某兩個(gè)工廠統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，總共有超過60 條輸送裝置的自動(dòng)線，很少出現(xiàn)輸送裝置故障。該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、性能可靠、操作方便，同時(shí)，打破了傳統(tǒng)生產(chǎn)線體積大、噪音大、運(yùn)行不穩(wěn)定、接線復(fù)雜的局限。因此，在正常環(huán)節(jié)節(jié)拍大于2分子、輸送位置誤差允許大于2mm，則可使用此類輸送裝置。而機(jī)械手運(yùn)輸裝置則應(yīng)用在專能機(jī)床聯(lián)成的自動(dòng)線上，如汽車變速箱第一軸、圓盤齒輪等，其由于剛性較差無法進(jìn)行正常工作，因此，工作人員應(yīng)提高對(duì)該裝置的重視程度。