三坐標氣動步進式機械手的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及機械手領域，尤其涉及一種三坐標氣動步進式機械手，一種自動送料設備，特別適合在一臺多工位壓力機的各工位間進行送料的專用機械手。
【背景技術】
[0002]近年來國際鍛壓領域呈現(xiàn)精密化，高效化和自動化的發(fā)展趨勢；國內(nèi)能源，原材料，勞動力以及環(huán)境成本顯著上升；國內(nèi)鍛壓行業(yè)，急需進行工藝和裝備的更新。要實現(xiàn)低消耗、短流程、高效率和自動化生產(chǎn)，除了發(fā)展高效化的壓力機和成形工藝，縮短生產(chǎn)輔助時間是又一關鍵因素。其主要形式為“先進成形工藝+新型設備+自動化系統(tǒng)”的生產(chǎn)單元，其典型組合之一為:多工位壓力機+步進式機械手。
[0003]多工位成形，在同一臺設備上的一次行程中(各個工位)同時完成不同的成形工序，多次行程完成每件從接坯料到排出工件的全部工序。一臺設備、一次上料完成全部工序，不同工序同步進行。連續(xù)上料，連續(xù)出件，生產(chǎn)節(jié)拍快，工序間距短一一流程極短，效率極尚。
[0004]步進式機械手，按照與壓力機模具相協(xié)調(diào)的步距和節(jié)拍，依照三軸直角坐標系，執(zhí)行步進式動作循環(huán)，完成物料在一臺壓力機各工位間的順序傳送。機械手每執(zhí)行一次步進循環(huán)，物料完成由一個模腔到另一個模腔的一次轉(zhuǎn)移；每個步進循環(huán)通常包括卡爪夾緊、上升、送進、下降、釋放和返回六個動作，動作軌跡(見圖7)。其操作空間小，動作節(jié)拍快，適應多工位成形短流程、高效率的需求，成為多工位鍛壓自動線的標準配置。
[0005]目前我國約有90%的鍛壓線采用人工上下料，需要多名操作工人，人身安全和工件質(zhì)量難以保證。而多機臺的自動鍛造生產(chǎn)線由數(shù)臺壓力機組成，生產(chǎn)節(jié)拍最高為6-9次/分，設備維修工件量大。制件成本比國外高2-3倍，是我國鍛壓企業(yè)嚴重缺乏市場競爭力的重要因素之一。
[0006]步進式機械手主要有這樣幾種結(jié)構形式:凸輪式，多連桿式，框架式等。驅(qū)動方式主要有機械驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、液壓驅(qū)動和電驅(qū)動。從自動控制技術方面，幾種方式的可控性依次增強；從柔性制造技術(FMT)方面，幾種方式的柔性依次增強；發(fā)達國家以伺服電動的較常見。
[0007]關節(jié)機器人也可以執(zhí)行多工位送料。關節(jié)機器人具有以下特點:有很高的自由度，適合于幾乎任何軌跡或角度的工作；價格高，成本高。關節(jié)機器人由于占用操作空間大，必須安置在壓力機的前面或后面，對換模形成一定干擾。
[0008]與之相比，步進式機械手的機箱只需安裝在壓力機側(cè)面，與機箱連接的步進梁穿過壓力機側(cè)窗口，只占用上下模之間的少部分空間，并且步進梁可拆卸，便于快速換模。步進式機械手特別適合多工位壓力機各工位間送料的工作要求，并且構造簡單，容易維護。
[0009]參考文獻
[0010]李亞軍等，工藝裝備更新?lián)Q代一一汽車鍛造企業(yè)提升競爭力的有效途徑，金屬加工(熱加工)，2OO8年2I期
[0011]發(fā)內(nèi)容明
[0012]本實用新型的目的是:提供一種用于多工位壓力機的各工位間進行自動送料的機械手，它適應多工位成形短流程、高效率的需求，并且構造簡單，容易維護。
[0013]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術方案為:三坐標氣動步進式機械手，包括控制系統(tǒng)；氣壓驅(qū)動裝置；氣緩沖系統(tǒng)；氣緩沖裝置和液壓緩沖器；氣動調(diào)速閥和機械同步機構；以及由三自由度機架、步進梁和卡爪組成的執(zhí)行機構；所述控制系統(tǒng)由PLC控制器、電磁換向閥、位置傳感器組成；所述氣壓驅(qū)動裝置為分別驅(qū)動三坐標方向運動的驅(qū)動氣缸，包括夾料氣缸、送料氣缸、升降氣缸；所述氣壓驅(qū)動裝置、氣緩沖系統(tǒng)、氣緩沖裝置和液壓緩沖器、氣動調(diào)速閥和機械同步機構、三自由度機架均置于機箱內(nèi)，同樣結(jié)構的兩個機箱左右對稱布置在壓力機兩側(cè)；所述步進梁為兩根，前后平行布置于壓力機上下模附近的適當平面處；每一根步進梁兩端分別穿過壓力機側(cè)窗口，與兩側(cè)機箱內(nèi)的三自由度機架連接。受控制系統(tǒng)控制，氣壓驅(qū)動裝置驅(qū)動三自由度機架執(zhí)行X/Y/Z三方向的直線運動。所述三坐標氣動步進式機械手的系統(tǒng)組成原理(見圖9)。由于本實用新型采用了如上技術方案，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)多工位壓力機的各工位間的自動送料，而且效率高，維護簡單。
[0014](一 )所述三坐標氣動步進式機械手，夾料和送料部分采用氣緩沖裝置和液壓緩沖器。所述氣緩沖裝置為氣缸內(nèi)置；所述液壓緩沖器以油壓力緩沖，為單體密閉結(jié)構，由外缸體、內(nèi)缸體、活塞、復位彈簧、節(jié)流孔、蓄勢器、單向閥、液壓油組成；不需要油栗和管路，維護簡單；其體積小阻尼強，可以根據(jù)沖擊載荷和沖擊速度調(diào)節(jié)阻尼力大小。所述液壓緩沖器的活塞桿與被緩沖氣缸的活塞桿正面相對布置，在氣缸活塞桿到達行程末端附近二者開始接觸。當受到氣缸活塞桿頂推，緩沖器活塞內(nèi)移時，單向閥關閉，液壓油通過內(nèi)缸體上的多排微小節(jié)流孔流出到內(nèi)外缸體之間的蓄能腔，壓縮蓄勢器，內(nèi)缸油壓力升高產(chǎn)生阻尼力；阻尼力通過活塞桿傳遞到氣缸活塞，對氣缸形成緩沖。當緩沖器活塞復位外伸時單向閥打開，液壓油通過單向閥回流內(nèi)缸。
[0015]所述三坐標氣動步進式機械手，提料部分采用的氣緩沖系統(tǒng)是由單個大流量溢流減壓閥連接垂直布置的平衡氣缸下腔組成的回路；所述平衡氣缸上腔經(jīng)消聲器連通大氣；所述平衡氣缸垂直安裝在機箱底部，其活塞桿向上與機架連接；所述平衡氣缸活塞下行時，氣缸下腔由溢流排氣壓力產(chǎn)生對活塞向上的推力，從而支承機構重力并阻尼機構下降運動產(chǎn)生的沖擊?？梢愿鶕?jù)機構重力和運動沖擊大小手動調(diào)節(jié)溢流減壓閥排氣壓力，從而使平衡氣缸推力剛好平衡機構重力，而不會阻礙機構正常下行速度。
[0016]( 二 )所述三坐標氣動步進式機械手，同時采用氣動調(diào)速閥和機械同步機構進行同步控制。通過連接于各氣缸排氣口的氣動調(diào)速閥調(diào)節(jié)流量，使關聯(lián)氣缸的活塞運動相互同步。所述機械同步機構，在夾料部分采用齒輪齒條的對夾機構(見圖4.1，圖4.2)。兩側(cè)夾料氣缸活塞桿經(jīng)夾料連接件連接齒條再分別與兩外側(cè)齒輪嚙合，而中間齒輪同時與外側(cè)齒輪嚙合，三個齒輪同步旋轉(zhuǎn)，控制兩側(cè)齒條同步位移。夾料連接件經(jīng)送料導軌和正交板連接步進梁；兩側(cè)齒條控制夾料氣缸和步進梁的兩臂在夾料方向同步位移。所述機械同步機構，在送料部分采用導軸導套機構(見圖5.1至5.3)。導軸和導套互相套合再分別與步進梁兩臂固連；導軸對導套只保留同軸直線移動，其他自由度鎖死；兩臂夾緊/松開動作時，導軸導套隨之開合移動；導軸和導套控制步進梁兩臂在送料方向同步位移。
[0017](三)所述三坐標氣動步進式機械手的三自由度機架是三層桁架結(jié)構，兩層之間由滾動導軌連接、支承和導向；受驅(qū)動裝置驅(qū)動，可執(zhí)行X/Y/Z三方向的直線運動；(見圖2.2至2.4，圖3)。底層機架經(jīng)升降導軌與機箱連接，中層托板經(jīng)支承導軌與底層機架連接；在頂層正交板和中層托板之間，夾料導軌和送料導軌呈平面正交方向布置并在正交板下方與之固連。夾料導軌其滑塊朝上與正交板固連(圖2.3剖面線表示)，其導軌朝下經(jīng)中層托扳與送料氣缸活塞桿連接；送料導軌其導軌朝上與正交板固連(圖2.3剖面線表示)，其滑塊朝下經(jīng)夾料連接件與夾料氣缸活塞桿連接；左右兩個機箱內(nèi)的正交板分別與步進梁兩臂兩端固連。升降氣缸驅(qū)動底層機架執(zhí)行(升/降)運動。
[0018](四)所述控制系統(tǒng)由PLC控制器、電磁換向閥、位置傳感器組成。在步進梁三坐標行程的極限位置附近安裝了位置傳感器。PLC聯(lián)合電磁換向閥和位置傳感器等，可對機構運動實行點位控制。機械手三坐標的行程范圍和行程次數(shù)需要根據(jù)產(chǎn)品的工藝要求、配套壓力機的工作參數(shù)等來確定?？ㄗΦ膹堥_/夾緊、送進/返回與壓力機主滑塊的垂直運動之間有一定的協(xié)同關系。機械手具有獨立的運動控制系統(tǒng)，它和壓力機之間的運動關系通過電氣信號互鎖，兩者的動作在空間上不能有干涉，時間上可以互相交錯，以節(jié)省工序時間，提尚生廣節(jié)拍。
[0019]本實用新型的有益效果是:利用它進行物料轉(zhuǎn)移，一改以往使用大量人工上下料和手工操作的低效率方式。它可與單臺多工位壓力機組成生產(chǎn)線實現(xiàn)自動化連續(xù)生產(chǎn)，其生產(chǎn)效率高。以三工位成形熱鍛為例，隔工位鍛打人工操作一般由4個操作工配合，每分鐘可以鍛打4?6件，而自動生產(chǎn)線每分鐘可生產(chǎn)鍛件8?12件，整個多工位壓力機生產(chǎn)線只需I?2個人進行監(jiān)控，人均每小時效率是手工送料流水線的4?5倍。它送料精度高，有利于保證產(chǎn)品的一致性和制件質(zhì)量。它減少工人數(shù)量，降低工人勞動強度，提高成品率，制件綜合成本大為降低。對提高我國鍛壓企業(yè)的生產(chǎn)效率和自動化水平以及市場競爭力將會起到很好的示范作用。
【附圖說明】
[0020]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明
[0021]圖1為機械手的外形立體圖
[0022]圖2.1為機械手的總體結(jié)構立體圖
[0023]圖2.2為機械手的總體結(jié)構平面圖(含L部局部放大圖)
[0024]圖2.3為圖2.2的C向視圖
[0025]圖2.4為圖2.2的B向視圖
[0026]圖3為三自由度機架立體圖
[0027]圖4.1為夾料部分同步機構立體圖
[0028]圖4.2為夾料部分同步機構三視圖
[0029]圖5.1為送料部分同步機構立體圖
[0030]圖5.2為送料部分同步機構平面圖
[0031]圖5.3為圖5.2的左視圖
[0032]圖6.1為液壓緩沖器與氣缸布置圖
[0033]圖6.2為提料部分氣緩沖系統(tǒng)的氣動原理圖
[0034]圖7為步進動作軌跡圖
[0035]圖8為阻尼力特性曲線圖
[0036]圖9為機械手系統(tǒng)原理圖
[0037]圖1至圖6中:
[0038]1.左機箱，2.右機箱，3.步進梁，4.卡爪，5.升降導軌，6.夾料導軌，7.送料導軌，8.支承導軌，9.液壓緩沖器，10.平衡氣缸，11.升降氣缸，12.導軸，13.導套，14.齒輪，15.齒條，16.夾料氣缸，17.送料氣缸，18.正交板，19.夾料連接件，20.托扳，21.機架，