專利名稱：一種棒料軸向-徑向高速柔性傳送裝置及傳送方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及加工裝備領(lǐng)域，尤其涉及一種將棒料由高速軸向運(yùn)動狀態(tài)轉(zhuǎn)換為高速徑向運(yùn)動狀態(tài)，并提供滿足柔性傳送要求的棒料軸向制動和徑向加速性能的傳送裝置，具體說是用于在高速運(yùn)動中高效率柔性地實現(xiàn)易損棒料的交接和傳送的場所，如煙條卷制成形后連續(xù)高速地傳送進(jìn)入濾嘴接裝工藝等。
背景技術(shù)：
棒料產(chǎn)品的加工一般有軸向和徑向兩類加工工藝，因而其生產(chǎn)機(jī)器通常由可軸向傳送棒料的上游機(jī)和可徑向傳送棒料的下游機(jī)組成，兩者呈“L”形布置。棒料傳送裝置是連接上下游機(jī)器的過渡機(jī)構(gòu)，其作用是將棒料由高速軸向運(yùn)動狀態(tài)轉(zhuǎn)換為高速徑向運(yùn)動狀態(tài)，技術(shù)關(guān)鍵是提供滿足工藝要求的棒料軸向制動和徑向加速性能，實現(xiàn)柔和傳送。尤其是對于由近似于顆粒狀材料包裹而成的棒料產(chǎn)品極易因急劇的速度變化和交接碰撞引起端部顆粒脫落或斷裂等損傷，如高速煙支卷接中由卷制工藝向接裝工藝轉(zhuǎn)換時需要用到高速柔和傳送的裝置和技術(shù)。實現(xiàn)高速柔和交接的基本條件是保證傳送裝置的抓取器與棒料的軸向運(yùn)動同步，傳送裝置的接收器與棒料的徑向運(yùn)動同步，同時棒料不會因動力學(xué)因素而損傷?，F(xiàn)有的典型技術(shù)有雙凸撥輪-捕料鼓輪機(jī)構(gòu)和蜘蛛手-接受鼓輪機(jī)構(gòu)等。雙凸撥輪-捕料鼓輪機(jī)構(gòu)是英國MOLINS公司PASSM系列卷接機(jī)首先使用的傳送裝置。在此類機(jī)構(gòu)中，棒料由雙凸撥輪獲得軸向和徑向的速度而送入旋轉(zhuǎn)的捕料輪承料槽內(nèi)，槽內(nèi)的負(fù)壓孔提供制動吸附力使棒料逐漸停止軸向運(yùn)動并傳向接料鼓輪。雙凸撥輪-捕料鼓輪機(jī)構(gòu)的凸輪向捕料輪的承料槽傳送棒料時難免出現(xiàn)“拋料”動作，使其工作可靠性降低，難以用于多軌棒料的傳送。另一方面，此類機(jī)構(gòu)利用承料槽內(nèi)的負(fù)壓孔提供的吸附力實現(xiàn)棒料的軸向制動，制動距離短則減速過快，致使棒料中的材料顆粒前沖，出現(xiàn)“空頭”等質(zhì)量問題，制動距離長則直接導(dǎo)致機(jī)構(gòu)的尺寸過大，而且有棒料制動停止位置難以準(zhǔn)確控制等問題，承料槽與棒料之間的制動摩擦力也常常導(dǎo)致產(chǎn)品的外觀損傷。蜘蛛手是德國虹霓(HAUNI)公司PROTOS系列卷接機(jī)首先使用的一種基于行星輪系技術(shù)的傳送裝置。蜘蛛手的吸爪始終沿橢圓軌跡做平動，在其運(yùn)動軌跡的短半軸位置的切線速度與棒料的軸向速度相同，在長半軸位置的切線速度與接料鼓輪上承料槽的切線速度一致，從而實現(xiàn)棒料的軸向-徑向傳送。為了滿足高速傳送的要求，蜘蛛手機(jī)構(gòu)一般需要有多個吸爪，屬于復(fù)雜的多行星輪復(fù)合機(jī)構(gòu)，設(shè)計難度和制造成本高，而且對棒料產(chǎn)品長度尺寸的變化和多軌棒料傳送的適應(yīng)能力差。另一方面，由于蜘蛛手機(jī)構(gòu)必須在吸爪轉(zhuǎn)動四分之一橢圓弧的時間內(nèi)完成棒料由高速軸向運(yùn)動向高速徑向運(yùn)動的轉(zhuǎn)換，棒料須承受急劇的加速度載荷，容易導(dǎo)致產(chǎn)品空頭和斷裂等質(zhì)量問題發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)難以滿足棒料產(chǎn)品加工提出的高速柔性交接問題，尤其是那些由近似于顆粒狀材料包裹而成的，極易因急劇的速度變化和交接碰撞引起端部顆粒脫落或斷裂等損傷的產(chǎn)品，如高速煙支卷接中由卷制工藝向接裝工藝轉(zhuǎn)換時需要用到高速傳送的裝置，現(xiàn)有技術(shù)常常導(dǎo)致明顯的空頭和外觀損傷等質(zhì)量問題。本發(fā)明公開了一種新型的棒料軸向-徑向高速柔性傳送裝置及PCFT(Poke-Catch-Flex-Transmit)傳送方法,新方法通過依次完成棒料的撥(Poke)、捕(Catch)、轉(zhuǎn)(Flex)、傳(Transmit)系列傳送步驟使棒料在完成高速傳送動作的同時承受更加低強(qiáng)度的動力學(xué)參數(shù)作用，從而使依據(jù)PCFT方法設(shè)計的PCFT裝置具有柔性傳送性能突出、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、適用于單軌單排輸出和多軌輸入單排輸出多種場合的技術(shù)優(yōu)勢，更加適用于易損棒料的高速柔和傳送。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種棒料軸向-徑向高速柔性傳送裝置，包括可軸向傳送棒料的上游機(jī)和可徑向傳送棒料的下游機(jī)，其結(jié)構(gòu)特點是，所述上游機(jī)與下游機(jī)呈“L”形布置，在所述上游機(jī)與下游機(jī)之間設(shè)有至少一組將棒料由軸向運(yùn)動轉(zhuǎn)換為徑向運(yùn)動的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)；每組轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括雙凸撥輪，置于雙凸撥輪一側(cè)的偏置鼓輪，與偏置鼓輪相向轉(zhuǎn)動的錐形鼓輪，與錐形鼓輪相向轉(zhuǎn)動的過渡鼓輪；當(dāng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)為一組時，所述過渡鼓輪直接與一傳送鼓輪相向轉(zhuǎn)動；當(dāng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)為多組時，多個過渡鼓輪與一合并鼓輪相向轉(zhuǎn)動，該合并鼓輪與該傳送鼓輪相向轉(zhuǎn)動。進(jìn)一步地，所述雙凸撥輪由一對前后布置的圓柱凸輪構(gòu)成；所述偏置鼓輪的旋轉(zhuǎn)軸線與棒料軸向運(yùn)動的方向呈一個角度Θ，該偏置鼓輪上設(shè)置有至少一個吸爪，所述錐形鼓輪上設(shè)有至少一個與偏置鼓輪上吸爪配合傳送棒料的吸槽；所述過渡鼓輪上設(shè)有至少一個與錐形鼓輪上吸槽配合傳送棒料的吸槽；當(dāng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)為一組時，所述傳送鼓輪上設(shè)有至少一個與過渡鼓輪上吸槽配合傳送棒料的吸槽；當(dāng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)為多組時，所述合并鼓輪上設(shè)有多個與過渡鼓輪上吸槽配合傳送棒料的吸爪，所述吸爪套裝在一搖桿上并可沿?fù)u桿的軸向進(jìn)行滑動，所述合并鼓輪具有帶凹槽的圓柱凸輪或端面凸輪，所述合并鼓輪的吸爪嵌在所述圓柱凸輪或端面凸輪的凹槽內(nèi)并可沿著凹槽移動；所述傳送鼓輪上設(shè)有至少一個與合并鼓輪上吸爪配合傳送棒料的吸槽；所述偏置鼓輪的吸爪、錐形鼓輪的吸槽、過渡鼓輪的吸槽、合并鼓輪的吸爪和傳送鼓輪的吸槽分別與負(fù)壓吸附裝置連通。本發(fā)明所述負(fù)壓吸附裝置為現(xiàn)有設(shè)備，其主要作用是利用氣壓實現(xiàn)吸爪或吸槽抓、放棒料的動作。作為一種具體的調(diào)位方式，所述偏置鼓輪的吸爪安裝在可轉(zhuǎn)動的調(diào)位裝置上，所述偏置鼓輪轉(zhuǎn)動時該調(diào)位裝置使吸爪和棒料轉(zhuǎn)動至棒料的軸線與偏所述置鼓輪的旋轉(zhuǎn)軸線平行。更進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供了一種利用上述棒料軸向-徑向高速柔性傳送裝置進(jìn)行棒料柔性傳送的方法，其特征是，包括如下步驟:I)撥:所述雙凸撥輪由一對高速轉(zhuǎn)動的圓柱凸輪前后布置構(gòu)成，利用負(fù)壓吸附裝置產(chǎn)生的吸附力接受沿輸送軌運(yùn)動的棒料，通過旋轉(zhuǎn)的圓柱凸輪的凸輪槽完成對棒料的撥的動作，使棒料在保持位于上游機(jī)時的軸向運(yùn)動速度的同時獲得偏置鼓輪接受棒料所需的徑向速度；2)捕:所述偏置鼓輪的旋轉(zhuǎn)軸線與棒料軸向運(yùn)動的方向偏置一個角度，轉(zhuǎn)動時使偏置鼓輪上的K1個吸爪在與棒料交接時具有與運(yùn)動棒料相同的軸向運(yùn)動和徑向運(yùn)動，在偏置鼓輪和棒料相對速度為零的瞬間利用負(fù)壓吸附裝置產(chǎn)生的吸附力完成對棒料的捕的動作，完成棒料在雙凸撥輪(2)與偏置鼓輪之間的柔和交接；
3)轉(zhuǎn):所述偏置鼓輪的吸爪安裝在可轉(zhuǎn)動的調(diào)位裝置上，偏置鼓輪轉(zhuǎn)動的同時，調(diào)位裝置使偏置鼓輪的吸爪和棒料的軸線轉(zhuǎn)動到與偏置鼓輪的旋轉(zhuǎn)軸線平行，完成對棒料的轉(zhuǎn)的動作；4)傳:具有K2個吸槽的錐形鼓輪與所述偏置鼓輪相向旋轉(zhuǎn)使吸槽與該偏置鼓輪的吸爪運(yùn)動至相切處的瞬時速度相等，通過負(fù)壓吸附裝置產(chǎn)生的吸附力的啟閉完成棒料在偏置鼓輪與錐形鼓輪之間的傳的交接動作；具有K3個吸槽的過渡鼓輪與錐形鼓輪相向旋轉(zhuǎn)使過渡鼓輪的吸槽與錐形鼓輪吸槽運(yùn)動至相切處的瞬時速度相等，通過負(fù)壓吸附裝置產(chǎn)生的吸附力的啟閉完成棒料在錐形鼓輪與過渡鼓輪之間的傳的交接動作，棒料被徑向單排傳送輸出；對于單軌一組高速軸向運(yùn)動棒料的情況，具有K5個吸槽的傳送鼓輪與所述過渡鼓輪相向旋轉(zhuǎn)使傳送鼓輪的吸槽與過渡鼓輪的吸槽運(yùn)動至相切處的瞬時速度相等，通過負(fù)壓吸附裝置產(chǎn)生的吸附力的啟閉完成棒料在過渡鼓輪與傳送鼓輪之間的傳的交接動作，棒料被徑向單排傳送輸出至傳送鼓輪徑向運(yùn)動的軌道上，完成單軌一組高速軸向運(yùn)動棒料的徑向單排傳送輸出的傳的動作；對于多軌多組高速軸向運(yùn)動棒料的情況，具有K4個吸爪的合并鼓輪與多個過渡鼓輪相向轉(zhuǎn)動，合并鼓輪上可沿軸向運(yùn)動的吸爪分別與兩個過渡鼓輪上的吸槽轉(zhuǎn)動至相切處的瞬時速度相等，通過負(fù)壓吸附裝置產(chǎn)生的吸附力的啟閉完成棒料和棒料在兩個過渡鼓輪與合并鼓輪之間的傳的交接動作；所述合并鼓輪上的吸爪隨合并鼓輪轉(zhuǎn)動的同時在圓柱凸輪或端面凸輪和搖桿的作用下相向運(yùn)動至合并鼓輪與傳送鼓輪相切位置處，即可將棒料傳送至具有K5個吸槽的傳送鼓輪的徑向運(yùn)動的軌道上，完成多軌多組高速軸向運(yùn)動棒料的徑向單排傳送輸出的傳的動作；所述^“^^均為正整數(shù)。本發(fā)明所述棒料在雙凸撥輪與偏置鼓輪之間的柔和交接是指棒料在雙凸撥輪與偏置鼓輪之間交接過程中無剛性碰撞。進(jìn)一步地，所述棒料被撥入雙凸撥輪的凸輪槽時，棒料的徑向運(yùn)動規(guī)律為:
權(quán)利要求
1.一種棒料軸向-徑向高速柔性傳送裝置，包括可軸向傳送棒料(I)的上游機(jī)和可徑向傳送棒料(I)的下游機(jī)，其特征是，所述上游機(jī)與下游機(jī)呈“L”形布置，在所述上游機(jī)與下游機(jī)之間設(shè)有至少一組將棒料(I)由軸向運(yùn)動轉(zhuǎn)換為徑向運(yùn)動的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)；每組轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括雙凸撥輪(2 )，置于雙凸撥輪(2 ) —側(cè)的偏置鼓輪(4)，與偏置鼓輪(4)相向轉(zhuǎn)動的錐形鼓輪(7 )，與錐形鼓輪(7 )相向轉(zhuǎn)動的過渡鼓輪(9 ); 當(dāng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)為一組時，所述過渡鼓輪(9)直接與一傳送鼓輪(12)相向轉(zhuǎn)動； 當(dāng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)為多組時，多個過渡鼓輪(9，17)與一合并鼓輪(11)相向轉(zhuǎn)動，該合并鼓輪(11)與該傳送鼓輪(12)相向轉(zhuǎn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的棒料軸向-徑向高速柔性傳送裝置，其特征是，所述雙凸撥輪(2)由一對前后布置的圓柱凸輪構(gòu)成；所述偏置鼓輪(4)的旋轉(zhuǎn)軸線與棒料(I)軸向運(yùn)動的方向呈一個角度Θ，該偏置鼓輪(4)上設(shè)置有至少一個吸爪(3)，所述錐形鼓輪(7)上設(shè)有至少一個與偏置鼓輪(4)上吸爪(3)配合傳送棒料(I)的吸槽(6);所述過渡鼓輪(9)上設(shè)有至少一個與錐形鼓輪(7)上吸槽(6)配合傳送棒料(I)的吸槽(8)； 當(dāng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)為一組時，所述傳送鼓輪(12)上設(shè)有至少一個與過渡鼓輪(9)上吸槽(8)配合傳送棒料(I)的吸槽(20)； 當(dāng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)為多組時，所述合并鼓輪(11)上設(shè)有多個與過渡鼓輪(9，17 )上吸槽(8 )配合傳送棒料(I)的吸爪(15，16)，所述吸爪(15，16)套裝在一搖桿(19)上并可沿?fù)u桿(19)的軸向進(jìn)行滑動，所述合并鼓輪(11)具有帶凹槽的圓柱凸輪或端面凸輪(18)，所述合并鼓輪(11)的吸爪(15，16)嵌在所述圓柱凸輪或端面凸輪(18)的凹槽內(nèi)并可沿著凹槽移動；所述傳送鼓輪(12)上設(shè)有至少一個與合并鼓輪(11)上吸爪(15，16)配合傳送棒料(I)的吸槽(20)； 所述偏置鼓輪(4 )的吸爪(3 )、錐形鼓輪(7 )的吸槽(6 )、過渡鼓輪(9 )的吸槽(8 )、合并鼓輪(11)的吸爪(15，16)和傳送鼓輪(12)的吸槽(20)分別與負(fù)壓吸附裝置連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的棒料軸向-徑向高速柔性傳送裝置，其特征是，所述偏置鼓輪(4)的吸爪(3)安裝在可轉(zhuǎn)動的調(diào)位裝置(5)上，所述偏置鼓輪(4)轉(zhuǎn)動時該調(diào)位裝置(5)使吸爪(3)和棒料(I)轉(zhuǎn)動至棒料(I)的軸線與偏所述置鼓輪(4)的旋轉(zhuǎn)軸線平行。
4.一種利用權(quán)利要求1 3之一所述棒料軸向-徑向高速柔性傳送裝置進(jìn)行棒料柔性傳送的方法，其特征是，包括如下步驟: 1)撥:所述雙凸撥輪(2)由一對高速轉(zhuǎn)動的圓柱凸輪前后布置構(gòu)成，利用負(fù)壓吸附裝置產(chǎn)生的吸附力接受沿輸送軌運(yùn)動的棒料，通過旋轉(zhuǎn)的圓柱凸輪的凸輪槽完成對棒料的撥的動作，使棒料在保持位于上游機(jī)時的軸向運(yùn)動速度的同時獲得偏置鼓輪(4)接受棒料所需的徑向速度； 2)捕:所述偏置鼓輪(4)的旋轉(zhuǎn)軸線與棒料(I)軸向運(yùn)動的方向偏置一個角度，轉(zhuǎn)動時使偏置鼓輪(4)上的K1個吸爪(3)在與棒料交接時具有與運(yùn)動棒料相同的軸向運(yùn)動和徑向運(yùn)動，在偏置鼓輪(4)和棒料相對速度為零的瞬間利用負(fù)壓吸附裝置產(chǎn)生的吸附力完成對棒料的捕的動作，完成棒料在雙凸撥輪(2)與偏置鼓輪(4)之間的柔和交接； 3)轉(zhuǎn):所述偏置鼓輪(4)的吸爪(3)安裝在可轉(zhuǎn)動的調(diào)位裝置(5)上，偏置鼓輪(4)轉(zhuǎn)動的同時，調(diào)位裝置(5)使偏置鼓輪(4)的吸爪(3)和棒料的軸線轉(zhuǎn)動到與偏置鼓輪(4)的旋轉(zhuǎn)軸線平行，完成對棒料的轉(zhuǎn)的動作；4)傳:具有K2個吸槽(6)的錐形鼓輪(7)與所述偏置鼓輪(4)相向旋轉(zhuǎn)使吸槽(6)與該偏置鼓輪(4)的吸爪(3)運(yùn)動至相切處的瞬時速度相等，通過負(fù)壓吸附裝置產(chǎn)生的吸附力的啟閉完成棒料在偏置鼓輪(4)與錐形鼓輪(7)之間的傳的交接動作； 具有K3個吸槽的過渡鼓輪(9)與錐形鼓輪(7)相向旋轉(zhuǎn)使過渡鼓輪(9)的吸槽(8)與錐形鼓輪(7)吸槽(6)運(yùn)動至相切處的瞬時速度相等，通過負(fù)壓吸附裝置產(chǎn)生的吸附力的啟閉完成棒料在錐形鼓輪(7)與過渡鼓輪(9)之間的傳的交接動作，棒料被徑向單排傳送輸出； 對于單軌一組高速軸向運(yùn)動棒料的情況，具有K5個吸槽(20)的傳送鼓輪(12)與所述過渡鼓輪(9)相向旋轉(zhuǎn)使傳送鼓輪(12)的吸槽(20)與過渡鼓輪(9)的吸槽(8)運(yùn)動至相切處的瞬時速度相等，通過負(fù)壓吸附裝置產(chǎn)生的吸附力的啟閉完成棒料在過渡鼓輪(9)與傳送鼓輪(12)之間的傳的交接動作，棒料被徑向單排傳送輸出至傳送鼓輪(12)徑向運(yùn)動的軌道上，完成單軌一組高速軸向運(yùn)動棒料的徑向單排傳送輸出的傳的動作； 對于多軌多組高速軸向運(yùn)動棒料的情況，具有K4個吸爪的合并鼓輪(11)與多個過渡鼓輪(17、9 )相向轉(zhuǎn)動，合并鼓輪(11)上可沿軸向運(yùn)動的吸爪(15、16 )分別與兩個過渡鼓輪(17、9)上的吸槽(8)轉(zhuǎn)動至相切處的瞬時速度相等，通過負(fù)壓吸附裝置產(chǎn)生的吸附力的啟閉完成棒料(13)和棒料(14)在兩個過渡鼓輪(17、9)與合并鼓輪(11)之間的傳的交接動作；所述合并鼓輪(11)上的吸爪(15，16)隨合并鼓輪(11)轉(zhuǎn)動的同時在圓柱凸輪或端面凸輪(18)和搖桿(19)的作用下相向運(yùn)動至合并鼓輪(11)與傳送鼓輪(12)相切位置處，即可將棒料(I)傳送至具有K5個吸槽的傳送鼓輪(12)的徑向運(yùn)動的軌道上，完成多軌多組高速軸向運(yùn)動棒料的徑向單排傳送輸出的傳的動作； 所述1、K2, K3> K4, K5均為正整數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的棒料柔性傳送的方法，其特征是，所述棒料被撥入雙凸撥輪(2)的凸輪槽時，棒料的徑向運(yùn)動規(guī)律為:
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的棒料柔性傳送的方法，其特征是，步驟2)中，棒料的徑向運(yùn)動規(guī)律為:
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的棒料柔性傳送的方法，其特征是，步驟4)中，所述錐形鼓輪(7)與偏置凸輪(4)的關(guān)系為:
8.根據(jù)權(quán)利要求 4所述的棒料柔性傳送的方法，其特征是，步驟4)中，所述過渡鼓輪(9)與偏置鼓輪(4)之間的關(guān)系為:
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的棒料柔性傳送的方法，其特征是，步驟4)中，所述合并鼓輪(11)與傳送鼓輪(12)、偏置鼓輪(4)之間的關(guān)系為:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種棒料軸向—徑向高速柔性傳送裝置及傳送方法。為了解決現(xiàn)有技術(shù)難以滿足棒料高速柔性交接的問題，本發(fā)明的棒料經(jīng)由雙凸撥輪、偏置鼓輪、錐形鼓輪、過渡鼓輪、合并鼓輪、傳送鼓輪連續(xù)完成撥、捕、轉(zhuǎn)、傳系列動作，完成棒料軸向—徑向高速柔性傳送。本發(fā)明具有動力學(xué)參數(shù)優(yōu)化，結(jié)構(gòu)簡單，具有更好的柔和傳送特性，可用于單軌單排輸出和多軌輸入單排輸出多種場合等技術(shù)優(yōu)勢，更加適用于在高速運(yùn)動中高效率柔性地實現(xiàn)易損棒料的交接和傳送的場所，如煙條卷制成形后連續(xù)高速地傳送進(jìn)入濾嘴接裝工藝等。
文檔編號B65G47/64GK103144953SQ20131009006
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月20日
發(fā)明者劉子建, 田海豹 申請人:湖南大學(xué)