柔性冲压生产线自动输送设备设计

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Design of Flexible Stamping Production Line for Automatic ConveyingYU Hanping ，ZHAO Qinghui ，MA Dong(1.Guangzhou Mechanical and Electrical Equipment Co.，Ltd.，Guangzhou Guangdong 5 10000，China；2.Sany Group，Changsha Hunan 410100，China)Abstract：The structure of the flexible stamping production line for automatic feeding system was introduced.The plate materialwas placed on the line through the pneumatic manipulator.By anointing oil mechanism，three degrees of freedom manipulator，auto-matic lifting equipment，the material was fed to the hydraulic forming mechanism.Energy consumption of the system was decreased bythe use of no-power transmission mechanism.After debugging and operation，it is proved to be safe and stable。

Keywords：Flexible automatic line；Multi degrees of freedom manipulator；Conveying equipment1 压力锅内胆柔性冲压工艺流程压力锅在生活中的应用越来广泛，市场需求量大。压力锅内胆是压力锅的关键部件之-，针对某厂对于压力锅内胆自主生产需求，研发压力锅内胆柔性冲压全 自动生产线。系统包括：自动送料、上料小车，起边预分离机构，多自由度机械手 自动输送机A-送料、起边分离机构B-三臂协同移载机械手单元c-单臂移载旋转机械手单元D-单臂移载旋转机械手单元构，抹油机构，多台通用液压冲压机构等主要设备；设计相应的定位机构、无动力输送机等辅助机构。用金属板材的涂油、拉延成形、剪切、卷边和打忧等生产单元构建自动化成套装备及柔性生产线，实现金属板材成型的自动、快节拍的规模化生产u 。系统工艺流程如图 1所示。

D收稿 日期：2012-05-08 ，作者简介：余汉平 (1956-)，男 ，本科，从事轻工、家电行业生产流水线及专机 的设计、制造。E-mail：qxgz2008###126.com。

· 30· 机床与液压 第 41卷2 机构设计方案系统采用柔性冲压自动生产线方案，能够实现灵活调节，进行-个工序、多个工位的自动切换，满足企业对多种规格产品的大批量生产需求。采用普通的液压压力机，结合物料自动输送设备，高效完成多个工序的操作。价格比多工位专用压力机较便宜，同时解决单工序压力机生产效率低、占地面积大等问题 。系统总体机构如图 2所示。

l 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16l-起边机构 2- 自动送料小车 3、5、9、l3-输送带 4-抹油机构 6-定位装置 -拉延液压机 8、12、16-无动力输送机lO、l4-提升装置 ll-剪边、卷边液压机 l5-压水印液压机 17、19、21、23-机械手臂 l8、20、22-机械手机架图2 系统总体结构板片料码垛送到自动小车上料机构后，启动进入 靠。

运行状态，将物料送至小车提升装置，供起边分离机构吸取工件；三臂移载机械手前臂抓取工件经传输带送至抹油机构，同时中臂抓取已经抹油的圆片工件送至定位机构，而此时后臂将定位机构中的圆片工件送至拉延冲压机；完成拉延后的压力锅内胆，经后臂辅助装置被顶出磨具中心，到无动力传输机8，经传输带送至单臂移载旋转机械手下的提升装置 10；工件提升到-定高度后，单臂移载旋转机械手抓取工件后，通过手腕翻边，在提升后送到剪边、卷边冲压机；此后通过单臂移载旋转机械手辅助装置将工件顶入无动力传输机构 12，通过传输带送至提升装置14；工件送至单臂移载机械手，抓取工件后，然后送至压水印冲压机，完成工序操作。

3 自动输送设备机构根 据 产 品 的 尺 寸 型 号 要 求 (CYXB40/50/60FD1)，分为4L等3个不同系列。板片料质量不超过4.6 kg，考虑加速度因素及安全系数，机械手真空吸盘吸力不超过90 N；圆片堆高度400 mm时，圆片总质量约306 kg。

3.1 自动供料小车机构小车送料、上料机构实现工件码垛的装载、步进提升。工件输送到位后小车自动返回装载下-码垛工件；提升机构中检测装置发出物料用尽信号时，提升机构返回到位，进入下-个循环周期。当双臂协同机械手抓取Ⅳ片工件后，系统自动提升升降机到真空吸机械手吸附工件的高度要求，当圆片提取完成时升降机快速回位 。小车结构图如图3所示。

小车采用电机拖动，通过齿轮齿条传动；传感器5检测物料是否用尽，传感器 7检测提升机构的高度，二者共同作为后续机械手动作的驱动信号源；升降机构直接采用蜗杆式升降机，使得传动平稳、可图3 自动小车机构3.2 起边预分离机构图4 起边装置码垛物料达400片之多，加之圆片上保护油，使得彼此吸附力较大。为更好解决-次抓取单片物料问题，经试验测试，采用高速振动器，起到预先起边、解决物料粘连的作用。振动器由高速旋转电机驱第 14期 余汉平 等：柔性冲压生产线自动输送设备设计 ·31·动，带动装有负压吸盘的偏心轮高速旋转，采用适当偏心距，使其在竖直方向高速抖动〖虑彼此间的吸附力、圆片的重力及离心力，采用合适的负压吸盘、压强，将圆片预先分离，等待机械手抓龋如图3中，由元件 9-12组成的起边预分离机构，达到可靠分离多片板片料的目的 。工作机构原理如图4所示。

该结构广泛应用于轻工业各种板片料的供料机构中，输送较厚(如钢板、硬纸壳)的板料，同时适用于薄片料。系统结构简单，气源安全可靠，同时对工件无损害、可靠性高。

3.3 多自由度机械手(1)多臂协同移载机械手分离后的圆片，由多臂协同移载机械手前臂抓取送入抹油机构，同时在后续的处理中由其后臂抓取入定位对中机构，并送人液压机拉伸成型机构。机械手前后臂协同同步工作，后臂装有-对爪，共同完成拉伸前的供料。如图5所示。

1-前臂 2-直线导轨 固定架 4～机架 5中臂 6-导杆 7-后臂图5 三臂协同移载机械手(2)单臂移载旋转机械手单臂移栽旋转机械手从定位提升机构中拾取拉伸成型的压力锅内胆，通过旋转机械手将其倒置，顺利送入液压剪边机构，对已成型的内胆进行再处理，处理后送入无动力输送机构。单臂旋转移载机械手见图6。

图6 单臂旋转移载机械手3.4 无动力机输送机构液压冲击机的工作频率较低，导致系统节拍受到- 定限制。在生产线上加装无动力机输送装置，利用压力锅内胆自身的重力，采用滚轮滑梯结构，通过实验测得底座倾斜角使其平稳地滑落到次级输送带，减少了传输带、机械手等中间传输装置的长度，更为经济。

图7为无动力输送机，通过调节倾斜角 0>aretargt( 为重物与托辊之间的摩擦因数)，确保工件依靠自身重力自动滑落到下级传送带。减少控制信息，节约能源，减少成本。通过光电传感器探测物料位置，预先启动下级输送带。

图 7 无动力输送机4 结论柔性生产线自动输送设备机构主要有以下3个特点：(1)采用 自动送料、上料小车，实现了工件的自动储备、检测、输送，提高了系统运作效率；(2)通过起边分离机构，有效解决了板片料难分离的问题，为后续工件的输送、加工，提出了有效的解决方案；(3)多自由度机械手的利用，增强系统输送生产线的功能，优化整机结构。经实际调试、运行，证明系统安全、可靠，大幅度提高了企业生产效率，可以为类似生产线提高参考。

(下转第36页)· 36· 机床与液压 第41卷而轴承在任恿J司隙条件 F的弹性变彤 为 ： 。 (17)式中：IB为弹性位移系数； 为弹性变形 (Ixm)。

当相对间隙 ≥-0.7时，球轴承和滚子轴承：卢1O.6 Ar (18)当相对间隙 ≤-0.7时，球轴承：D-045( mr · (19)滚子轴承 ：-o-52( Ar加其中：△r为轴承中的间隙或预紧量正；预紧为负。

所以，前轴承的刚度：c 那么，后轴承的刚度 ：警3 主轴前 端 允许的 变形詈(20)(Ixm)，间隙为(21)(22)以下验算主轴前端允许的变形量 [y]，-般是根据经验，如：(1)主轴前端允许的变形量不得超过机床精度标准规定的主轴前端径向跳动允差的1/3，(2)主轴前端实际允许的变形量小于0.000 2L( 为主轴跨距)；第-种依据非常笼统，没有明确的公式；第二种依据不合要求，例如：数控车床的主轴 (两支承)，主轴跨距 为280～4OO之间，如果按 Y<0.000 2L验算 (L300)，Y0.06 mil，显然大大超标。

主轴前支承允许的径跳 j：61 0.336Kf (23)式中：6为主轴前支承轴颈允许的径跳；K为主轴支承跨距 与悬伸量 。的比值；f为-个支承中并用几个轴承时的修正系数。

应使主轴前端允许的变形量：ym ≤ 。÷( (24)可见：验算的结果还是符合现在的加工精度要求和可行性要求。

4 结论以往从事机床主轴设计时，都习惯于采用类比法和借鉴法以及粗算法；随着生产方式的改变，机床技术以及电控技术的飞跃发展，机床主轴设计出现很多新问题。同时，按照原有的设计原理，不作精确和正确的核算，设计出的机床在现场使用过程中就会出现不能使用的问题。所以，对普通机床特别是数控机床主轴除了粗算前轴径外，还要用公式 (11)核算；整个主轴结构出来后，还要用公式 (14)和 (21)及 (24)对其刚度进行精确验算。