轴承闭式单点压力机自动上下料机械手研制

徐志正　江海兵　金汉清

摘要 文章针对墩锻轴承毛坯用闭式单点压力机结构特点和毛坯外形特点，进行了上下料机械手工作原理研究和方案设计，该上下料机械手主要由机械、气动和电气控制三个子系统组成；在考虑毛坯夹紧力、安装空间和工作环境等因素的前提下，对夹紧气缸、送料气缸和推料气缸等进行了参数设计和选型。

关键词 轴承 墩锻 上下料机械手 气缸 设计

中图分类号：TG315文献标识码：A

1 轴承毛坯墩锻用闭式单点压力机

闭式单点压力机可完成冲裁、成形、弯曲、浅拉伸、校正等冷冲压工序，也可以进行锻压件热切边工序，是压制各种大、中型薄板成形工件不可少的设备之一。其广泛应用于汽车、农业机械、电机、家用电器、轻工、仪器仪表、航空、兵器等工业制造部门。闭式单点压力机在轴承内外圈冲压成型中广泛应用，目前基本由人工进行上下料，生产效率低、劳动强度大、工作条件差、危险性高。针对闭式单点压力机按照轴承内外圈加工工艺要求，特设计自动上下料机械手，该机械手具有体积小，重量轻，操作灵活，工作可靠，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，减轻劳动强度，提高生产效率等优点。

2 方案设计

用于轴承内外圈冲压闭式单点压力机的自动上下料机械手，其由以下三大子系统组成：机械系统、电气控制系统和气动系统。

2.1 结构方案设计

自动上下料机械手机械系统如图1和图2所示：主要由V型传送带、料斗、夹持机械手、送料气缸、夹紧气缸、推料气缸、导轨、滑板、底板、毛坯托板等组成。其工作原理为：轴承毛坯从加热炉输出到V型传送带上，V型传送带通过带轮旋转将毛坯输送到料斗，在锥形料斗中，毛坯恰好成直立状态，夹持机械手在夹紧气缸作用下，将毛坯夹住，然后由送料气缸推动滑板和夹持机械手将毛坯送到单电压力机的锻座上，夹持机械手松开，毛坯直立于锻座上，夹持机械手退回，压力机滑块下行，将毛坯墩锻成圆饼状，压力机滑块上行，并由推料气缸伸出将冲好的毛坯推出锻座，完成一个墩锻循环。

2.2 机械手控制时序

自动上下料机械手主要用于抓去圆柱形毛坯，主要完成物料夹紧、送料、推料等工作，其工作时序如图3所示。

2.3 气动系统设计

自动上下料机械手气动系统如图4所示，图中球阀是总进气通道总控制阀；空气组合元件由过滤器、减压阀和油雾器组成，过滤器主要负责过滤压缩空气中的杂质，减压阀主要负责控制系统压力，油雾器负责后端元件的给油润滑。流量控制阀主要是控制3个气缸的进气和排气流量，3个电磁换向阀作用是控制气缸的运动方向，手动阀作用是控制系统是否进气。

3 设计计算

已知机械手所夹毛坯为2.6KG，重力约为约为26N，机械手与毛坯摩擦因数为 0.5，则夹持力与重力相等，则有：

气缸输出力为：

式中为气缸活塞最大速度，为气缸活塞理论基准速度，查得气缸的理论基准速度 = 400mm/s，根据参考文献查得 = 0.975，式（7）得 = 390mm/s，选用MB系列缸径50mm的气缸即能满足缓冲能力的要求。

② 推料气缸：已知气缸行程L=200mm，气缸动作时间t=0.8s，即气缸运动速度为250mm/s，取摩擦因素 = 0.5，由式（4）算得气缸所承受的负载为 = 0.5？.6？.8=13N，计算得推料气缸缸径为8.14mm，取D=32mm，选用MB系列缸径32mm的气缸能满足缓冲能力的要求。

③ 夹紧气缸：气缸行程L=30mm，气缸动作时间t=0.1s，气缸活塞运动速度为300mm/s，由气缸所需最小输出力F3 = 94N确定气缸的负载力为100N，计算出推料气缸缸径为22.6mm，取D=32mm，选用MB系列缸径32mm的气缸能满足缓冲能力的要求。

4 实验研究

该机械手使用表明：单点闭式压力机自动上下料机械手具有体积小、重量轻和操作灵活方便；能抵抗毛坯材料的高温，保证长期在高温工作条件下能够保持较高的可靠性等优点；其大大提高了锻压的生产率，降低了工人的劳动强度，降低成本，具有较高的使用价值和推广价值。

2011年浙江省大学生大学生科技成果推广项目（2011R42 7009）；衢州学院中青年学术骨干培养计划（XNZQN201104）

参考文献

[1] 刘文波，陈白宁，段智敏.工业机器人[M].沈阳：东北大学出版社，2007.12.

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[3] 王建明.自动线与工业机械手技术[M].天津：天津大学出版社，2009.1.