汽车同步齿环外锥面磨削自动上下料装置的研制

孙春霞，李斌

(1.常州机电职业技术学院，江苏常州 213164；2.常州光洋轴承股份有限公司，江苏常州 213164)

0 引言

图1为某汽车同步齿环的示意图，大端面均布有3个齿A，是内外锥面的薄壁套类零件，刚度差。拟在3MK2110卧式数控磨床上大批量磨削外锥面β2，需研制一套气动上下料装置，要求在4 s内完成一个动作循环。

图1 某同步齿环示意图

1 总体方案设计

自动上下料装置需要完成抓料、送料、卸料3个动作，如图2所示:摆动臂11在工位Ⅰ抓取由料道送过来的工件4，定轴旋转搬运至工位Ⅲ，在工位Ⅲ完成零件加工后，返转回到工位Ⅱ卸料，再继续返转至工位Ⅰ取料，完成一个自动上下料动作循环。

图2 自动上、下料装置总体布局

2 关键部件设计

2.1 料道

倾斜料道由挡板5、面板8、料道板3等组成，见图2。根据同步齿环厚度H的大小，调整倾斜料道挡板5与面板8之间的距离，保证有1 mm左右的间隙。工件4在料道板3上，重力在其斜面上的分力大于摩擦力，使之在料道中一个靠一个源源不断地滚向垂直料道，紧接着以自由落体的运动方式落到工位Ⅰ定位。与倾斜料道等宽的垂直料道长度T取D3+1 mm。

2.2 工件定位座

如图3所示:由下挡板7和定位杆5右侧斜面组成的非对称宽V形块，支撑工件外圆锥面，限制4个自由度，垂直料道前后方向限制1个自由度，对工件不完全定位。V形块槽底，即定位杆5上有磁铁6镶块吸附工件，防止工件弹跳，但须有间隙Δ以防过定位。

图3 工件定位座示意图

摆动臂转动把工件从定位杆5上拉出的同时，压迫定位杆5绕定位销1转动，定位杆上的最高点A被压到最低位置时，在不考虑间隙的情况下，这个位置必然落在工件下母线形成的下轨迹线B上，这个位置也是工件脱离V形槽的位置。工件一旦脱离V形槽，在拉簧4的作用下定位杆5快速复位，限位杆2准确限位。

工件在垂直料道自由落体一个工件直径所需时间t，必须大于定位杆5旋转到最低位置、再回复到工位Ⅰ初始位置时所需时间tτ，即t≥tτ。这也是确定转动角速度的主要时间参数，如此工件下落才不受干扰。

(1)

从工位Ⅰ到工位Ⅲ转角为80°，摆动臂所需时间t1，其匀速转动的角速度ω

(2)

工件从定位杆5上移开，摆动臂绕O转过的角度为τ,所需时间为tτ，则

(3)

(4)

要求在4 s内完成一个动作循环，时间分配见表1，因定位杆5拉簧复位速度快,忽略恢复时间。

表1 循环时间分配

计算定位杆5斜面高度h2。定位杆5被下压到极限位置点B时， 点B既在以O为圆心、半径为(280-D3/2)的下轨迹线上，又在以定位销1为圆心(O2)、半径为R的圆周上，故可通过以下计算知点B的坐标和圆O2的半径R。

点A′是圆O1与圆O2的交点，则

定位杆上的最高点A必须在点A′下方，选点A坐标

设定位杆5斜面与工件外锥面的切点为F，且h1=3～4 mm，故在RT△O1FM中

得：λ=154.8°～158°。

2.3 摆动臂

摆动臂的取料、卸料动作是由气缸1(元件7)控制的。图4中，气缸1(元件7)活塞杆头部的螺纹旋入气缸接头4的螺纹孔中，运料指5与气缸接头4另一端的螺纹连接。当控制系统发出指令，气缸1(元件7)向前推动运料指5向前运动，插入工件6孔中，取料结束[图4(a)]；若气缸1(元件7)向后回缩，则运料指5向后移动[图4(b)]，运料指5离开工件6，完成卸料动作。

图4 摆动臂结构图

2.4 主动臂

在图5中，气缸2(元件6)带动主动臂4摆动，主动臂4再带动回转轴2旋转，从而带动在回转轴2另一端的摆动臂转动。限位杆1(元件3)和限位杆2(元件5)可以限制主动臂4旋转的范围。气缸支架轴1穿过气缸2(元件6)上的耳板孔，气缸2(元件6)可以绕气缸支架轴1转动，气缸2(元件6)也可以绕销轴7转动。

图5 主动臂工作示意图

2.5 主动臂与摆动臂夹角θ

由图6所示，主动臂的极限位置OⅢ′、OⅠ′是根据摆动臂OⅢ、OⅠ的工作位置决定。按照零件加工的需要，其夹角β=80°。当气缸2活塞移动时，对主动臂产生力矩，假设该力对点O产生的力矩为MO(F气缸2)，则：

MO(F气缸2)=F气缸2cosα×OB

其中：90°-β+θ≤α≤90°+θ。

MO(F气缸2)从OⅢ′处逐渐增大，到OⅤ位置为最大，然后又逐渐减小。为了保证主动臂产生足够的力矩，此装置中θ=130°、OA∶OB=2.5～3。

图6 主动臂、摆动臂位置关系图

2.6 运料指

图7 运料指结构示意图

4 结束语

经实践使用，此装置各项指标达到了设计要求，性能可靠。

根据同步齿环的直径、厚度等参数，确定了装卸一定工件范围的尺寸系列，研制出相应系列的上下料装置，应用于科研生产实践，取得了良好的技术经济和社会效益。

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