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汽車（chē）離合器片磨床自動送料機械手的設計

2018-8-28 來源：轉載作者：杜巧連，陳（chén）旭輝，舒柏和

摘要：針對汽（qì）車離合器片臥軸雙端麵磨（mó）床，設計了一種能夠輔助磨床實現離合器片自動化加工的送（sòng）料機械手，該機械手主要由放（fàng）料架、伺服絲杆放料推片機構和取片機械手等組成（chéng），通過放料推（tuī）片機構與取片機械手的動作銜接，以實（shí）現放片、推片、取片（piàn）、送片的動作循環。由於伺服電機的精度高、響應快，該機械手能實現離合（hé）器片的精確定位；同時取片機械手采用噴射式氣（qì）流負壓吸盤，具有對物體表麵的（de）吸附力均（jun1）勻分布等優點。該自動送料機械手具有結構簡單，體積小，質量輕（qīng）等（děng）特點，是輔助臥軸雙端麵磨床實現自動化上料作業的一種機構，適（shì）用於搬運一些薄片形狀的工件。

關鍵詞：雙端麵磨床；離合器片（piàn）；自動送料；機械手

雙端麵磨床可分為臥軸（zhóu）雙端麵磨床和立軸雙端（duān）麵磨床兩大類。根據（jù）工件送料方式最常見（jiàn）的有圓盤式與（yǔ）貫穿式兩（liǎng）種，用戶可根據工件形狀（zhuàng）、尺寸、磨削餘量以及工件的精度和表麵粗糙度要求，來選擇適合的（de）送料方式。臥軸雙（shuāng）端麵磨床貫穿式送料最大特點是生產效率（lǜ）高，雙端麵磨床一次就可將（jiāng）工件的兩個端麵磨削出來。本文（wén）在吸取已有生產設備優點的基礎上，針對汽車離合器片臥軸雙（shuāng）端（duān）麵磨（mó）床，設計了（le）一種（zhǒng）能夠輔助磨床實現離合器片（piàn）自動化加工（gōng）的送料機械手，該機械手主要（yào）由放料架、伺服絲杆放料推片機構和取片機械手等（děng）組成，通過放料推片機構與取片機械手的動作銜（xián）接，以實現放片、推片、取片、送片的動作循環（huán）。該自動（dòng）送料機（jī）械手是輔助汽車離合（hé）器麵片雙端麵磨床實（shí）現自動化上料作業的一種機（jī）構，該送料機械手模仿人工作業，完成（chéng）離合器片自動（dòng）送片，實現生產的（de）自動化和機械化，不僅能大幅度（dù）提高工廠現有的（de）生產效率，提（tí）高磨削加工質量，還能降低人員的勞動強度和保護員工的人身安全。

1、雙端（duān）麵磨（mó）床的結構（gòu）及工作原理（lǐ）

離合器片雙端麵磨床由床身、放料架、伺服絲（sī）杆放料推片（piàn）機（jī）構、取（qǔ）片機械手、送片機（jī）械臂、二台（tái）對麵砂輪架磨削裝置、自動磨削伺服迚給液係統、冷卻係（xì）統及電（diàn）氣控製係統等組成。離合（hé）器片雙（shuāng）端麵磨床結構如圖 1 所示。離合器片雙端麵磨床（chuáng）工作時先在放料架上放片，由伺服絲杆放料推片機構迚行推片，再由取片機械手（shǒu）輔助磨床迚行離合器片自動取（qǔ）片、送片。通過放料推片機構與取片機械手的動作（zuò）銜接，實現放片、推片、取片、送（sòng）片的動作循環。雙端麵（miàn）磨床采用無心（xīn）磨床的原理，離合器（qì）片豎直掛在機械掛鉤上，由前麵的一對橡皮輪帶動工件旋轉，後麵的一對金剛砂輪以圍（wéi）繞掛鉤芯軸旋轉的迚（zhōng）給方式通過左、右磨輪迚行磨削，這樣通過左右磨輪同時雙麵迚給磨削加（jiā）工（gōng），大（dà）大提高磨削（xuē）迚給力的均勻性。離合器片雙端麵磨床采（cǎi）用左右（yòu）磨輪同時迚給加工，磨削加工（gōng）所需產品的厚度以及分段迚給量、迚給速度、迚給停留時（shí）間、磨輪補償等參數由控製係統（tǒng）設定，磨（mó）削加工完成（chéng）後由機械手自動完成出片工（gōng）作（zuò），使離合器片片麵能夠達到均勻磨（mó）削，提升了磨削機構自動化（huà）水平，提高了磨削精度。

圖 1 離合器片雙端麵磨（mó）床結構（gòu）示意圖

2 、離合器片雙端麵磨床片機構（gòu）設計

2.1 離合器片放料支架的結構設計

為（wéi）實現離合器片的工件放置和自動化加工，在雙端麵（miàn）磨床邊上設（shè）計一套離合器片自動送料的機械手，該機械手由放料（liào）推（tuī）片機構與取片機械手組成，放料（liào）推片機（jī）構采用放料支架的結構，懸臂梁內（nèi）部設（shè）計了一套伺服絲杆機構。通過（guò）放料推片機構與（yǔ）取（qǔ）片機械手的動作相銜接，以實現放片、推片、取片、送片的動作循環。為方便工人裝填離合（hé）器片，放料支架的高度要合（hé）適，過高會使得支架的重心過高，支架會不（bú）穩定。離合器片放料支架的中心軸線高度在 0.8～1.2 m 之間；為了提高支架的穩定性和自身的強度，還可在立柱的三側增加加強（qiáng）筋。

2.2 離合器片懸臂梁放（fàng）料推片（piàn）機構設計

為了使取片（piàn）機械手（shǒu）對下一片未加工工件吸附到設定位置，在離合器片放料支架的懸臂梁上設（shè）計了一套伺（sì）服絲杆機構，該機構的特點是摩擦力小，傳動效率高，傳動精度高，運（yùn）動平穩，使用（yòng）壽命長等（děng）優點。伺服絲杆機（jī）構通（tōng）過伺服電機轉（zhuǎn）動帶動滾珠沿（yán）螺紋軌道滾（gǔn）動（dòng），使推塊向前運動，從而將（jiāng）未（wèi）加工工（gōng）件離（lí）合（hé）器片整體向前推迚（zhōng）了一段設定距（jù）離（5 mm），以保證取片機械手動作距離，避免取片機械手吸附不到離合器片而導致工作停止的（de）現象。放（fàng）料機（jī）構懸臂梁內部主要結構如圖 2 所示。

圖 2 離合器片懸臂（bì）梁放料推片機構（gòu）

離合器片自動（dòng）送料機構主要由放料支架、伺服絲杆放料推片機構和取片機械手等組成；伺服絲杆推片機構由滑塊、滾（gǔn）珠螺母、滾珠絲杆等組成；外套筒（tǒng）通過抱箍固定在支架上；絲杆座（zuò）和搭子座固定在外套筒兩端；攔片搭子（zǐ）與搭子座的鉸接軸上設置有扭簧；滾珠絲杆兩端通過軸承（chéng）支承在絲杆座和搭子座上，伺服（fú）電機的輸出（chū）通過軸承（chéng）套連接；伺服電機的底（dǐ）座固定在支架上；滾珠螺母與滾珠絲杆構成螺旋副，並與滑塊固定；滑塊頂部（bù）的推塊與外套筒開設的滑槽（cáo）構成滑動副。伺服絲杆推片機構將外套筒滑（huá）槽內的離合器（qì）片（piàn）送至（zhì）設定位（wèi）置，取片機械手再從設（shè）定位置將的離合器片（piàn）送至攔片搭子處。離合（hé）器片的伺服絲（sī）杆（gǎn）放料推片機構與取（qǔ）片機械手相（xiàng）銜接並且位置相對，以實現放（fàng）片、推片、取片、送片（piàn）的動作循環。同時，由於伺（sì）服電機的精度高、響應快，能實現離合器片精確定位。

3 、取片機械手（shǒu）設計

3.1 取片機械手結構設計

取（qǔ）片機械手結構如圖 3 所示（略去氣管布（bù）局部（bù）分）。為了能夠讓（ràng）送料臂上（shàng）的機械手更好抓取離合器片，在磨床的邊上（shàng）設計一個取片機（jī）械手，取（qǔ）片機械手（shǒu）與離合器片放料架上的伺服絲杆放料推片機構相銜（xián）接並且位（wèi）置相對，氣缸的活塞杆中心軸線與伺（sì）服電機的輸出軸中心軸（zhóu）線設置在同一高度。取片機械手將未加工的（de）第一（yī）片離合器片吸附至指定位（wèi）置，即可與伺（sì）服絲杆放料推片機構協同工作，完（wán）成一推、一放、一取（qǔ）、一送的動作（zuò）。由於要加工的離合器片片麵移動的距離小，作用力也小，所以在推與拉的過程中，氣（qì）缸（gāng）由氣動係統控製動作，取片機械手采（cǎi）用氣（qì）壓驅動，使用氣動吸盤（pán）工作。

圖 3 取片機械（xiè）手結構

3.2 取片機械手氣動係統設計

根據取片機械手的（de）工作情況（kuàng），控製氣缸動作的氣動係統原理（lǐ）圖如圖 4 所示。其工作原理（lǐ）是：當氣缸 9 向下運動時，空氣壓縮機通電運轉後，經過空氣過濾器 2、調壓閥 3 和油（yóu）霧器 5得到較純淨（jìng）的氣體，兩位三（sān）通（tōng）電磁閥電磁鐵1YA 通電，上位工（gōng）作，氣體經過梭閥 6 和兩位三通電磁閥 2YA，再經過單向節（jiē）流（liú）閥 8 流入氣缸 9 的上腔，使得上腔內氣壓（yā）大（dà）於下腔氣壓，氣缸 9 的活塞向下運動，下腔內的空氣（qì）經過單向調速閥的單向閥，兩位三通（tōng）電磁閥 4YA通電，下位工作，氣體排出到大氣中；而當氣（qì）缸 9 向上運動時，經過空（kōng）氣過（guò）濾器 2、調壓閥 14 和油霧器 12 的作用得到較純淨的理想氣（qì）體，二位三通電磁閥 4YA 上（shàng）位工作，氣體經（jīng）過調速閥 11迚入氣缸 9 下腔，使得下腔內氣壓（yā）大於上腔氣壓，氣缸 9 內的活塞向上運動，上腔氣體經過單向節流閥 8，兩位三通電磁閥 2YA 通電，上位工作，把空氣排出到大氣中；這樣即可實現（xiàn）氣缸的往複運動，即可完成一推、一放、一取（qǔ）、一送的動作。

圖 4 氣動係統（tǒng）原理（lǐ）圖

4、氣流（liú）負壓式吸盤設計

氣流負壓（yā）式吸盤是利用吸盤內的壓力和大氣壓之間的壓力差而工作的。其與夾鉗式取料機械手相比較，有結構（gòu）比較單一，質量小，對物體表麵（miàn）的（de）吸附力均勻（yún）分布等優點，對於薄片狀物（wù）體的搬運更具有其優越（yuè）性，常廣泛（fàn）用於非金屬材料或不（bú）可有磁性（xìng）的材料（liào）的（de）吸附。它適用於搬運（yùn）一些（xiē）薄片形（xíng）狀的工件（jiàn），如薄鐵片、板材、紙張等。圖5 所示為可調的噴射式負壓吸盤結構圖。其工作原理為：利用流（liú）體力學，速度大的氣體經過噴嘴 5 時，吸（xī）盤內的氣壓高於出口處的氣壓，因此腔內的氣體被帶走形成（chéng）負壓，完成取物動作（zuò）；切斷壓縮空氣就可以把物體（tǐ）釋放。這種取料機械手需要壓縮（suō）空氣，由於工廠裏較易得到，並且成本（běn）低，故在工廠裏廣（guǎng）泛使用。為（wéi）了能夠更有效的吸（xī）附（fù），噴嘴與噴嘴套之（zhī）間的間隙要適宜，最好可以對噴嘴與噴嘴套（tào）之間的間隙（xì）迚行調節（jiē），以便噴嘴有效地（dì）工作（zuò）。圖 6 所示（shì）中，噴嘴 5 與噴嘴套 7 的相對位置是可以調節（jiē）的，以便改變間隙的大小。

圖 5 可調噴射式負壓吸盤結構

吸盤吸力的計（jì）算公式為：

5 、結束語

離合器片雙端麵磨床自動送料機械手的工（gōng）作過程為：放料推片機構的伺（sì）服（fú）絲杆通過伺服電機轉動帶動滾珠沿螺紋軌道滾動（dòng），使推塊向前（qián）運動，從而將（jiāng）未加工離合器（qì）片整體（初（chū）始設為 50 片）向前推行一定距離（5 mm）；再由取片機械手的氣缸將氣流負壓式吸盤推出，頂（dǐng）上第一片離合器片以後，通過氣流負壓式吸盤（pán）工作（zuò），將第一片離（lí）合器片片麵吸附，然後氣缸反向退回（huí）送片（piàn），取片機（jī）械手將未加（jiā）工的第一片（piàn）離合器片吸附至攔片搭子處指定位置。取（qǔ）片機械（xiè）手工作完成後再由（yóu）龍（lóng）門式機械臂上的送片機械（xiè）手將（jiāng）氣動手指送到指定位（wèi）置，氣動手指在氣缸（gāng）的作（zuò）用（yòng）下，平行夾緊（jǐn）離合器片，再由機械臂上的送片機械手將（jiāng）其送至指定（dìng）位置進行（háng）磨削。該雙端麵磨床的特點主要（yào）有：

（1）工件兩（liǎng）端麵同時被（bèi）連續磨削，加工時間與工件上（shàng）下料等輔助時間重合，加工效率高，適合（hé）於大批量生（shēng）產（chǎn）。

（2）在機床上配置自動測量、自動補償、自（zì）動上下（xià）料等機構。提（tí）高自動化程度，節省了勞力，提高了磨削加工效率，降低了加工成本。

（3）氣流負壓式吸盤的氣流為連續介質，真空度（dù）具有連續且穩定的特點，能快速吸附工件（jiàn），也能在氣流切換時快速脫離所吸附的工件，為此，特別適應用於需移動靈活，有輕量化要求的機械手。采用氣（qì）流負壓式吸盤的機（jī）械手對於薄片狀物體的搬運具有一定的優越性。

來源：浙江師範大學行知學院，金華市醫療器械協（xié）會金華漢（hàn）生機電控製（zhì）工程有（yǒu）限公司

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