曲柄滑块式驱动的组合机床自动线输送装置设计.pdf

2 0 1 0 年第4 期 工艺与装备 文章编号 1 0 0 1 2 2 6 5 2 0 1 0 0 4 0 1 0 3 0 3 曲柄滑块式驱动的组合机床 自动线输送装置设计 魏文杲 ， 王俊 义 ， 张树礼。 ， 蒋真真 1 ． 大连职 业技术 学院 ， 辽 宁 大连 1 1 6 0 3 7 ； 2 。 大连 机床 集 团 ， 辽 宁 大连 1 1 6 6 2 0 摘要 组合机床 自动 线上 的输送 装置是 其 重要 的辅助 装置 ， 传 统 的 以液压 油缸 驱 动 的输 送 装置 存在 输 送 速度低 ， 减速 卸荷 时造成 系统 的发 热现 象 。针 对这 一 难题 ， 论 文设 计 了新 型输 送 装 置 ， 采 用 曲柄 滑块 式 驱动的结构并配以伺服电机 ， 有效解决了液压油缸驱动的不足 ， 可实现 自动线高速、 平稳无冲击输送， 有 较好 的应 用前 景。 关键 词 组合 机床 自动 线 ； 输送 装 置 ； 曲柄 滑块 中图分类 号 T H 1 6 ； T G 6 5 文献标 识码 A Re s e a r c h an d De v e l op m e nt o f Aut oma t i c Tr a n s f e r Li ne Ac t ua t e d o n t he Pr i nc i pl e o f Cr a nk Sl i de W El W e n g a o ，W ANG J un - y i ，ZHANG S h u l i ，J I ANG Z he n z h e n 1 ． D a l i a n V o c a t i o n a l T e c h n o l o g y C o l l e g e ，D a l i a n L i a o n i n g 1 1 6 0 3 7 ，C h i n a ；2 ． D a l i a n Ma c h i n e T o o l s G r o u p ， D a l i a n L i a o n i n g 1 1 6 6 2 0 ， C h i n a Abs t r a c tTr a n s f e r d e vi c e i s vi t a l pa r t o f a ut o ma t i c l i ne a ppl i e d in mo d u l a r ma c h ine t o o l s ，t he r e i s s pe e d l i mi t o n t h e t r a d i t i o na l t r a n s f e r u n i t po we r e d b y h yd r a u l i c c yl inde r ， wh i c h a l s o b r i ng s h e a t whe n i t i s un l oa d e d a n d s l o wd o wn． To t h e q ue s t i o n ，t h i s pa pe r r e pr e s e n t s c r a n k s l i de me c han i s m， t h e n e w t r a ns f e r d e vi c e i s e q u i ppe d wi t h s e r v o ，a n d i t e ffi c i e n t l y r e s o l v e s t h e s h o r t a g e o f h yd r a u l i c c yl ind e r ． I t c a n k e e p t h e t r an s f e r l ine r u n ning s moo t h l y an d a c c ur a t e l y． Th e r e mus t b e a g o od o ut l o o k f o r a pp l i c a t i o n． Ke y wo r ds mo d u l a r ma c h i ne t o ol s a u t o ma t i c l i n e t r a n s f e r I i n e ；c r an k s l i d e 0 引言 组合机床 自动线是 生产效率很高 的零 件加工装 备 ， 多用于汽车发动机缸体、 缸盖、 差速器壳体、 曲轴、 连杆等零件大批量的加工。而组合机床 自动线的组成 中， 除 了要有加工零件 的专用母机 ， 即钻、 扩、 铰 、 镗、 铣、 攻丝等主机 ， 而且还要有能使主机正常工作的辅助 装 置 。如零 件 输送 装 置 ， 转 位 装置 ， 排 屑装 置 ， 冷 却 装 置 ， 检测装置及 电气、 液压、 气动装置。其 中 自动线的 输送装置是 自动线中的一个重要的部件。作用是使 自 动线上 的工件 ， 按着 相 同的步距 ， 从 一个 加 工工 位输 送 到下一个 工位 。输 送 装 置 在 输送 过 程 中 ， 既要 有 一 定 的速 度 ， 又要 求 输送 平 稳 ， 不 允 许有 冲击 。 目前 ， 国 内 组合机床 自动线的输送大都采用液压油缸输送。其结 构是 通过油 缸驱 动 棘 爪输 送 带 ， 使 工件 向前 输 送 一 个 步距 ， 工件到位后 ， 输送带在油缸的带动下返 回， 即完 成 一输送 循环 。见 图 1 。 这种输送装置虽然结构简单 ， 但油缸在高速驱动 滑 子 图 1传 统 油 缸驱 动 的 输送 带 简 图 时 易产 生 冲击 ， 动 态 特 性 差 。 由 于液 压 控 制 元 件 的 结 构所限 ， 整个输送过程除了启动和结束外 ， 均是匀速输 送 ， 这对需要高速输送的要求很难实现， 在用户实际应 用中， 对于某些高尔 扁的零件 重心高， 不稳定件 ， 经 常发 生倒 置现 象 ， 如输 送快 时 ， 终 点 加 挡 铁还 有 冲击 。 尽管在液压系统设计时采用 了电液 比例阀等元件 ， 输 送油缸加了缓冲结构 ， 但这些元件在使用一定的时问 后 容易 失灵 ， 因电液 比例 阀要 求 工作 条 件很 高 ， 现 场 出 现的故障率也就随之增高 ，一般水平的操作工很难进 行维修或调整 ， 从而使 自动线产生冲击， 甚至影响工件 的定位 ， 造成经常性 的停机维护 ， 严重影 响生产进程。 收稿 日期 2 0 0 91 23 1 作者简介 魏文杲 1 9 5 3 一 ， 男 ， 辽宁大连人 ， 大连职业技术学院机械工程技术系副教授 ， 主要从 事机械工程和材料工程 的教学与研究 ， Ema i l d z y ww g 2 0 0 9 1 6 3 ． c o rn。 工艺与装备 组合机床与自动化加工技术 有的用户甚至干脆 降低 了 自动线的输送速度 ， 牺 牲了 节拍 ， 而取 消 了电液 比例 阀 。近年 来 ， 由 于机床 技 术水 平的提高和新技术的应用 ， 数控技术的发展很快 ， 几乎 所有的机床种类都应用 了数控技术， 组合机床也 同样 如 此 。随着 向高 精 、 高 效 、 高 速方 面 的发 展 ， 数 控 组合 机 床应用也 越来 越 多 。大 连机 床集 团所 属 的美 国英格 生产制造公 司所有 的组合机床通用机械滑台， 均 为伺 服电机驱动的数控滑 台， 他们生产 的组合机床 自动线 均 为数控 自动线 ， 输 送装 置也 为数 控 ， 不再 采用 油 缸驱 动 ， 实现 了数 控化 和柔 性 化 。 为 了解 决 油 缸 不适 应 高 速 输送这 一 问题 ， 实 现 自动线 输送 的数 控 化 和柔性 化 ， 从 而研 制开 发 出 了一 种 曲柄滑 块式 驱动 的 自动线 输送 装 置 。 1 结构及工作原理 组合 机床 自动线 输送 装置 是 由输送 带 和驱 动 两部 分 组成 的。常用 的输 送带 是带 棘爪 的输送 带 。输送 带 是 由很 多个 中间棘爪 、 一个 前 端棘 爪 、 一个 末端 棘 爪 和 连 接板等 件组 成 。见 图 2 。 滚子 6脱离滑动槽体 2 。减速器 9与挡铁 7固定在基 座 1 2上。工作过程为 启动 电机 1 0 ， 摇臂 8带动滚子 6做 1 8 0度圆周运动 ， 滚子 6在滑动槽体 2中滑动 ， 进 而推动滑动槽体 2在导轨 5上滑动。滑动槽体 2带动 输送带 4移 动 ， 完 成 对 工 件 1的输 送 工 作 。然 后 电机 1 0反 转 ， 输 送带 4复位 ， 准备 输送 下一个 工件 。 本 曲柄 滑块 机 构 ， 其 优 点 在 于输 送 带 的输 送 速 度 从 启动 到停 止是一 个匀 加 、 匀减 的过程 。见 图 4 。 图 4输送速度 角度 曲线 摇 臂从 0 。 转 到 9 0 。 ， 输 送带 水 平 移 动 速 度 为 匀加 速 ， 速 度从 0到 最大 ； 摇臂 从 9 0 。 转 到 1 8 0 。 ， 输送 带水平 移 动速 度为匀 减速 ， 速 度 从最 大 到 0 。由此 可 见 ， 输送 图 2棘爪输送带简图 它 的曲柄滑 块式 驱动装 置示 意 图如 图 3所示 。 一 种 曲柄滑 块式 自动线 输 送装 置 ， 其特 征 在于 设 有 电机 1 0 ， 与 电机 1 0相接 有 减 速 器 9， 减 速器 9的输 出轴 上设有 摇臂 8 ， 摇 臂 连 杆 8的一 端 设有 滚 子 滑 块 6 ， 滚子 6置 于竖直 的滑动 槽体 2内 ， 滑 动槽 体 2通 过 推杆 3与输送 带 4连接 ， 滑动 槽体 2通过 滑 板 1 1与 导轨 5相接 。在 所 述 的 减 速 器 9的两 侧 ， 摇 臂 8的最 大水 平行程 处 的下 方 设 置 有 挡铁 7起 限位 作 用 ， 防止 带 在输送 时是 非常 平稳 的 ， 工 件 到位 时不 会产 生 冲击 ， 由于滑块 滚子 在 滑 动槽 内作 无 间 隙滚 动 ， 这 使 水平 输 送 带输送 精准 ， 输 送 工 件 的位 置 一 般 不 超 过 0 ． 0 2 ra m， 而且输送平稳、 可靠 ， 从 而保证 了 自动线工作效率 ， 不 会 因输送 的输 送误 差而造 成停 机停 产 。 最 大输 送 速 度 是 根据 自动 线 的节 拍 来 确定 的 ， 即 输 送时 间 。在 整个输 送过 程 中分 为加 速 时间 和减 速 时 间。见 图 5 。 图 3 曲柄滑块 驱动结构 简图 2 0 1 0 年第4 期 工艺与装备 图 5输 送 速 度 时 间 曲 线 2 设计步骤 曲柄 滑块 式驱 动 的 自动 线 输 送 装 置 结 构 确 定 后 ， 接 下来 就 可 进 行 设 计 。首 先 要 根 据 自动 线 的总 体 布 局， 确定输送带 的长度。一条 自动线可 以是一条输送 带也 可以 由多条输 送 带组成 ， 这 要 看 主机 的多 少 ， 自动 线 的长 短 和 结 构 。但 每 一 条 输 送 带 应 有 一 套 驱 动 装 置 。通 常采 用棘 爪 输 送 带 时 ， 驱 动 装 置 最好 放 在 输送 的前端 ， 来拉 输送带 ， 使 输送 带在 输 送工 件 时 的受 力状 态 为拉力 ， 在 整个输 送过 程 中输 送带 处 在拉 直 的状 态 。 如 果将驱 动装 置放 在 输 送 带 后 端 ， 那 么输 送 带 在 输 送 时 ， 由于输 送 的多 个 工 件 重 量 很 重 ， 输 送 带 又 细 又 长 ， 此时的输送带受压力 ， 常常使输送带产生弯曲变形 ， 影 响 了输送 的精 度 。 当输 送 装 置 的 形 式 确定 后 ， 就 要 计 算所 要输 送工 件及 输 送 系 统 的 质 量 ， 再 根 据 所 要 求 输 送 的节 拍 时间和输 送 步距 ， 来计 算 加速 度 ， 从 而计 算 出 所需输送推力 ， 进而计算确定 电机 的功率及减 速箱 的 各个参数 ， 最后计算出最大的输送速度。 计算公式如下 s 1口 ￡ 2 Ⅱ2 S／ 2 F一 ， m a F m a ， ml m 2 0M ml m 2 g V tat V o 式 中， 一最大输送速度 ； 卜一 匀加或匀减速度时间； o 一 加 减 速 度 ； m。 一输 送 工 件 质 量 ； m 一输 送 带 质 量 ； u 一摩擦系数 ； g 一重力加速度 ； F 一推力 ； F 一助力； s 一 加 减 速时移 动 的距离 。 说 明 输送 步距 2 S 2倍 的连杆臂 长 ， 节拍 T 2 t 。 根据上 述各 公式 计算 出推 力后 ， 在根 据力 臂 连 杆 长 求 出力矩 ， 从而最终确定减速箱输出的扭矩 。只要 确定 了减速 箱所 输 出的扭 矩或 驱 动力 、 以及转 速 ， 接 下 来 就 可确定 电机 的功 率 和转 速 ， 即可 进 行 输 送装 置 的 结 构设 计 了 。输 送 步 距 的一 半 即为 曲 柄 连杆 的长 度 ， 也就是滚子滑块 中心与减速箱输出轴中心 的距离 ， 考 虑 到制造 的误 差 ， 和棘 轮抬起 所 需 的距 离 ， 连杆 的 长度 最好 可调 ， 根 据 主机 加 工 工 件 的 实 际 位 置来 微 调 连 杆 的 长度 ， 从 而 达到最 精准 的输 送位 置 。 3 结束语 通过 实 际 应 用 ， 采 用 曲柄 滑 块 式 驱 动 的 自动 线输 送装 置 ， 较 传统 的液压 油缸 输 送有 明显 的优点 高 速输 送平稳无冲击 ， 输送位置精准可靠 ， 没有油泄污染 。如 采用伺服电机驱动， 输送速度 可调 ， 可调到最佳状态 ， 大大地减少了 自动线 的故障率和维修 时间， 提 高了生 产效 率 ， 从而 为企业 也带 来 了更多 的效益 。 [ 参考文献 ] [ 1 ]金振 华． 组 合机 床及 其调整与使用 [ M] ．北京 机械 工业 出 板 社 ， 1 9 9 0 ． [ 2 ]张树礼 ， 杨曙光 ， 田宜全 ．精 铣缸体 顶面 、 精镗 缸孑 L 及 止 口 数控 自动线 的研制 [ J ] ．组合机床与 自动化加 工技术 ， 2 0 0 7 5 7 98 1 ． [ 3 ]金振华．组合机床设计手册 [ M] ．北京 机械工业 出板社 ， 1 97 5． [ 4 ]程 龙 ， 罗 晓芳 ， 张树 礼．抬 起 步 伐 输 送 带 的 数 控 化 研 制 [ J ] ．组合机床与 自动化加工技术 ， 2 0 0 8 7 9 3 9 4 ． 编辑赵蓉 上接 第 1 0 2页 [ 参考文献 ] [ 1 ]宋玉贵 ， 黄小霞 ， 苏炜．面 向工艺设计 的数控 刀具 管理控件 开发[ J ] ．计算机工程 与设计 ， 2 0 0 6 ， 2 7 3 5 2 7 5 2 9 ． [ 2 ]C h u n g C H． P l a n n i n g t o o l r e q u i r e m e n t s f o r f l e x i b l e m a n u f a c t u r i n g s y s t e ms [ J ] ． J o u r n a l o f M a n u f a c t u r i n g S y s t e m s ． 1 9 9 1 ． 1 0 6 4 7 64 8 3 ． [ 3 ]h t t p ／ ／ w w w ． p r o m i s e t e c ． c o m ／ c p _ 3 ． a s p ． [ 4 ]王解法 ， 冯祖 仁 ， 李 世敬 ， 等．加 工 中心刀具 选配 问题 的研 究 [ J ] ．机械科学与技术 ， 2 0 0 4 ， 2 3 5 5 9 1 5 9 3 ． [ 5 ]甑恒洲 ， 陶学恒．数控机 床刀具 组件的 三维虚 拟选配 技术 [ J ] ．组合机床与 自动化加工技术 ， 2 0 0 8 1 O 9 1 9 4 ． [ 6 ]袁美 霞， 刘让贤 ， 陆 远 ， 等．基 于工 艺特征 的刀具 管理 系统 技术研究 [ J ] ．机械设计与制造． 2 0 0 7 1 1 6 91 7 0 ． [ 7 ]姚磊 ．基于 S T E P ． N C特 征建模及 刀具选 配系统研 究 [ D] ． 山东 山东大学 ， 2 0 0 6 ． [ 8 ]h t t p ／ ／ b a i k e ． b a i d u ． c o m ／ v i e w ／ 6 8 7 4 6 8 ． h t m 1 ． [ 9 ]I S C A R刀具 综合样本． I S C A R L T D ．2 0 0 5 ， 1 1 ． [ 1 0 ]山特维克可乐满 的切削刀具主样本 ， 2 0 0 8 ． 编辑赵蓉 1 0 5