汽車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，陳旭輝，舒柏和
摘要：針對汽車離合器片臥軸雙端面磨床，設計了一種能夠輔助磨床實現離合器片自動化加工的送料機械手，該機械手主要由放料架、伺服絲桿放料推片機構和取片機械手等組成，通過放料推片機構與取片機械手的動作銜接，以實現放片、推片、取片、送片的動作循環。由于伺服電機的精度高、響應快，該機械手能實現離合器片的精確定位；同時取片機械手采用噴射式氣流負壓吸盤，具有對物體表面的吸附力均勻分布等優點。該自動送料機械手具有結構簡單，體積小，質量輕等特點，是輔助臥軸雙端面磨床實現自動化上料作業的一種機構，適用于搬運一些薄片形狀的工件。
關鍵詞：雙端面磨床；離合器片；自動送料；機械手
雙端面磨床可分為臥軸雙端面磨床和立軸雙端面磨床兩大類。根據工件送料方式最常見的有圓盤式與貫穿式兩種，用戶可根據工件形狀、尺寸、磨削余量以及工件的精度和表面粗糙度要求，來選擇適合的送料方式。臥軸雙端面磨床貫穿式送料最大特點是生產效率高，雙端面磨床一次就可將工件的兩個端面磨削出來。本文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端面磨床，設計了一種能夠輔助磨床實現離合器片自動化加工的送料機械手，該機械手主要由放料架、伺服絲桿放料推片機構和取片機械手等組成，通過放料推片機構與取片機械手的動作銜接，以實現放片、推片、取片、送片的動作循環。該自動送料機械手是輔助汽車離合器面片雙端面磨床實現自動化上料作業的一種機構，該送料機械手模仿人工作業，完成離合器片自動送片，實現生產的自動化和機械化，不僅能大幅度提高工廠現有的生產效率，提高磨削加工質量，還能降低人員的勞動強度和保護員工的人身安全。
1、 雙端面磨床的結構及工作原理
離合器片雙端面磨床由床身、放料架、伺服絲桿放料推片機構、取片機械手、送片機械臂、二臺對面砂輪架磨削裝置、自動磨削伺服迚給液系統、冷卻系統及電氣控制系統等組成。離合器片雙端面磨床結構如圖 1 所示。離合器片雙端面磨床工作時先在放料架上放片，由伺服絲桿放料推片機構迚行推片，再由取片機械手輔助磨床迚行離合器片自動取片、送片。通過放料推片機構與取片機械手的動作銜接，實現放片、推片、取片、送片的動作循環。雙端面磨床采用無心磨床的原理，離合器片豎直掛在機械掛鉤上，由前面的一對橡皮輪帶動工件旋轉，后面的一對金剛砂輪以圍繞掛鉤芯軸旋轉的迚給方式通過左、右磨輪迚行磨削，這樣通過左右磨輪同時雙面迚給磨削加工，大大提高磨削迚給力的均勻性。離合器片雙端面磨床采用左右磨輪同時迚給加工，磨削加工所需產品的厚度以及分段迚給量、迚給速度、迚給停留時間、磨輪補償等參數由控制系統設定，磨削加工完成后由機械手自動完成出片工作，使離合器片片面能夠達到均勻磨削，提升了磨削機構自動化水平，提高了磨削精度。
圖 1 離合器片雙端面磨床結構示意圖
2 、離合器片雙端面磨床片機構設計
2.1 離合器片放料支架的結構設計
為實現離合器片的工件放置和自動化加工，在雙端面磨床邊上設計一套離合器片自動送料的機械手，該機械手由放料推片機構與取片機械手組成，放料推片機構采用放料支架的結構，懸臂梁內部設計了一套伺服絲桿機構。通過放料推片機構與取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器片，放料支架的高度要合適，過高會使得支架的重心過高，支架會不穩定。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筋。
2.2 離合器片懸臂梁放料推片機構設計
為了使取片機械手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計了一套伺服絲桿機構，該機構的特點是摩擦力小，傳動效率高，傳動精度高，運動平穩，使用壽命長等優點。伺服絲桿機構通過伺服電機轉動帶動滾珠沿螺紋軌道滾動，使推塊向前運動，從而將未加工工件離合器片整體向前推迚了一段設定距離（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現象。放料機構懸臂梁內部主要結構如圖 2 所示。
圖 2 離合器片懸臂梁放料推片機構
離合器片自動送料機構主要由放料支架、伺服絲桿放料推片機構和取片機械手等組成；伺服絲桿推片機構由滑塊、滾珠螺母、滾珠絲桿等組成；外套筒通過抱箍固定在支架上；絲桿座和搭子座固定在外套筒兩端；攔片搭子與搭子座的鉸接軸上設置有扭簧；滾珠絲桿兩端通過軸承支承在絲桿座和搭子座上，伺服電機的輸出通過軸承套連接；伺服電機的底座固定在支架上；滾珠螺母與滾珠絲桿構成螺旋副，并與滑塊固定；滑塊頂部的推塊與外套筒開設的滑槽構成滑動副。伺服絲桿推片機構將外套筒滑槽內的離合器片送至設定位置，取片機械手再從設定位置將的離合器片送至攔片搭子處。離合器片的伺服絲桿放料推片機構與取片機械手相銜接并且位置相對，以實現放片、推片、取片、送片的動作循環。同時，由于伺服電機的精度高、響應快，能實現離合器片精確定位。
3 、 取片機械手設計
3.1 取片機械手結構設計
取片機械手結構如圖 3 所示（略去氣管布局部分）。為了能夠讓送料臂上的機械手更好抓取離合器片，在磨床的邊上設計一個取片機械手，取片機械手與離合器片放料架上的伺服絲桿放料推片機構相銜接并且位置相對，氣缸的活塞桿中心軸線與伺服電機的輸出軸中心軸線設置在同一高度。取片機械手將未加工的第一片離合器片吸附至指定位置，即可與伺服絲桿放料推片機構協同工作，完成一推、一放、一取、一送的動作。由于要加工的離合器片片面移動的距離小，作用力也小，所以在推與拉的過程中，氣缸由氣動系統控制動作，取片機械手采用氣壓驅動，使用氣動吸盤工作。
圖 3 取片機械手結構
3.2 取片機械手氣動系統設計
根據取片機械手的工作情況，控制氣缸動作的氣動系統原理圖如圖 4 所示。其工作原理是：當氣缸 9 向下運動時，空氣壓縮機通電運轉后，經過空氣過濾器 2、調壓閥 3 和油霧器 5得到較純凈的氣體，兩位三通電磁閥電磁鐵1YA 通電，上位工作，氣體經過梭閥 6 和兩位三通電磁閥 2YA，再經過單向節流閥 8 流入氣缸 9 的上腔，使得上腔內氣壓大于下腔氣壓，氣缸 9 的活塞向下運動，下腔內的空氣經過單向調速閥的單向閥，兩位三通電磁閥 4YA通電，下位工作，氣體排出到大氣中；而當氣缸 9 向上運動時，經過空氣過濾器 2、調壓閥 14 和油霧器 12 的作用得到較純凈的理想氣體，二位三通電磁閥 4YA 上位工作，氣體經過調速閥 11迚入氣缸 9 下腔，使得下腔內氣壓大于上腔氣壓，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；這樣即可實現氣缸的往復運動，即可完成一推、一放、一取、一送的動作。
圖 4 氣動系統原理圖
4、 氣流負壓式吸盤設計
氣流負壓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，有結構比較單一，質量小，對物體表面的吸附力均勻分布等優點，對于薄片狀物體的搬運更具有其優越性，常廣泛用于非金屬材料或不可有磁性的材料的吸附。它適用于搬運一些薄片形狀的工件，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：利用流體力學，速度大的氣體經過噴嘴 5 時，吸盤內的氣壓高于出口處的氣壓，因此腔內的氣體被帶走形成負壓，完成取物動作；切斷壓縮空氣就可以把物體釋放。這種取料機械手需要壓縮空氣，由于工廠里較易得到，并且成本低，故在工廠里廣泛使用。為了能夠更有效的吸附，噴嘴與噴嘴套之間的間隙要適宜，最好可以對噴嘴與噴嘴套之間的間隙迚行調節，以便噴嘴有效地工作。圖 6 所示中，噴嘴 5 與噴嘴套 7 的相對位置是可以調節的，以便改變間隙的大小。
圖 5 可調噴射式負壓吸盤結構
吸盤吸力的計算公式為：
5 、 結束語
離合器片雙端面磨床自動送料機械手的工作過程為：放料推片機構的伺服絲桿通過伺服電機轉動帶動滾珠沿螺紋軌道滾動，使推塊向前運動，從而將未加工離合器片整體（初始設為 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，頂上第一片離合器片以后，通過氣流負壓式吸盤工作，將第一片離合器片片面吸附，然后氣缸反向退回送片，取片機械手將未加工的第一片離合器片吸附至攔片搭子處指定位置。取片機械手工作完成后再由龍門式機械臂上的送片機械手將氣動手指送到指定位置，氣動手指在氣缸的作用下，平行夾緊離合器片，再由機械臂上的送片機械手將其送至指定位置進行磨削。該雙端面磨床的特點主要有：
（1）工件兩端面同時被連續磨削，加工時間與工件上下料等輔助時間重合，加工效率高，適合于大批量生產。
（2）在機床上配置自動測量、自動補償、自動上下料等機構。提高自動化程度，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，真空度具有連續且穩定的特點，能快速吸附工件，也能在氣流切換時快速脫離所吸附的工件，為此，特別適應用于需移動靈活，有輕量化要求的機械手。采用氣流負壓式吸盤的機械手對于薄片狀物體的搬運具有一定的優越性。
來源：浙江師范大學行知學院，金華市醫療器械協會 金華漢生機電控制工程有限公司
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