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        沖壓機械手的模塊化技術研究與應用

        作者: yhsstools 時間:2019-09-19 來源:未知
        摘要:模塊化沖壓機械手主要包括機械機構的模塊化、電氣和通信接口的模塊化等。模塊化沖壓機械手將實現零部件的通用性、標準化和模塊化設計,實現機械手系統的多樣化。...

        研究了沖壓機械手的模塊化技術,解決了五金及金屬制品行業沖壓過程中生產效率低、勞動強度高、安全風險大的問題,重點解決了五金及金屬制品行業沖壓過程中手工作業生產效率低、勞動強度高、安全風險大等問題。本項目將采用光學機電一體化技術、模塊化研究技術、快速連接技術、諧波技術等技術,提高機械手的靈活性,簡化安裝和維護,降低成本,提高工件的傳遞速度。

        1 機械手工作流程及結構分析

        1.1 工作流程分析

        通過分析研究各種沖床的上下料模式及運行要求,采用模塊化設計技術、協調作業技術,完成沖壓機械手的工作流程化分析,如圖1所示。

        圖1 沖壓機械手的工作流程圖

        1.2 結構分析

        根據沖壓機械手的功能劃分和需求分析,為了滿足產品的功能和性能,提高整個模塊化系統的靈活性,沖壓機械手可分為圖2、繪圖模塊1抓取工件,并通過推送模塊2、旋轉模塊3和提升模塊4將工件送到指定位置,由此可以看出沖壓機械手主要由進給模塊、推送模塊、旋轉模塊和提升模塊組成。

        圖2 沖壓機械手模塊組成

        1.取料模塊 2.推送模塊 3.旋轉模塊 4.升降模塊

        取料模塊:根據產品特點要求,整合各種取放料技術,如真空吸盤、機械爪、電磁吸盤等,其取料的重量從數克到數千克不等;

        推送模塊:在沖壓機械手完成取料動作后,執行直線運動的作用,與旋轉模塊、升降模塊配合,實現避開障礙,按照一定路線運動的功能;

        旋轉模塊:旋轉模塊主要實現將工件及推送模塊一同繞一定的中心進行旋轉的運動;

        升降模塊:升降模塊是將以上3個模塊同時升降動作。

        這四個模塊的組合滿足了現有大多數沖床的需要,并根據實際使用,主要是在更換生產工件的末端來取代進給模塊的末端,因此如何快速更換不同的進給模塊,縮短設備的調試時間是主要的研究重點。為此,進行了快速連接夾具模塊和物料采集模塊的設計與應用。

        2 快接夾具模塊的設計與應用

        根據沖壓機械手模塊化的要求,研究開發了采用真空吸技術的快速組合夾具模塊,它可以同時滿足氣路與電路的連接要求。同時可以快速定位夾緊,從而實現了機械手末端取料模塊的快速裝夾,大大提高了取料模塊的更換時間,降低了生產成本。

        模塊拼接是這一設計的一個重要和獨特的部分。該夾具主要由兩部分組成,分為兩部分:男性頭和母頭,機械手端固定安裝頭,取料夾具的另一端安裝主頭部分,并將相應的頭與母頭牢固地鎖在一起,實現快速更換的功能。因此,可以將一種快速夾具頭與多個母頭連接起來,有效地提高了生產工件沖頭更換的效率,縮短了調試時間。

        快接夾具設計為方形的結構,由耐磨金屬板材通過精密加工成型,設計圖如圖3所示。夾具公頭中間設計有圓柱造型2與母頭的通孔4相配合,并與導柱11和導套6配合完成公頭和母頭快接夾具的定位,氣管接口3通過通斷氣來實現公頭與母頭夾具的鎖緊與松開。接頭10與空軸9為相通設計,配合接頭8與孔7實現氣路的貫通。連接器1與5配合實現電路之間的連接。因此這種設計的快接夾具可以有效實現氣路與電路的連接,縮短取料模塊夾具的更換時間,提高工作效率。

        圖3 快接夾具模塊設計圖

        1.連接器 2.圓柱 3.氣管接口 4.通孔 5.連接器 6.導套 7.孔 8.接頭 9.空軸 10.接頭 11.導柱

        3 沖壓機械手的末端取料模塊的設計與應用

        經過對沖壓機械手的模塊化分解,需要根據具體的設計要求選擇合適的功能模塊,需要考慮的因素有負載、尺寸大小、精度、速度等,其中取料模塊的選擇,可根據工件產品的形狀特點,取料模塊可采用真空吸盤、機械爪、電磁吸盤等不同的形式模塊。

        3.1 真空吸盤的選擇

        真空吸盤,首先,真空吸盤通過噴嘴連接到真空設備上,然后與工件表面接觸,啟動真空設備吸收,從而產生吸盤內的負壓,使工件被牢固地吸出,然后工件才能移動。當工件移動到目的地時,真空吸盤被平滑地充氣到真空吸盤中,使真空吸盤從負壓變為零壓力或微正氣壓,真空吸盤與工件分離,從而完成提升和輸送任務。

        圖4 真空吸盤工作原理圖

        真空吸盤吸附性能不僅僅受吸盤的材料品種影響,還有吸盤的結構形狀與工件表面的貼合程度。比較常見的機械手真空吸盤有以下幾種。

        第一、扁平形狀真空吸盤。這種類型的吸盤材料可以用多種材料,主要用于搬運吸附一些工件表面比較光滑的產品。

        第二、短波紋管型吸盤。它的吸附性能相對來說比較好,而且緩沖性能好,對于細小工件的損壞的可能性比較小。方便吸附小型工件,同時波紋管可做較小距離的行程移動。

        第三、長波紋管型吸盤。它的性能與用途場合等都與短波紋管型真空吸盤差不多,唯一比較大的區別是長波紋管型吸盤在水平方向的高度差比較大,還可以做長距離的搬運工序。

        圖5 吸盤種類

        真空吸盤夾具的應用方案如圖6和圖7所示。

        圖6 真空吸盤夾具方案1

        圖7 真空吸盤夾具方案2

        3.2 機械爪的選擇

        機械爪,利用氣動元件與爪類零件配合工作,根據氣動反應速度快的特點,可以縮短輔助生產時間,提高效率;機械爪對氣動元件的精度要求不高,適合制造,氣動元件的使用容易實現自動控制。氣動元件以壓縮空氣為動力源,通過氣缸將氣體壓力轉化為機械能,完成夾具定位、夾緊等多種動作。如圖8、圖9所示。

        圖8 機械爪夾具方案1

        3.3 電磁吸盤的選擇

        電磁吸盤是利用了電磁原理:使內部線圈通電產生磁力,經過導磁面板,將接觸在面板表面的工件緊緊吸??;線圈斷電,磁力消失實現退磁,卸下工件。如圖10、圖11所示。

        圖9 機械爪夾具方案2

        選用電磁吸盤進行取放料的操作時,工件必須是能受磁吸的材料,同時設計時需要分析工件的重量及吸盤的吸力及數量等。

        圖10 圓柱形電磁吸盤

        圖11 方形電磁吸盤

        電磁吸盤夾具的應用方案如圖12、圖13所示。

        圖12 電磁吸盤夾具方案1

        圖13 電磁吸盤夾具方案2

        4 結束語

        通過對沖壓機械手模塊化技術的研究,解決了五金及金屬制品行業沖壓加工中手工操作效率低、勞動強度大、安全風險大等問題。采用機電一體化技術和模塊化技術,對沖床機械手的端部進給模塊和快速連接夾具進行了研究和開發,提高了機械手的靈活性,簡化了安裝和維護,提高了工作效率,降低了成本。

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