多工位自动送料系统的送料机构设计与运动分析.pdf

1、锻压技术2 0 0 4 年第4 期 设备 多工位 自动送料系统的送料机构设计与运动分析 罗云华。 张祥林张颖黄早文 ( 华中科技大学模具技术国家重点实验室4 3 0 0 7 4 ) 摘要：介绍在普通压力机实现多工位 自动化冲压的方法 ，提出研究两种行星式齿轮驱动的自动 纵向送进机构和凸轮机构驱动的横向张合机构的送料原理，进行 自 动送料机构的运动分析，关键机 构的设计计算，对设计大型多工位自动化送料系统有参考价值。 关键词：多工位冲压 自动送料系统动作控制 S t u d y O n a u t o ma t e d t r a n s f e r f e e d e r s y s t e

2、m o fmu l t i - s t a g e s t a mp i n g l i n e LUO Yu n - h u a ZHANG Xi a n g - l i n ZHA NG Yi n g HUANG Z a o - we n ( Hu a z h o n g Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y ) Ab s t r a c t ：Emp l o y i n g a u t o ma t e d mu l t i - s t a ge p r e s s l i n e wh i c h i

3、 s p r o o f e d t O b e o f h i g h l y - e f f e c t i v e，s a f e an d e a s y - e mp l o y ed wi l l b e a t r e n d i n mo d e m s h e e t i n d u s t r y Th i s p a p e r i n t r od u c e s t h e me t h od o f mu l t i - s t a g e a u t o ma t ed s t a m- p i ng l i n e ，i n v e s t i g a t e

4、s t h e c h a r a c t e ri s t i c s o f t r a n s f e r f e ed e r s y s t e m d riv e n b y p l an e t g e a r s and c a r t l s y s t e m，and d i s c u s S es s o me k e y p r o b l em s i n d e s i g n and a n a l y s e s wo r k Ke y wo r d s ：M u l t i - s t a g e s t a mp i ng Au t o ma t ed t

5、 r an s f e r f e ede r s y s t e m Mo v e me n t c o n t r o l 、 前言 现在汽车制造厂越来越多地使用多工位压力机 * 男，3 8 岁，讲师，在职博士生 收稿 日 期：2 0 0 3 - 0 7 - 1 1 和冲压生产线，可以大批量生产出高质量的冲压件， 提高劳动效率、降低产品成本、确保操作安全。若 采用多土位专用压力机并利用其 自带的多工位送料 装置，在冲压加工的材料供给、工件传送、制品及 废料的排出、模具交换、冲床调整与运转、冲压过 程异常状况监视等所有作业过程 自动化，固然理想， 但存在投资大 、 运行维护费用高 ， 生产柔

6、性差等问 参考文献 1 LA Yl0 l ，V Y aKu d y a k o v ， V G z y r y s n o v A l e a d - f d m d e c t i o d e o n a n a h a n i m a n s u b s t r a t e t O s e r v e 8 8 a l e a d - add b a t t e r y p l a t e J o u r n a l o f P o w e r S o u r c e s ，1 9 9 9 ，7 8( 1 2 ) ；8 4 8 7 2 J a y B e n n y E ，D a t t a

7、 o y ，Ma t h e w s Ch a r l e s ，B l a n y e r R i c h a r & P e r - f o n mn o f t h e h 0 r i z 0 n a d v a n c e d l e a d - a d d b a t t e r y P r O C eS S o f t h e An n u a l B a t t e r y C 0 l 1 l ：I mo e ， J an 1 1 -1 3 1 9 9 4 3 S i e g r n u n d An d r e a s ，P 】 l 1 I 咖，R Da v i d G r i

8、 d a l l o y s f o r a u t o mo b i l e b a t t e r i e si nt h e n e wmo l l e n n i u m J OM 5 3 1 J an 2 0 0 1 In e r a l s Me t a l s a n dma t e r i a l s S o c( 1 1 ) ， 3 8 3 9 4 T o r t o r a， C Newt e c h n o l o g yf o r l e a dad d ba t t e r i e s r 1 日 圄C I n t e r - n a ti o n a l T d e

9、 c o mmu n i c a t io n s E n e r g y( f e r 印c e ， 1 9 8 9( 6 ) ：1 5 1 8 5 M S fl a k es， E K l u i t e r s ， D S c h n ， SMo u r a d ，e t adI ) o l x n e n t a n d t esi n g o f a b i p o l a rl e a d - addbat t e r yf o r h y b ri dd o ： t il e v e h i d e J o u r n a l o f P o w e r S o u r c e

10、，1 9 9 9 ，7 8( 1 2 ) ：1 9 9 2 O 3 5 4 6 I Ku r i s a w a ，M S h i a T ，S Oh s t a v 5 ，M l wa t a ，M T S t aDe v e l o p - 瑚 t of p o s i ti v e d e e t r o d esw i t han S n 0 2 o 0 a 衄b y a p p l y i n g a s p u t t e - r i n g t h n i q u e f o r l e a d - ad d bat t e r i e s J o u r n a l o f p

11、 o w e r 8 o o r c e s ，2 0 0 1 ， 9 5 ( 1 2 ) ：1 2 5 1 2 9 7 B l any e r ，R i c h a r d J Me the ws ，C h a r l es L Me d x x t a n d a p p m a t u s f o r c o a t i n g a c o r ema t e r i a l wi th me t a 1 US 4 6 5 8 6 2 3 1 9 8 7 8 I - I a w k es DJ ， Me r g e RE C o n f o r me m九ls j 0 r I t u r

12、 r et me t h a n dG Et - 阳1】 m t i w I n d u s t r y1 9 9 1( 6 ) 9 Da ws o n J R，Ha wk e s D J C o n t i n u o u s s h e a t h i n g o f fi b r e o p t i c a n d C A V ( 二 a r d e s n 硷 6 t h W A s ia I n t e r n a t i o n a l G 加 f e r e f a n d E b i t i o n S h a n g h a i 2 5 th-2 8 th ，1 9 9 4

13、1 O 贾春博，刘元文等 连续挤压包覆 c V 同轴电缆芯线防灼伤系 统研究 锻压技术，2 0 0 0 ，2 5( 2 ) 1 1谢建新， 刘静安著 金属挤压理论与技术 北京；冶金工业出版社， 2 () 0 1 1 2 罗守靖著 复合材料液态挤压 北京：冶金工业出版社，2 0 0 2 维普资讯 题。利用现有 的普通压力机改装，在材料 ( 3 2 件) 供给、传送采用 自动送料装置，使用多工位模具进 行 自动化多工位冲压见效快 、投资少、适用性强。 多工位冲压的技术进步主要体现在多工位送料技术 上 。 二、多工位送料系统 多工位送料系统的种类和方式较多，但大致可 分为以下 3 类：机械送料、电子

14、送料和组合式送料， 按送料方式可分为两向和三向送料。常见的机械式 送料系统 ( 机构)主要有气动夹钳式送料、辊式送 料、夹板式送料 ，在大中型多工位 自动化冲压生产 中，多采用夹板式 自动送料。 本文重点介绍机械式送料机构，它是通过与压 力机传动系统的直接连接完成冲压件从一个工位移 动到下一个工位，以行星齿轮驱动进行纵 向进给， 以凸轮驱动进行夹板的横向夹持和抬升，具有动作 协调可靠，运动平稳，加速度特性好，重复定位精 度高，送进距大，结构紧凑等特点。 1 行星式送料机构 ( 1 )行星式传动机构的送料原理三向送料通 过 3 种不同的动作在压力机内传送冲压件。三向送 料时夹板作三维空间运动，其

15、工作循环为：夹紧一 升起送进一个工位距一松开一降下一退 回一个工 位距。行星齿轮驱动进行纵向送进和退回。 图 1 是外啮合行星齿轮送料机构的送料原理示 意图。太阳轮 1 固定不动，行星齿轮 4由转臂 2带 动，绕固定的太阳轮 1 转动，偏心销 3 安装在行星 轮上，小滑块 6 套在偏心销上，它可以在夹板滑座 7 的导向槽内滑动。当行星轮绕太阳轮转动时，通 过偏心销上的滑块带动夹板 8 左右运动一个工位距， 实现夹板的纵向送进和退回。 图 1 外啮合行星齿轮送料机构的送料原理 外啮合行星齿轮送料机构和内啮合行星齿轮送 料机构的偏心销运动轨迹见图 2所示，外啮合情形 ( 图 2 a ) ，此时太阳

16、轮直径 D与行星轮直径d及偏心 销偏心距 e 之比为D ： d： e一 1 0： 5： 1时，偏心 销的轨迹为一近似椭圆，在近似直线 和 a b 段， 夹板纵向进给运动停止，仅作横向闭合、张开运动， 相应的偏心销转角为 6 0 。 ，符合夹板纵向送料机构停 顿 6 0 的要求。而在 和 段，夹板分别作纵向 送进和回退运动，送进距 P D + 一2 巴 送 进 夹鬃 ( B ) 送进 松开 回退 ( b ) 图2 偏心销运动轨迹 ( a )外啮合 ( b ) 内啮合 在内啮合时 ( 图 2 b ) ，当D ： d： e一 2 0： 5： 1 时，偏心销的轨迹近似为一 正方形，在近似直线 、b b

17、 段，夹板纵向运动停止，仅作横向松开或 夹紧工件运动，而在 和 a b 段，夹板分别作纵 向送进和回退运动，夹板纵向送进距 P D 一2 。 从两种行星齿轮驱动的偏心销运动轨迹可 以看 出，内啮合时，在直线 f c 和直线 d d 段，夹板的 横向运动完全停止，此时夹板只有纵向送进和退回， 而在直线 a a 和直线 6 6 段，夹板的纵向运动完全 停止，此时夹板只进行横向松开和夹紧，夹板的降 下和升起。进行内啮合驱动的行星方式 比外啮合的 驱动方式得到的偏心销轨迹比较 ，内啮合行星齿轮 驱动的夹板纵向运动更平稳。 5 5 维普资讯 ( 2 ) 行星式传动机构的运动分析和设计计算 以外啮合为例进

18、行分析计算 ，参见图 3内啮合同理 可推导。 已知工作距 P，根据 P=D+ 一2 e ( 1 ) 及D ： d： e一1 0： 5： 1 ( 2 ) 可以求得太阳轮直径 D，行星轮直径 d ，及偏 心销的偏心距 e 。 如果 D： d： e 之比严格等于 1 0： 5 ： 1 ，则 p _- l O e +5 e 一2 e 1 3 e 。D和d的值取决于齿轮的齿数 和模数 ，P和e常取整数，但 P不一定是 1 3的整 数 ，为此，可以取 D： d： e 一1 0： 5： 惫 ，其中 惫为 偏心系数 惫 1 。 1 )运动方程 1 l ( D q - d ) )： si = (3) 一 一 图

19、 3 外啮合时偏心销运动轨迹 分析 当行星轮沿着太阳轮旋转时，偏心销 B 的坐 标值可由下面的公式计算： 根据不同的 C t 角可以确定偏心销轨迹。 送料方向速度方程： 一 3 s in 3 a 一 7 s in a e ( 4 ) L K J 加速度方程： ax 一 9 e c o s 3 a 一 ( 5 ) 2 )送料波动及最大波动量在近似直线 口 6和 a ，b 段，夹板纵向进给运动停止，仅作横向闭合、 张开运动，实际上，偏心销在 X方向有微量的夹板 送进或退回，形成波动，此纵向送进的微量波动可 由设计的弹簧装置 5 吸收消除 ( 图 1 ) ，提高送进定 位精度，为了设计弹簧装置，还须

20、计算最大波动量 和最大波动量时转臂与 X轴的夹角a可由 B 一 去( Dq - d ) c o s a e c o s 3 a 两边对 a 求导，令 S x 一0 得到： 1厂T 即 a s i n - 3 一 一 2 0 1 。 56 最大波动量为： ,5 J 3 一 一 即 B 一e - +卜 c o s 3 a ( 6 ) L K j 3 )停顿角 为了设计夹板张合机构，须对停顿 角 2 a 。 的大小即夹板纵向进退开始和终了之时行星 轮与太阳轮中心连线的夹角进行计算。 则由几何关系得到： 1 1 去( D+d ) c o s a e c o s 3 a 一去( Dq - ) 一e 厶

21、解此方程得到停顿角之半 a 。 =2 8 7 。 ，停顿角为 5 7 4 。 ，大致符合夹板纵向送料机构停顿 6 0 。 的要求。 此参数角的大小与夹板张合机构的设计密切相关。 停顿角小，则夹板从开始张开到终了的时间也就少， 因而惯性力大，对张合机构不利。 2 凸轮传动张合机构 ( 1 )凸轮横向张合机构运动原理夹钳横向张 合机构和抬升机构的类型较多。常用凸轮通过摆杆、 连杆带动齿条、齿轮、与齿轮同轴的偏心轮，再通 过杠杆及连杆机构，带动两个夹板作横向张合运动， 夹紧力由中间气缸产生。在试冲、模具调整或冲压 过程中出现故障时，向气缸活塞下部通入压缩空气， 夹板会立即松开。摆杆上的滚轮对凸轮的压

22、紧力， 由气缸内的压缩空气产生，如图4所示。 图 4 凸轮横 向张合机构示意图 LX1一 S X2 ( 7 ) 2 a R L ( 8 ) 2 Es i n a A ( 9 ) 通过设计摆杆机构、齿轮齿条机构、偏心机构， 可以使夹钳的纵向位移 ( 张合行程 A )是凸轮从动 杆位移 S的两倍。 ( 2 )凸轮设计对凸轮传动张合机构要求如下： 行星式送料机构将工件送进一个送进距 ，此时张合 维普资讯 机构不动，压力机滑块在上死点附近，当曲轴转角 为 6 1 3 。 时，夹板送进结束 ，此时凸轮张合机构动 作，带动夹板开始张开，而夹板纵向运动停止，当 停顿 5 7 4 。 后 ，在曲柄转角 1 1

23、 8 7 。 时夹板完全张开， 而后夹板松开工件作空行程回退运动，此时张合机 构不动，压力机的滑块在下死点，多工位模具在冲 制工件。在曲柄转角 2 4 1 3 。 时，张合机构开始动 作 ，带动夹板横向夹紧工件。因此，在凸轮的 3 6 0 。 圆周上，相应包含有上升段 ( 6 1 3 。 1 1 8 7 。 ) 、停 止段 ( 1 1 8 7 。 - - 2 4 1 3 。 ) 、下降段 ( 2 4 1 3 。 2 9 8 7 。 ) 及停止段 ( 2 9 8 7 。 6 1 3 。 ) 。在上升段和下降段， 凸轮机构运动，控制夹钳的张开和闭合，而在其他 的时间里，凸轮都相当于一圆，不发生任何

24、位移。 选用等径凸轮，这种凸轮两半是对称的，因此 在绘制凸轮轮廓图时，只须讨论其中的上升段，图 5 表示凸轮轮廓线的画法。 凸 廓 取凸轮轮廓的最大半径 R 一 一2 6 7 m m，基圆半 径 R 一1 8 7 m m，则上升距离为 8 0 mm，将上升段 5 7 4 。 作 1 0 等分，其中每一段的上升距离由表 1中 查出，即可得到上升点，将这些点连接起来就得到 凸轮的理论轮廓线。从动件一般均用滚子，设滚子 半径为 5 m m，以曲线上任一点为圆心，以 5 m m为 半径作一系列圆，则这些圆内侧的包络线即为凸轮 实际轮廓线。 裹 1 凸轮位移数据裹 0 5 2 8 9 1 1 8 9 2

25、 4 5 2 4 0 5 5 4 8 6 8 1 1 7 6 1 1 7 9 4 8 8 O 位移1 I 3 I 。 I。 I I 。 I I 。 I I 三向送料时，还必须使用夹板抬升机构，也采 用凸轮驱动机构，因此对夹板抬升机构的分析与上 述夹板横向张合机构类似。本文不作分析了。 三、结论 ( 1 )与昂贵的专用多工位压力机相比，利用现 有的普通压力机改装 ，在材料 ( 工件)供给、传送 采用自动送料装置，使用多工位模具进行自动化多 工位冲压是见效快、投资少、适用性强、较为经济 的适合我国国情的生产方案。 ( 2 )以行星齿轮驱动进行纵向进给，以凸轮驱 动进行夹板的横向夹持和抬升，具有动作协调可靠， 运动平稳，加速度特性好，重复定位精度高，送进 距大，结构紧凑等特点。 ( 3 )内啮合驱动的行星方式与外啮合的驱动方 式得到的偏心销轨迹 比较 ，内啮合行星齿轮驱动的 夹板纵向运动更平稳。 参考文献 1