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1、 1 曲形机自动上料可行性方案分析 曲形机自动上料可行性方案分析 1 采取曲形机自动上料执行机构的目的采取曲形机自动上料执行机构的目的 ? 有效降低操作员劳动强度。 ? 提高设备无故障运行时间。 ? 有效减少不必要的生产浪费。 ? 防止因液压油管爆裂引发工伤事故。 ? 提高生产线自动化程度。 ? 减小曲形后工件的形状偏差,均匀外形偏差,减小校正环节工作量。 2 稳定杆的几种形状稳定杆的几种形状 稳定杆的两个端头有以下几种不同形状。 d1 d1 d2 B 类:端头轴线与稳定杆轴线水平但不重合 d1d2 d1 d2 C 类:端头轴线与稳定杆轴线呈一定角度 d1= d2 或 d1d2 2 3 中频炉
2、供料传送链条的特殊要求中频炉供料传送链条的特殊要求 现有为曲形机供料中频炉链条采用金属链,在工件承载面加装矩形陶瓷 片。工件在加热链条上采取无角度水平放置,经过中频炉炉膛加热后,在炉膛 出口采用向下倾斜角度布置,工件由炉膛出口布置的气缸定时动作拨动工件, 工件由炉膛出口滚落至支架上。再由操作员使用工具夹持并调整角度,人工上 料至曲形机区形,如下图。 由于中频炉出口采用气缸拨落装置,使得工件滚落至支架上时,会造成工 件端面处于任意角度位置。这会造成曲形机自动上料时产生工件定位困难,需 对中频炉工件出口进链条进行必要改造。 工件拨落装置 人工夹持并调整工件角度 工件检测装置 出口链条保持水平出料
3、3 4 中频炉出口稳定杆转移定位装置中频炉出口稳定杆转移定位装置 在中频炉出口链条改为水平并增设稳定杆检测装置后,可在中频炉出口加 装稳定杆转移装置和定位装置,为曲形机自动上料装置取料做准备。 ? 稳定杆的转移装置由前行气缸、提升气缸、夹持气缸组成,如下图。 ? 稳定杆定位装置由前行气缸、提升气缸、左推定位气缸、以及稳定杆端头 定位工装组成,如下图。 前行气缸 提升气缸 夹持气缸 前行气缸 提升气缸 左推定位气缸 端头定位工装 端头定位工装 4 ? 稳定杆转移装置和定位装置的组合如下图。 5 稳定杆在定位工装上准确定位的工作原理稳定杆在定位工装上准确定位的工作原理 由于稳定杆为圆柱状工件,且端
4、头存在规则或不规则角度与形状,当转移 装置将稳定杆工件转移至定位装置上时,需确保定位工装在定位操作时不会造 成稳定杆发生反转、偏移、错位等位置变化。 ? 在定位工装导轨与稳定杆工件接触面采取两组支撑滚轮设计,如下图。 工件导轨 工件支撑滚轮 滚珠轴承 5 ? 为了使稳定杆工件在定位工装上易于滑动,支撑滚轮与稳定杆工件需发生 点接触,故支撑滚轮的支撑面需设计为圆角形状,并且宽度 L 应尽量的 窄,如下图所示。 ? 稳定杆工件与两组支撑滚轮上时形成一条中心轴线 a,与定位工装限位块也 形成一条中心轴线 b,ab 两条中心轴线应严格重合,如下图所示。 A L a b a b 6 ? 定位工装模块所形
5、成的长度 L1,应大于稳定杆除两端端头外的有效长 度 L2 而小于稳定杆的总长度 L0,如下图所示。 ? 定位工装前限位 模块所形成的长度 L3,应小于稳定杆除两端端头外 的有效长度 L2,这利于稳定杆在左推气缸推动时易于向左侧滑动,如下图 所示。 B L0 L1 L2 L0 L1 L2 C L2 L3 L3 L2 且且 L1 D 支撑滚轮 支撑滚轮 L10 L10 R 支撑滚轮支撑滚轮 中频炉预设角度 避免工 件以大角度进入定位装置 14 ? 如前所述,由于稳定杆工件的端头存在各种形状,为了确保端头偏心的稳 定杆能满足各种角度定位的需求,在定位装置上还需要增加两组高位支撑 滚轮,以减少和限定
6、稳定杆工件在转移至定位装置上时的 角度,如下图 所示。 d1 d2 B 类:端头轴线与稳定杆轴线水平但不重合 d1d2 H1 H2 支撑滚轮 高位支撑滚轮 高位支撑滚轮 高位支撑滚轮 支撑滚轮 支撑滚轮 稳定杆工件在高位支撑滚轮组上的重心高度 H1 小 于在支撑滚轮组上的重心高度 H2,稳定性增加 15 ? 对于端头异性的稳定杆工件,则需要对定位装置模块和中频炉预设链条角 度模块做特殊形状处理,如下图所示。 a b c b a c a b c 三条轴线应严格重合三条轴线应严格重合 C 类:端头轴线与稳定杆轴线呈一定角度 d1= d2 或 d1d2 d1 d2 16 7 稳定杆工件被准确定位动画
7、稳定杆工件被准确定位动画 17 18 19 20 21 22 23 24 8 曲形机人工操作工作原理曲形机人工操作工作原理 曲形机由多组模具及液压缸组成,液压缸推动模具通过一定的顺序组合, 对稳定杆工件进行热弯成型。经过中频炉加热的稳定杆工件由人工夹持、并调 整角度,放入曲形机模具组中,再由人工夹持工件向左侧推动,使得稳定杆左 侧端头进入曲形机左侧定位模块中,完成稳定杆工件在曲形机上的定位,如下 图所示。 左侧定位气缸 左侧定位模块 上部定位气缸 上部定位模块 下部定位模块 人工放入 25 人工向左侧推入定位模块 上部定位模块夹住工件, 完成曲形机人工上料 26 9 曲形机自动上料机构工作原理
8、曲形机自动上料机构工作原理 曲形机自动上料机由前行伺服机构、下行伺服机构、右行伺服机构组成。 前行伺服机构将稳定杆工件从定位装置上夹取,并完成将稳定杆工件向前送至 曲形机;下行伺服机构组成完成将稳定杆工件放置到曲形机下部定位模块上; 右行伺服机构将稳定杆转移至正对曲形机,并完成向左侧微动使稳定杆工件进 入曲形机左侧定位模块。其动作顺序如下图所示。 ? 前行伺服机构示意如下。 ? 下行伺服机构示意如下。 导轨 同步带 伺服电机 支撑平台 滚珠丝杠 伺服电机 同步带 滚珠丝杠 导轨 支持平台 27 ? 右行伺服机构示意如下。 ? 稳定杆工件夹持装置示意如下。 支持平台 滚珠丝杠 导轨 伺服电机 同
9、步带 气缸 夹持装置 28 ? 曲形机自动上料机组成示意如下。 29 10 曲形机自动上料动画曲形机自动上料动画 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 11 曲形机自动卸料机构曲形机自动卸料机构 曲形机自动卸料机构由前行气缸、夹持气缸、上抬气缸、左行气缸、旋转 装置组成。前行气缸、夹持气缸、上抬气缸共同完成从曲形机上将区形好的稳 定杆工件取下,左行气缸将稳定杆工件转移至淬火槽,旋转装置将稳定杆工件 旋转角度正对淬火槽。其动作顺序如下图所示。 ? 曲形机自动卸料机构如下图所示。 左行气缸 上抬气缸 导轨 支持平台 旋转装置 前行气缸 夹持气缸 41 12 曲形机自动卸
10、料动画曲形机自动卸料动画 42 43 44 45 46 47 48 49 13 稳定杆工件在各个工序位置精度的要求稳定杆工件在各个工序位置精度的要求 ? 稳定杆在中频炉加热链条上的位置由中频炉链条上的支撑块来保证,该位 置精度较低,在当转移装置抓取稳定杆工件时,其位置偏差由转移装置的 抓取装置完成。抓取装置的开口度以抓取气缸的中心线对称分布,转移装 置的前行气缸的行程 y y 是固定的,稳定杆工件在中频炉链条上延 Y 轴产生 的位置偏差,只要不超过抓取装置的纠偏范围,即可由抓取装置完成纠 偏,如下图所示。 Y3 Y4Y1 Y2Y5Y6 Y1Y2Y3Y4Y5Y6Yn d3 d4 d3=d4 y
11、y 固定不变 50 d5 d6 Y1 - - Y2 d5 + + d6 d7 0 当稳定杆在链条 Y 轴方向上的位置偏差(Y1Y2)小于抓取 装置的纠偏度(d5+d6)时,此偏差由抓取装置纠偏(d7=0) 51 为减小抓取装置在抓取稳定杆工件时的位置偏差(d5+d6),在中频炉链条 上采用红外线激光传感器作为转移装置动作的触发传感器。 ? 稳定杆工件在中频炉链条上延 X轴方向的位置由模块初始设定。 ? 稳定杆工件在中频炉链条上的初始角度,由辅助链条上的预设角度模块设 定。 ? 稳定杆工件在定位装置上延 Y 轴方向上的位置偏差由 模块组完成 纠偏,延 X 轴方向的位置偏差由 模块完成纠偏。转移装
12、置提升气缸的 行程 Z Z需小于稳定杆工件被抓取位与定位极限位的距离 Z Z,定位装置左 推气缸的行程 X X应满足稳定杆工件与模块左端靠齐,如下图所示。 支撑滚轮 支撑滚轮 Z Z Z Z Z Z Z Z y y 固定不变 Z Z X X 52 ? 当稳定杆工件在定位装置上被准确定位以后,曲形机自动上料机组的各个 行程 X X、X X、y y、y y、Z Z、Z Z的精度由伺服驱动系统保证。各伺服驱动系 统的闭环控制应做在各自的伺服驱动器中,可在每个滚珠丝杠的端头增加 增量型角度编码器,采集各个动作单元的行程脉冲,并在各个运动单元的 极限位置和工艺位置设置限位传感器,在 PLC 系统中可以比
13、对行程脉冲和 限位传感器信号,作为系统运行的效验和报警使用。 L9 L8 L8 即 X即 X,L8 满足满足 L90 且且 L90.1mm X X X X Z Z Z Z Z Z Z Z 53 ? 自动卸料系统不需要要求精度,各个执行气缸只要满足位置要求即可。 14 空间原点的设定空间原点的设定 为了方便调试和设定,需要对中频炉、曲形机、转移定位装置、自动上料 机组、自动卸料装置,分别设定以各自机器的左下角为原点位置 O1、O2、 O3、O4、O5。各机器的原点位置设定以后,各机器的相对位置也就固定。 除此之外,定义模块的左下角为稳定杆工件的准确定位原点 O。该原点 对于曲形机自动上料系统的意
14、义重大,转移定位装置、自动上料机组、自动卸 料装置的设定都必须以原点 O 为基准。 即模块、模块和定位装置导轨在 XYZ 组成的三维空间中的位置是固定 不变的、不可调,其余模块均可做 X 轴、Y 轴、Z 轴上的任意位置调整。各模 块的设定应遵循先左后右、先前再后的调整原则。定位装置导轨上的支撑滚轮 组,可 Z 轴、Y 轴两个方向上的调整。 15 针对不同型号和形状的稳定杆工件的标准化和模块化设计针对不同型号和形状的稳定杆工件的标准化和模块化设计 为实现快速转化产品和快速设定,需要对定位装置上的定位模块、支撑滚 轮组、曲形机进行标准化和模块化设计,如下图所示。 位置固定,不可调整 原点 O 54
15、 55 16 红外线激光传感器位置检测红外线激光传感器位置检测 需增加红外线激光传感器,检测稳定杆在定位装置和曲形机左侧限位气缸 上的位置,如下图所示。 56 17 减小稳定杆工件在自动上料前热变形的措施减小稳定杆工件在自动上料前热变形的措施 为减小稳定杆工件在自动上料前的热变形,可采取调节中频炉支撑链条的 宽度来实现,对于定位装置可调节各模块恰当的位置,并将定位装置提升气缸 与左推气缸的气压设定到恰当的范围来实现。 18 曲形机保护措施曲形机保护措施 在曲形机上料完成后,为保护曲形机各个液压缸与模块,可采取增设机器 视觉系统对曲形机的上料情况进行检测保护。 为防止因曲形机液压油管破裂或者液压油管接头漏油造成的火灾事故,可 增设火焰检测系统,以及自动灭火装置。 机器视觉系统 火焰检测系统 消 防 自动消防系统 57 19 曲形机自动上料系统的应用范围曲形机自动上料系统的应用范围 适合于大批量长时间连续生产,不适合小批量和频繁更换产品类型的生 产。 20 曲形机自动上料系统的研发流程曲形机自动上料系统的研发流程 可行性方案可行性方案论证(方案预审会)设计预审(机械设计会议) 机械设计设计一审(电气及自动化设计会议)电气及自动化设计制造 设计二审(设计制造会议)安装调试试运行改机设计终审项目关闭 21 曲形机自动上料系统总览曲形机自动上料系统总览 消 防
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