机械加工生产线的自动输送装置的设计

陶帅

（辽宁建筑职业学院 辽宁辽阳 111000）

近年来，我国机械加工自动线输送方式逐渐趋于多样化，如机械手、棘爪步伐、摆杆、滑道等（如表1所示）。在信息化时代背景下，我国政府注重工业发展，给工业带来巨大的发展空间，促进了机械加工和自动化发展的进程，给人们生活带来极大的便利，有效提高工业生产加工效率，随着自动化技术的不断创新，被逐渐应用在各个行业。但是由于机械设计制造及自动化技术在我国运行时间较短，与国外发达国家相比还存在较大差距，目前，很多设备和研究都处于落后状态，我国机械加工生产线的自动输送装置应用还在初级阶段，出现能源消耗大等问题，给机械加工生产线的自动输送装置的设计带来严重阻碍。

表1 机械加工自动线输送方式

1 棘爪步伐式输送装置

步伐式输送装置是组合机床自动线上最常用的工件输送装置，通常应用在加工箱体类零件和随行夹具的自动线中。目前，最常见的步伐式输送装置主要包括棘爪步伐式、回转步伐式、抬起步伐式等类型，组合机床自动线中最常用的棘爪式输送带，从工件下面进行正常工作，等到工件全部退出后，再抬起整个棘爪。

棘爪步伐式输送装置是使用范围最广、使用最早的输送装置，主要传动方式有以下两种。

第一，用标准液压输送滑台，来推动具有棘爪的输送带，再将物件传输到制定工位中。通过经齿条来引导滑台进行水平移动、利用油缸来让齿轮转动，这种传动方式能有效提高滑台行程量，且降低拖动滑台力度，目前在上海某家工厂的缸头加工自动线，是将该输送装置作为主体。

第二，用油缸输送。这种方式是通过移动油缸活塞来推动工件输送距离，与第一种方式相比，在油缸直径相同的情况下，能加强推动力，降低移动距离。同时，这种装置具有工作稳定性强、结构简单等特点，目前我国很多行业都有普及［1］。但由于在运行终点并未设置限制措施，其又具有较强惯性，很容易出现工件脱离棘爪的现象。因此，在输送过程中，要合理控制输送速度，在正常情况工作人员要将输送速度控制在10m/min，一旦遇到棘爪失灵问题，弹簧力度会逐渐增加，从而加强磨损度，甚至会直接将工件带回到原点，给正常输送带来严重影响［2］。

2 摆杆步伐式输送装置

与棘爪步伐式相比，其安装了一套摆杆摆动设备，摆杆可按照工件大小，将有限位块进行固定，从而让工件能根据工序要求进行输送任务。同时，摆杆步伐式输送装置是利用整步输送为主体，工作人员为了让拉孔后能及时退回拉刀，要控制工件进行开启和关闭工作，所以工位要具有整步输送功能和半步输送功能。假设在摆杆上面双端有2块输送挡块，用a、b表示。在整步输送时，是完全利用b 挡块来完成输送工件的工作，而a挡板通常是安装在半步输送工位；当半步输送时，a会进行顺时针旋转。当旋转到某一位置时，要将摆杆返回原位；当发现相反情况时，要将其逆时针旋转，且转到特定位置，再退回摆杆。此外，工作人员要结合现场实际情况控制摆杆直径，如50mm、40mm、70mm、60mm等；而杆孔直径则可控制在45mm、40mm、35mm、25mm 范围内，输送速度为50m/min。由于增加了摆杆摆动，其结构与棘爪步伐而言较为复杂，一般应用于一些携带随性夹具、输送步距大、输送精度高的自动线［3］。

3 返回方式

通过分析上面两种不同的输送方式发现，工作人员想要让自动线工作能根据要求进行工作，就必须在随行夹具完成首次工作流程后，要将其退到起始位置。同时，要按照随行夹具返回位置不同可分为下面几种。

3.1 上方返回

上方该返回装置通常安装在自动线上方，在自动线先后位置安装升降装置，将升降装置作为整个随行夹具，合理利用液压作为装置运行的主要动力，而当夹具在空中进行返回后，该装置会根据自身的重力在倾斜滚道上正常运行。同时，个别自动线在不同滚道范围具有多样化倾斜角，并且容易将最后阶段做的比较平坦，从而降低达到终点的冲击力。该种返回方式具有工作安全性能高、结构简单、节约厂房面积等特征，一般应用在中小杂件自动线上，但由于其需要占据较高的空间高度，很少应用在线上有立式机床［4］。

3.2 平面返回

平面返回是将返回输送和输送全部归纳在同一水平，这里的返回驱动并未有严格要求，可使用液压式也可利用链式。通常会使用长线用链式，其自身具有输送距离长、结构简单、工作性能强等优点；而液压驱动返回装置通常应用在输送距离较短区域，其工作可靠性较低，与链式具有一定差异，甚至会出现漏油，从而给环境带来严重污染。同时，该种平面返回式虽然往往需要应用较宽生产面积，但其在维护维修等方面具有较强便利性，通常被工作人员应用到中等重量、中等尺寸的随行夹具。

3.3 侧上方返回

与前两种返回最大的区别在于，侧上方返回的随行夹具在自动线首尾处的斜上方。其特点是将返回滚道安装在厂房立柱上，能合理应用立柱附件厂房面积；线上一旦设计立式2 设备，也不会给随行夹具返回造成任何影响，但值得注意的是，其需要建设一套夹具斜向升降装置。

3.4 自动线下部返回

该种布置方式是针对机床底座内部返回，能有效减少随行夹具数量，一般应用在相同加工循环内，能有利于机床进行反复输送。并且该种返回方式具有外观精美、结构严谨等优点，但同时其具有底座刚性差、维修难高等缺点，而自动线排屑装置在其中安装自动线设备，两者间存在严重的相互矛盾问题，导致该返回方式应用范围较窄。而在正常情况下，小型自动线常用输送方式有履带式，其返回和输送都是利用一套减速器来完成，为确保随行夹具能准确定位，对间歇机构的运动精度和随行夹具位置提出更高要求。

4 托盘式输送装置

托盘式输送装置属于移动步伐式输送装置，无法进行直接输送。而托盘是在平板上安装输送工件定位杆，再将托盘安装在步伐式输送带中，确保两者能够保持同步运动，一旦托盘收缩，代表加工完成，会将工件输送到指定加工工位上，再通过机械手将工件输送到指定位置（如图1所示）。该种输送方式对每个工位定位提出更高要求，所以工作人员要严格按照要求来调整定位夹紧方式，有利于帮助其尽快适用加工中某些特殊要求，还能发挥多件输送、成套输送等功能，这对于提升生产线生产效率具有非常重要的作用。由于在加工过程中，工件往往安装在机床固定家具方面，因此对加工精度和定位精度提出较高要求，且要具备较强的排屑条件，也有利于使用自动上下料装置，提高自动化水平。但由于该套装置结构非常复杂，给维修工作和观察工作带来一定难度，进而给使用效果带来严重影响［5］。

图1 托盘式输送装置

5 机械手输送装置

在工件被推到供料站物料台后，机械手输送装置会开展相关操作。在完成抓取动作后，把步进电机驱动机械手装置往加工站物料台正前方的方向移动，压到限位，并在加工站物料台上放置工件。等到系统接收加工信号后，机械手输送装置要执行相关操作，并把机械手输送装置逆时针旋转90°，由装配站往分拣站运送工件，在到达分拣站传送带上方入料口，压到限位后，放下工件，并执行操作，返回原点。该装置作为自动生产线实验装置中输送单元的主要机构，主要是以可编程序控制器为核心，性能可靠、结构紧凑。

根据机械输送手的控制要求，对于状态转移来讲，由前一个动作转换为下一个动作，主要是凭借传感器的检测信号来决定的。另外，针对需要输出驱动步进电机的高速脉冲来讲，PCL 要使用晶体管输出型。关于机械手的输送控制，其需要输入很多输出点，从输入信号上看，包括各构件的传感器信号、指示灯模块的开关主令信号等；从输出信号上看，包括输出到机械手装置各电磁阀的控制信号。

在很多情况下，机械手和滚道、滑道传送带相互结合，从而开展盘类、轴类型工件的输送，而下面则主要阐述机械手在轴类加工自动线方面的应用，即是完成装卸工作的同时，完成输送工件任务。例如，在北京某厂的转向蜗杆加工自动线就是使用该输送装置，机械手能有效完成沿工件轴向移动、手爪夹、松工件、绕垂直轴、手臂上下移动等运动，每种运动都需要用一个油缸来进行，转为可利用回转油缸，也可使用移动油缸齿轮来完成（如图2所示）。这种输送方式利用一套机械手来进行上下料工件输送任务，能完成较难的动作。但同时，很多厂在使用过程中发现存在下面几个问题：结构复杂、可靠性差、刚度低、输送精度低，一般应用于机床上方装卸的盘类工件和轴类工件［6］。

图2 机械手输送装置

6 结语

综上所述，目前，我国应用摆杆步伐式输送装置运输工件已取得一定成效，如从某两个工厂统计数据来看，总共有超过60 条输送装置的自动线，很少出现输送装置故障。该装置结构紧凑、性能可靠、操作方便，同时，打破了传统生产线体积大、噪音大、运行不稳定、接线复杂的局限。因此，在正常环节节拍大于2分子、输送位置误差允许大于2mm，则可使用此类输送装置。而机械手运输装置则应用在专能机床联成的自动线上，如汽车变速箱第一轴、圆盘齿轮等，其由于刚性较差无法进行正常工作，因此，工作人员应提高对该装置的重视程度。