孫良龍 向德宇 李博 李鵬 魏富軍

遼寧忠旺機(jī)械設(shè)備制造有限公司，中國·遼寧 遼陽 111003

1 引言

鋁型材鋸切為指定定尺長度后需要進(jìn)行裝框。在以往的擠壓生產(chǎn)線中由人工搬運(yùn)或者人工操作吊運(yùn)設(shè)備搬運(yùn)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低。全自動(dòng)龍門裝框系統(tǒng)通過電氣控制可完全替代人工進(jìn)行自動(dòng)裝框。該系統(tǒng)中主要有兩大部分，一部分為龍門裝框機(jī)，另一部分為自動(dòng)上隔條裝置。自動(dòng)上隔條裝置是將存儲(chǔ)在隔條倉中的隔條自動(dòng)輸送至挑料下方固定位置，當(dāng)鋸后挑料將型材輸送至隔條上方后，龍門裝框機(jī)進(jìn)行抓取隔條，隔條帶動(dòng)型材，實(shí)現(xiàn)裝框功能。

2 龍門裝框機(jī)動(dòng)作及結(jié)構(gòu)分析

龍門裝框機(jī)動(dòng)作分析。根據(jù)現(xiàn)場條件目前可確定兩種運(yùn)動(dòng)形式。一種形式為三向動(dòng)作，可沿X、Y、Z軸（設(shè)定輥道來料方向?yàn)閄軸正向，挑料運(yùn)離輥道方向?yàn)閅軸正向，垂直XY平面方向?yàn)閆軸）三個(gè)方向移動(dòng)。另一種形式為兩向運(yùn)動(dòng)，只可沿Y、Z軸兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。兩種龍門裝框機(jī)的選型適用于不同工藝。對(duì)于裝框后需要對(duì)鋁型材進(jìn)行熱處理[2]的應(yīng)選擇可沿X、Y、Z軸運(yùn)動(dòng)的裝框機(jī)。對(duì)于裝框后需要運(yùn)送至包裝車間進(jìn)行包裝的，僅需要有兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)即可。由于兩種工藝所需要的料框結(jié)構(gòu)不同，即產(chǎn)生了兩種運(yùn)動(dòng)模式的裝框機(jī)構(gòu)。需要進(jìn)時(shí)效爐[3]的型材裝框，為了使鋁型材受熱均勻，每層鋁型材之間保留一定的間隙，因此其型材應(yīng)插入梳齒狀的料筐中，并且在料筐長度上需要進(jìn)行擺料。而對(duì)于直接進(jìn)包裝車間進(jìn)行包裝的，料筐直接為框架式結(jié)構(gòu)，型材可以直接以碼垛的方式進(jìn)行層層疊放。

龍門裝框機(jī)結(jié)構(gòu)，主要包含支撐框架，驅(qū)動(dòng)減速機(jī)，行走機(jī)構(gòu)，以及機(jī)械手[4]。行走裝置在X、Y水平面上行走，采用鏈輪鏈條[5]形式。升降行走結(jié)構(gòu)采用齒輪齒條方式升降。之所以在升降機(jī)構(gòu)中采用齒輪齒條結(jié)構(gòu)，因?yàn)樾枰嵘亓枯^大，并且啟停階段會(huì)受到部分沖擊。在抓取型材與碼放型材時(shí)需要升降高度精準(zhǔn)。鏈條在長時(shí)間使用后節(jié)距會(huì)加長[6]，影響精準(zhǔn)度。見圖1。

圖1 全自動(dòng)龍門裝框示意圖

在設(shè)計(jì)矩形支撐框架時(shí)，對(duì)整個(gè)行架行走支撐梁應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)[7]。重點(diǎn)校核沿Y軸方向橫梁，此橫梁支撐全部行走機(jī)構(gòu)重量[8]，所以橫梁的變形應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格控制?？捎糜邢拊治鰧?duì)橫梁變形進(jìn)行校核。如使用型材做支撐梁無法保證其撓度變形，可采用焊接形式，增加支撐板的厚度、數(shù)量來保證撓度。本設(shè)計(jì)中整個(gè)行架與型材重量可達(dá)到3000kg，對(duì)采用型材與箱型梁焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析對(duì)比[9]，選取撓度較小的箱型梁結(jié)構(gòu)。

3 自動(dòng)上隔條裝置

自動(dòng)上隔條裝置是將隔條自動(dòng)輸送至挑料下方，以便龍門裝框機(jī)機(jī)械手抓取。自動(dòng)上隔條裝置有兩部分組成，隔條儲(chǔ)存機(jī)構(gòu)以及隔條輸送裝置組成。隔條儲(chǔ)存機(jī)構(gòu)主要是可移動(dòng)料倉，料倉尺寸可根據(jù)型材尺寸以及需要存料的數(shù)量進(jìn)行設(shè)計(jì)。料倉為無底結(jié)構(gòu)，底部由兩根固定縱梁支撐隔條。在支撐梁前端有可升降托板，托板由氣缸帶動(dòng)。當(dāng)料倉向前移動(dòng)，帶動(dòng)隔條移動(dòng)至升降托板上。氣缸下降，帶動(dòng)最前排隔條下降至第二級(jí)支撐架。當(dāng)隔條下降至二級(jí)支撐后，輸送帶啟動(dòng)運(yùn)料。輸送帶為聚氨酯同步帶，在外圓面每隔一定距離設(shè)置一個(gè)擋板。距離為挑料間隔固定倍數(shù)。當(dāng)同步帶擋板旋轉(zhuǎn)至隔條位置后，擋板會(huì)自動(dòng)帶動(dòng)隔條向前移動(dòng)至挑料下方固定位置，等待龍門機(jī)械手下料。

4 工作流程

當(dāng)型材鋸切為成品后，輥道將型材運(yùn)送至縱向固定位置，挑料將型材運(yùn)離鋸后輥道至挑料末端。當(dāng)光電開關(guān)檢測到來料后，機(jī)械手下降至隔條下方一定距離，停止后小車沿X軸方向行走一定距離，保證L型鉤板凹槽與隔條對(duì)齊，當(dāng)機(jī)械手上升時(shí)，機(jī)械手首先帶動(dòng)隔條向上升，當(dāng)隔條遇到型材后帶動(dòng)型材上升。當(dāng)隔條升起至離挑料上平面一定距離后，即可橫向移動(dòng)。型材移動(dòng)至料框上方預(yù)先設(shè)定好的位置后，機(jī)械手下降。當(dāng)隔條下降至梳齒間隔空中，縱向輸送電機(jī)啟動(dòng)，將隔條放入梳齒中并下降。隔條脫離凹槽后，再縱向相反移動(dòng)一定距離后上升歸位。

在此過程中，當(dāng)光電開關(guān)檢測到型材已經(jīng)離開挑料后，PLC控制自動(dòng)上隔條裝置進(jìn)行輸送隔條，準(zhǔn)備下一次循環(huán)。需要注意的是，如果型材較短，需要按料框長度進(jìn)行縱向擺料時(shí)，節(jié)拍應(yīng)滿足需要。在下一次成品型材運(yùn)送至待料位時(shí)，機(jī)械手應(yīng)能及時(shí)就位。不能及時(shí)就位，可選用高轉(zhuǎn)速減速機(jī)變頻控制。在裝框過程中低速運(yùn)料。在空車返回時(shí)可快速返回。若整體節(jié)拍仍然滿足不了需要，在裝框與返回過程中可將橫向位移與縱向位移同步進(jìn)行，即小車可沿框架對(duì)角線迅速行走。

5 結(jié)語

在全自動(dòng)龍門機(jī)械手設(shè)計(jì)中，應(yīng)首先分析詳細(xì)工況，確定動(dòng)作流程，選取行走機(jī)構(gòu)，核算節(jié)拍，確定減速機(jī)轉(zhuǎn)速，以及齒輪、鏈輪等尺寸。根據(jù)客戶提出的運(yùn)輸能力和要求，校核其強(qiáng)度，剛度和穩(wěn)定性。保證所有傳動(dòng)部分的強(qiáng)度和可靠性。在框架的設(shè)計(jì)中，尤其注重框架的剛度與強(qiáng)度，保證在基礎(chǔ)框架的穩(wěn)定性。前期設(shè)計(jì)方案時(shí)應(yīng)充分論證可行后，即可進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)方案時(shí)，同樣需要考慮設(shè)備的自動(dòng)化方案，降低人力物力。