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1、自动送料机构的创新设计摘要：本文介绍了一种在数控机床上应用的与机械手相配合的自动送料机构的设计。我们都知道，在自动化的生产中机械手能代替人完成简单但重复的动作，本机构的目的就是将棒料进行筛选，送到指定的位置供机械手抓取，机械手再将工件安装在机床上进行加工，从而完成机床的自动送料。本装置由汽缸驱动，带动上下运送棒料的Y型槽，再带动一个由杠杆制成的棒料分离机构。在相似的产品中结构相对比较简单，但完成了预定的工作目的。虽然没有制成实物，但作为与特定机械手配合的送料机构，还是有其应用的范围。关键词： 送料 机构设计 杠杆 Y型支架0. 引言 自动送取料机构的创新设计是本学期产品开发管理课的大作业，由我
2、们小组进行结构设计，产品建模，装配分析等。小组成员有六人：有李佳伟，虞健，杨佐，谢爱民，沈子彧和我。其他小组有做机械手的设计的，我们就做机械手的辅助机构。我们知道，机械手由程序控制，只能按指定的路径，方式来运动，所以我们制作的这个装置就是把棒料形式的工件举升到指定的位置供机械手抓取，再在数控机床上加工，我们也在网上找过资料，不过发现像我们这样的给机械手送料的机构比较少，大多数都是冲床、缝纫机等的送料机构，也都是专门的特定用途的送料机构。所以我们在吸取前人经验的基础上自己设计，并从几个预选方案中选出了这个机构，相对来讲，在实现特定的目的的情况下其结构简单，并且我们在Y型槽上有创新，让其能够满足变
3、截面棒料的送料要求。动力来源于汽缸，汽缸的动作控制和机械手相配合，可以满足加工生产过程的自动化，自动化是机械发展的一个必经阶段，包括机电一体化在内的自动化是我们要追求的目标，我们的自动送料机构正是在这个目的下的设计成果，在实际中有其应用意义。1. 背景在接到这个题目的时候，我们首先想到了上网去查询资料，而且我们也在网上找到了类似的送料机构的结构图，如图1，图2. 资料来源：http:/ 料斗式上料机枸：在料斗内由定向机构按一定方向和顺序将工件送入输料槽中。然后由上料机构送到机床上的加工位置。有的料斗上还装有剔除器。用以防止定向不正确的工件混入输料槽中。 料仓式送料机构：如图2，有的料仓还设有搅
4、动器以免工件卡住。工件由人工定向排列装入料仓。然后经输料槽由上料机构送到机床上的加工位置。除了上面两种送料机构外，我们还找到一些冲床等的送料机构。从中我们发现，大多数的机构都设有很巧妙的工件的分离机构，它们都能很好的将工件一个一个分离开来。但它们都没有提到将工件送到机床的加工位置后怎样操作，而且我们还发现这些机构适用的工件比较单一，像图1，2所示的都只能输送圆柱形同一规格的棒料，对于变截面的棒料不是很好，对于不同尺寸的工件也不能很好的输送。这些地方可以尝试进行改进。2. 正文所以在参考上述机构的基础上，结合我们组的设计要求，我们设计了如下图（图3）的与机械手相配合的自动送料机构。 图3 自动送
5、料机构1、外壳箱体 2、Y型槽 3、汽缸 4、弹簧 5、杠杆 6、输送工件斜面 7、工件 8、滑块 9、储存工件斜面A、Y型槽顶部的下止点 B、滑块顶部的上止点2.1 工作过程简介汽缸3在外部电路的控制下与机械手相互配间歇工作。在送完一个工件后，Y型槽2在汽缸3的带动下垂直向下运动，其突出端与杠杆5接触并将杠杆下压，从而另一端的滑块8将工件7顶起，滑块上表面做成有一定斜度的形状有助于将工件送到输送斜面6上，这时Y型槽2正好到达下止点，工件滚入槽中。汽缸再将Y型槽顶起，将工件送到指定的位置工机械手抓取。同时杠杆在弹簧的作用下恢复左端翘起，这时滑块8向下运动恢复原状，下一个工件滚到滑块8上。至此为
6、一个工作周期。依次循环。2.2 结构参数 在上面的机构简图中我们很容易得知其活动构件数为3，低副数为4，高副数为0，故其自由度的数目为3x3-2x4=1，满足运动的唯一性。我们设计的机构的各部分的参数由工件而定，工件参数是直径30mm60mm，长度100mm200mm。机构的主要尺寸见图4。 图4 送料机构主要尺寸2.3 尺寸的确定计算斜面都选取，这样有助于工件的顺利滚动到Y型槽中。滑块宽取30mm，因为工件的直径在30mm60mm之间，故要保证工件的最低点与滑块接触，滑块宽应至少30mm（当工件直径为60mm时恰好与其边缘接触，这时是临界最大的宽度），若大于30mm，当工件直径为30mm时滑
7、块举升工件时容易顶住其他的工件如图5所示 图5这样不仅使滑块的上升阻力大增，而且容易造成后面工件的顺序紊乱。所以将其设计成宽为30mm。这样最适的工件直径为35mm55mm。斜面的长度选取：考虑到工件可能是变截面的，如一端粗一端细的情况，这时若工件在斜面上滚动会一端运动的快，一端运动的慢，这样工件就会产生偏斜，故输送工件的斜面不能做的太长，保证其在滚动一圈左右就到达Y型槽，这样对最适的工件来讲，初取斜面长度120mm。这样对于变截面的工件，比如图6所示的工件： 图6 变截面工件则工件在斜面上滚动到Y型槽位置时的位置如图7所示： 图7 工件滚动轨迹示意图在理想的情况下（工件与斜面间没有相对的滑动
8、），计算角的大小就知道工件偏离的程度如何。图7的A点位置为末位置，初位置为刚脱离滑块时的位置。则：图7工件滚动时相当于绕O显得转动，故 ，其中由计算可知AO的长度为172.2mm，AB长为斜面的长度120mm，所以，也就是说在理想的情况下，当工件的A端到达Y型槽时，另一端与其角度呈，由于带有惯性，A端碰到外壳的壁停下来时另一端还会继续运动来矫正角度的偏差，另外当斜面比较光滑时，工件在滚动的过程中会滑动，其实际的情况比计算的要好很多，角度的误差会很小，并且还会在最后的位置矫正，故设计对变截面的工件来讲也是合理的。斜面的长度设计为120mm是合理的。杠杆的长度确定：由图3可以看出，杠杆的长度由上面
9、的斜面来确定，斜面长度已选为120mm故经计算初取140mm，支点两端各为70mm。由图4知，输送工件的斜面在滑块没有运动时比工件高20mm，故滑块的运动位移应至少为20mm，所以杠杆左端在Y型槽到底端时位移也在20mm左右（由于将杠杆端的圆弧运动转到直线运动，经计算知杠杆将位移传递到滑块时有误差2mm左右，故杠杆左端的位移大一点）。Y型槽的尺寸及结构设计：Y型槽的尺寸由工件来确定，具体如图8 图8 Y型槽尺寸示意图槽顶部宽为，与两侧壁之间有约2mm的间隙，以满足其自由运动的要求。另外，为满足变截面工件的要求，Y型槽设计成两处点接触，既采用两个叉型槽来支撑工件，并且其中一个叉形槽的高度可以调节
10、，具体结构见图9 图9 Y型支架结构图1、高度调节机构 2、橡胶套采用点接触主要为变截面来考虑，这样选用两处关键点来支撑，再配合高度的调节机构1可以保证工件在被机械手拾取时的轴线是保持水平的，这样有利于加工的方便。图9中1为高度调节机构，采用螺纹螺母的配合来实现。具体像千分尺的机构一样。其底部与支架固定，保证其螺母可以旋转但不会移动，上端在螺母的旋转时上下移动。由于是批量的机械加工，故在送料前一次调节就可以满足同一批工件的送料要求。另外在上面还可以设计一个螺钉来锁紧，防止其调节后在运料的过程中松动。图9中的2为橡胶套，主要是增大支架与工件之间的摩擦力。对于变截面来讲，由于是点接触，并且若保证其
11、轴线水平，则与支架接触的外表面是倾斜的，若没有增大摩擦的装置，可能在举升的过程中会滑下。3. 产品说明本送料机构虽然是在参考已有的机构基础上结合实际要求设计而成的，可与以往的送料机构相比尤其创新改进的地方，主要就是适应的工件尺寸范围加大了，可以在一定的范围内支持变截面棒料的送料。其Y型支架就是为变截面的棒料专门而设的，而且整体的机构比较简单。不过从另一个角度来看，这个机构还有不太完善的地方，比如1. 在储料机构的部分，可以参考图2的机构设计成料仓式的。这样可以节省储料的平面大小，而且有利于自动化加工的连续性。2. 在Y型支架的驱动力方面，由于没有实际的经验，不知道采用汽缸的效果怎么样，只是从网
12、上得知汽缸相对与液压缸来讲其适用载荷较轻，距离较远的动力传送。可汽缸由于采用空气产生动力，而空气与液体相比可以压缩，故其启动及传送过程不够稳定，不过其结构相对简单，成本较低，我们就选了汽缸。3. 在机构的壳体及一些细节，如个部分的固定连接方面没有详细来设计。4. 设计小结 这个机构是产品开发管理课上的大作业，在接到题目的三四周内设计出来的。我和同组的李佳伟负责机构的设计建模。总的来说这个机构也是在一个整体的构架下一步一步修改进得到的。这个机构我们没有做成实物来验证其真实的功能如何。作为一个设想的机构我们认为它有一定的实际意义。在设计过程中也曾遇到过一些困难，如工件的分离机构开始并没有想到与支架
13、是相互联系的，并且开始考虑到使用传感器等电器元件来控制工件的一个一个分离，这个机构是参考了网上的图1的形式并且把它改进了。Y型支架是一开始就有的想法，而橡胶套是后来加上去的。总的来说在设计的过程中学到的知识还是比较多的，同时也把学过的机械设计，机械原理等知识用到其中。不过在这个过程中仍然感到了自己的知识积累很少，且很欠缺实际的设计经验，有时候在面对一个已知功能的机构设计时脑中的相似机构没有，只能马上上网去找。但这终究是一个积累的过程。所以在以后的学习中会注意这方面知识的积累，并且尽量多去参加这样的活动，把学过的知识运用其中。参考资料1 有关机构的网上资料来源：中华机械网http:/ .2 http:/ 气压缸资料来源：http:/ 濮良贵,纪名刚等.机械设计【M】 第八版.北京 高等教育出版社 2006.5.5 孙桓,陈作模,葛文杰.机械原理【M】 第七版.北京 高等教育出版社 2006.5.