目前(qian)，中(zhong)(zhong)國(guo)已成為汽(qi)車產(chan)銷大(da)國(guo)，汽(qi)車工(gong)業必(bi)將成為一(yi)個長期的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)支柱產(chan)業。閥(fa)門(men)(men)(men)(men)導(dao)(dao)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)是汽(qi)車發動(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)閥(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)導(dao)(dao)向(xiang)裝置，使閥(fa)桿上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱量通過(guo)閥(fa)門(men)(men)(men)(men)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)傳遞(di)到(dao)氣(qi)缸蓋。隨(sui)著汽(qi)車銷量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增加，對(dui)閥(fa)門(men)(men)(men)(men)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)需(xu)求(qiu)也將日(ri)益增加。我(wo)國(guo)現有的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)給(gei)(gei)(gei)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)機(ji)(ji)(ji)主要(yao)(yao)包括螺旋(xuan)給(gei)(gei)(gei)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)機(ji)(ji)(ji)、振動(dong)(dong)給(gei)(gei)(gei)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)機(ji)(ji)(ji)、真(zhen)空給(gei)(gei)(gei)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)機(ji)(ji)(ji)、鏈式料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)斗給(gei)(gei)(gei)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)機(ji)(ji)(ji)、帶(dai)式給(gei)(gei)(gei)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)機(ji)(ji)(ji)等。由于閥(fa)門(men)(men)(men)(men)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)采用儲箱(xiang)(xiang)進行儲箱(xiang)(xiang)運(yun)輸，所開發的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)給(gei)(gei)(gei)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)機(ji)(ji)(ji)應與外(wai)部設備連接，因(yin)此(ci)，這(zhe)些國(guo)內外(wai)給(gei)(gei)(gei)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)機(ji)(ji)(ji)無法完成閥(fa)門(men)(men)(men)(men)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)進給(gei)(gei)(gei)。此(ci)外(wai)，閥(fa)門(men)(men)(men)(men)導(dao)(dao)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)加工(gong)比(bi)較復(fu)雜(za)，精度(du)要(yao)(yao)求(qiu)很高。在中(zhong)(zhong)國(guo)，這(zhe)類產(chan)品的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)喂(wei)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)大(da)多采用人工(gong)喂(wei)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)。調查表明，大(da)多數閥(fa)門(men)(men)(men)(men)導(dao)(dao)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)生產(chan)企(qi)業的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)重量達25×30 kg。在批量加工(gong)過(guo)程中(zhong)(zhong)，該方法存在以下(xia)問(wen)題：(1)閥(fa)門(men)(men)(men)(men)導(dao)(dao)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生產(chan)精度(du)較高，人工(gong)加料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)容易(yi)造成端面損傷，導(dao)(dao)致產(chan)品的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)缺陷(xian)率增加：(2)由于閥(fa)門(men)(men)(men)(men)導(dao)(dao)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)供不應求(qiu)，該給(gei)(gei)(gei)藥(yao)方法的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)作(zuo)(zuo)效率很低(di)，無法滿足(zu)現階(jie)段閥(fa)門(men)(men)(men)(men)導(dao)(dao)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)質量要(yao)(yao)求(qiu)；(3)對(dui)于25~30 kg的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)，人工(gong)喂(wei)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)勞(lao)動(dong)(dong)強度(du)高，周(zhou)圍(wei)環境(jing)噪聲大(da)，對(dui)工(gong)作(zuo)(zuo)人員的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)身體有一(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)危害。通過(guo)對(dui)關鍵結(jie)構的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)靜力學分(fen)析，設計了(le)一(yi)種新型(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)閥(fa)門(men)(men)(men)(men)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)自動(dong)(dong)給(gei)(gei)(gei)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)機(ji)(ji)(ji)。其操(cao)作(zuo)(zuo)簡單、安全，不僅(jin)降低(di)了(le)人工(gong)送料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)勞(lao)動(dong)(dong)強度(du)，而且大(da)大(da)降低(di)了(le)端面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)打標率，解(jie)決了(le)作(zuo)(zuo)業效率低(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)問(wen)題。

1　自動上料機的方案設計與分析

首先對(dui)自(zi)動上料(liao)機進(jin)行系(xi)統化(hua)的(de)功能分析，然后采用自(zi)上而下(xia)的(de)設計方法對(dui)其進(jin)行虛擬(ni)裝配，最后對(dui)關(guan)鍵部(bu)位做形變和(he)強度校核。

1.1　功能的分析與分解

動(dong)給(gei)料(liao)(liao)機(ji)實(shi)現的功能是在(zai)1200 mm處滿(man)足閥門(men)管道自動(dong)進(jin)(jin)料(liao)(liao)的高度，工(gong)作(zuo)(zuo)流程如圖(tu)1所示。第一(yi)，手動(dong)將紙(zhi)箱(xiang)(xiang)推到(dao)(dao)工(gong)作(zuo)(zuo)位置，第二，機(ji)械(xie)手將每個箱(xiang)(xiang)子舉到(dao)(dao)一(yi)定高度，翻轉并倒(dao)入(ru)振(zhen)動(dong)料(liao)(liao)斗(dou)，最后翻轉到(dao)(dao)水平(ping)位置，移動(dong)距離(li)將空箱(xiang)(xiang)放在(zai)預定的卸料(liao)(liao)平(ping)臺上(shang)，圖(tu)2顯(xian)示了(le)工(gong)作(zuo)(zuo)圖(tu)。該機(ji)器創新(xin)地設計了(le)一(yi)種新(xin)的進(jin)(jin)料(liao)(liao)機(ji)構，它(ta)不僅能滿(man)足預定的要求，還能滿(man)足預定的要求。同時對(dui)各類工(gong)件(jian)進(jin)(jin)行進(jin)(jin)料(liao)(liao)運輸，可(ke)達30 kg左(zuo)右，并能保證原工(gong)件(jian)的精(jing)度。此外(wai)，本機(ji)還具有(you)結構穩定、使用方便、經濟實(shi)用等特點。

通過對氣(qi)門導管(guan)自動(dong)上(shang)料(liao)(liao)機(ji)(ji)(ji)的功能結構分(fen)析，設(she)計(ji)了一(yi)種(zhong)新型(xing)三自由度的自動(dong)上(shang)料(liao)(liao)機(ji)(ji)(ji)構，并將其分(fen)解為由主(zhu)機(ji)(ji)(ji)體機(ji)(ji)(ji)構、提(ti)升機(ji)(ji)(ji)構、上(shang)料(liao)(liao)機(ji)(ji)(ji)構、橫移機(ji)(ji)(ji)構等組成(cheng)。將各(ge)子功能的相互關系確定后，下面進行(xing)功能實現的詳細構思和設(she)計(ji)。

圖1　工作(zuo)流程圖

1.2　功能的構思與設計

1.2.1　主(zhu)機(ji)體機(ji)構(gou)

圖(tu)2　工(gong)作示意圖(tu)

 主(zhu)體是整(zheng)個(ge)設備的外(wai)部結構(gou)基礎，它以(yi)(yi)有(you)序(xu)的方(fang)式連接(jie)整(zheng)個(ge)自(zi)動給料機的外(wai)部功能(neng)，以(yi)(yi)保證整(zheng)體動作(zuo)的協調性(xing)和合理性(xing)。要保證有(you)足夠的空(kong)間，使各機構(gou)的動作(zuo)不(bu)(bu)相互干擾，留有(you)空(kong)間，同時又不(bu)(bu)影響各機構(gou)內部運動的穩(wen)定性(xing)。為綜合上述要求(qiu)，主(zhu)體機構(gou)采用方(fang)鋼焊接(jie)，外(wai)表面包裹。它不(bu)(bu)僅起到整(zheng)體框(kuang)架的作(zuo)用，而且還包括升降機構(gou)安裝板、缺少材料傳感裝置、卸載平臺裝置、物料卡車導向裝置等關(guan)鍵(jian)部件。

1.2.2　上料(liao)機構(gou)

進給(gei)(gei)機(ji)構(gou)包括抓地力機(ji)構(gou)和(he)翻(fan)轉機(ji)構(gou)，它們是(shi)自(zi)動(dong)進給(gei)(gei)機(ji)實(shi)現自(zi)動(dong)進給(gei)(gei)功能的(de)關鍵(jian)機(ji)構(gou)。因此(ci)，進給(gei)(gei)機(ji)構(gou)的(de)設(she)計包括兩(liang)個動(dong)作(zuo)：機(ji)械手的(de)抓取(qu)和(he)機(ji)械手的(de)翻(fan)轉。抓地力機(ji)構(gou)采用左(zuo)右對稱抓取(qu)結構(gou)，以薄缸(gang)為(wei)動(dong)力源，直線(xian)軸承座承受箱體材料等產生的(de)徑向(xiang)力。此(ci)外，氣缸(gang)具有操作(zuo)簡單、輸出力大、動(dong)作(zuo)快、適(shi)應性強等特(te)點，能夠滿(man)足(zu)抓取(qu)機(ji)構(gou)的(de)要求，實(shi)現箱體材料的(de)抓取(qu)和(he)松開功能。

 翻(fan)轉(zhuan)機構(gou)的功(gong)能(neng)是帶動(dong)抓手(shou)機構(gou)實現超過180°的翻(fan)轉(zhuan)并且將盒料中的氣門導管從(cong)出料口中倒入振動(dong)料斗中。設計的新型上料方式完(wan)美的解決了由(you)于氣門導管數量多(duo)、重量大而帶來的端(duan)面損傷問(wen)題，整(zheng)個上料機構(gou)如圖3所示。

圖3　上料機構

抓手機(ji)構(gou)抓取盒料之(zhi)后(hou)，翻轉機(ji)構(gou)會由(you)伺服(fu)電機(ji)驅動(dong)，帶(dai)動(dong)整個機(ji)構(gou)翻轉。在工(gong)作位置標準氣(qi)缸會伸(shen)出，帶(dai)動(dong)滑動(dong)板運動(dong)，氣(qi)門導管(guan)會從出料口(kou)流(liu)出，完成(cheng)上(shang)料。

1.2.3　橫移機構

圖4　橫移機(ji)構

橫移機(ji)構是(shi)為(wei)了使上料(liao)機(ji)構完成上料(liao)之后將空盒放到卸(xie)貨(huo)臺，便(bian)于存放盒的循環使用。在運動過程(cheng)中，動作要盡量(liang)平(ping)穩且迅(xun)速，故(gu)采用氣缸作為(wei)動力來(lai)源(yuan)。整體結構如圖(tu)4所(suo)示。

1.2.4　提升機構

根據振動料斗的高度以及上料機構翻轉角度進而確定了提升機構在豎直方向上的行程，便于下一步完成盒料的上料。提升機構的負載重量約為800N，經過計算，電機需要的轉子慣量需要滿足JM>1.45×10-4kg·m2，輸出扭矩T0=2.07N·m，額定功率P=81.63W，因此選(xuan)擇安川Σ7系列的SGM7G-05AFC61伺服電機，并(bing)選(xuan)擇與(yu)之(zhi)配套的寅通RV50-15的渦輪蝸(gua)桿減速器機。提(ti)升結構如圖5所示。

整個提升機(ji)(ji)(ji)構(gou)(gou)由伺服電機(ji)(ji)(ji)及(ji)渦輪(lun)蝸(gua)桿減速(su)機(ji)(ji)(ji)1帶動提升轉(zhuan)軸3旋(xuan)轉(zhuan)，鏈輪(lun)2鏈條4將提升轉(zhuan)軸3的(de)旋(xuan)轉(zhuan)運動轉(zhuan)化(hua)為豎直方向的(de)運動，再加上線性(xing)滑(hua)動單元5進而實現了帶動上料(liao)及(ji)橫移機(ji)(ji)(ji)構(gou)(gou)6的(de)縱(zong)向運動。

1.電機及(ji)減速機 2.鏈輪 3.提升轉軸4.鏈條 5.線性滑(hua)動單元6.上(shang)料(liao)及(ji)橫移機構7.主機體

圖5　提(ti)升(sheng)機構

1.2.5　自(zi)動上料機整體(ti)結構(gou)

圖6　自(zi)動上料(liao)機

經過上(shang)(shang)述子功能(neng)機(ji)構(gou)(gou)(gou)的構(gou)(gou)(gou)思(si)與(yu)設(she)計，運(yun)用虛擬(ni)裝配原(yuan)理可(ke)將其集(ji)成設(she)計成自動上(shang)(shang)料(liao)機(ji)的整體結構(gou)(gou)(gou)。利用Soliworks建立(li)其三(san)維模型(xing)，如(ru)圖(tu)6所示。滿足(zu)上(shang)(shang)料(liao)功能(neng)的實現。

1.3　基于有限元分析的(de)翻轉(zhuan)架板形變和(he)強度校核

整個自動上料機中，運動發生較(jiao)大形變和應力集中的是翻(fan)轉(zhuan)機構的翻(fan)轉(zhuan)架板(ban)。針對(dui)翻(fan)轉(zhuan)架板(ban)做形變和強(qiang)度(du)校核，在Solidworks中完對(dui)翻(fan)轉(zhuan)架板(ban)的參(can)(can)數(shu)化建模，并(bing)與ANSYS進行(xing)無(wu)縫(feng)連接，設置架板(ban)有(you)關材料屬(shu)性參(can)(can)數(shu)和受力情況，分析結果如(ru)圖(tu)7和圖(tu)8所示。

圖7　翻轉架板位移云圖

圖8　翻轉架(jia)板應力云圖

根(gen)據位(wei)移(yi)和應力云圖，可以得到翻(fan)轉架(jia)板(ban)的變形(xing)主(zhu)要(yao)是(shi)發生在矩形(xing)口中部內側(ce)，這也與(yu)(yu)實際情況吻(wen)合(he)，最大變形(xing)量為(wei)0.929mm，變形(xing)量滿(man)(man)足使用(yong)要(yao)求。而翻(fan)轉架(jia)板(ban)的應力集中主(zhu)要(yao)是(shi)在與(yu)(yu)軸支(zhi)架(jia)接觸的位(wei)置，以及架(jia)板(ban)前(qian)端的通孔附(fu)近(jin)，最大等效(xiao)應力值為(wei)185.69MPa，翻(fan)轉架(jia)板(ban)材料為(wei)Q235，其(qi)屈服強(qiang)(qiang)度(du)為(wei)235MPa，根(gen)據第四強(qiang)(qiang)度(du)理論，顯然該最大等效(xiao)應力值遠(yuan)小(xiao)于翻(fan)轉架(jia)板(ban)的屈服強(qiang)(qiang)度(du)，應力滿(man)(man)足條件。

2　自動上料機的控制系統

在工業控(kong)制(zhi)(zhi)中(zhong)，對控(kong)制(zhi)(zhi)方案的(de)選擇(ze)，一般(ban)是在滿足所實現功能的(de)前提下，遵循“穩定、便捷”的(de)原則。結(jie)合項目(mu)自(zi)身的(de)特點(dian)(dian)和PLC具有可(ke)靠(kao)性高、抗(kang)干擾性能強、編程方便等優點(dian)(dian)，選用PLC作為控(kong)制(zhi)(zhi)器。從I/O點(dian)(dian)數(shu)、性能要求、可(ke)靠(kao)性和成本等角度綜合考慮，最終選用了(le)三菱FX-3U系(xi)(xi)列的(de)PLC。控(kong)制(zhi)(zhi)系(xi)(xi)統執(zhi)行圖如圖9所示。

圖9　控制系(xi)統執行圖

為了實時監測饋線(xian)的(de)狀(zhuang)(zhuang)態，采用(yong)觸(chu)摸(mo)屏和PLC進(jin)行雙(shuang)向通(tong)信。通(tong)過觸(chu)摸(mo)屏，可以(yi)在不同的(de)工作過程中設置(zhi)工作平臺的(de)速(su)度和位(wei)置(zhi)，并在觸(chu)摸(mo)屏上實時顯示速(su)度和位(wei)置(zhi)。指示燈(deng)用(yong)于顯示饋線(xian)的(de)狀(zhuang)(zhuang)態，綠(lv)燈(deng)亮(liang)時，饋線(xian)此(ci)時正常工作；黃燈(deng)亮(liang)時，表(biao)示物料缺貨或設備(bei)不正常；紅燈(deng)亮(liang)時，指示設備(bei)發生故障，此(ci)時自動產生緊急停車(che)信號，切斷電源，確保(bao)設備(bei)安全。

3　結論

氣(qi)門導管(guan)自(zi)動(dong)上料機實現了對于精(jing)密(mi)工件的(de)(de)(de)自(zi)動(dong)上料，減輕了工作人員(yuan)的(de)(de)(de)勞(lao)動(dong)強度(du)，降低了企(qi)業(ye)的(de)(de)(de)勞(lao)動(dong)力成本，大大提高(gao)了工作效率。所(suo)設計的(de)(de)(de)新型送料機構(gou)解決(jue)了企(qi)業(ye)在(zai)手動(dong)送料方(fang)面面臨的(de)(de)(de)一(yi)系(xi)列問題(ti)，彌補(bu)了國(guo)內外(wai)閥(fa)門管(guan)道等精(jing)密(mi)工件進給機的(de)(de)(de)差距，具(ju)有較強的(de)(de)(de)適用(yong)性，具(ju)有一(yi)定的(de)(de)(de)實際意義和實際應用(yong)價(jia)值。雖然(ran)該(gai)設備(bei)(bei)的(de)(de)(de)研制實現了精(jing)密(mi)工件進給的(de)(de)(de)自(zi)動(dong)化，但仍(reng)然(ran)存(cun)在(zai)兩(liang)個主要問題(ti)：一(yi)是與企(qi)業(ye)生產(chan)線的(de)(de)(de)連接(jie)還(huan)存(cun)在(zai)一(yi)些問題(ti)，如存(cun)儲(chu)盒的(de)(de)(de)加工不(bu)(bu)足；二是在(zai)效率方(fang)面，由于與該(gai)設備(bei)(bei)相對應的(de)(de)(de)無心(xin)磨床拍(pai)頻不(bu)(bu)高(gao)，設計速(su)度(du)不(bu)(bu)太快，不(bu)(bu)同設備(bei)(bei)的(de)(de)(de)設計速(su)度(du)也不(bu)(bu)太快。在(zai)后期，通過修改設備(bei)(bei)人機界面的(de)(de)(de)相關參(can)數，可以替代速(su)度(du)，實現對不(bu)(bu)同設備(bei)(bei)的(de)(de)(de)適用(yong)性。解決(jue)這一(yi)問題(ti)的(de)(de)(de)關鍵在(zai)于PLC的(de)(de)(de)開發和程序的(de)(de)(de)修改。