六模冷墩機換模輔助機械手系統的製作方法

2023-09-20 08:18:25 1

本發明涉及六模冷墩機換模輔助機械手系統。

背景技術：

目前，隨著國家經濟的飛速發展，社會對緊固件和異形件的需求日益擴大。緊固件和異形件是國家戰略基礎機械元件，冷墩工藝是加工這類零件的主要方式，由於冷加工通常需要幾十、幾百噸的力，所使用的模具通常也比較沉重，冷墩部位結構複雜，模具更換的空間狹窄，導致手動換模勞動強度大，容易損壞整機的其他關聯零件，模具更換周期長，一般要2名以上熟練工人合作半天以上才能完成，而且由於工人技術熟練程度不同影響裝配精度，工人自身也容易受傷。例如dbp206冷墩機使用的單個模具質量就超過40kg，動模和定模之間最大的距離不超過700mm,且冷墩機實現冷墩動作部位結構複雜，組成零件超過千個。而如何實現低成本，高精度，高效率，安全換模一直都是困擾冷墩機換模工作的問題。國內目前還沒有專門針對冷墩機快速、安全換模機械手產，相關的專利和論文成果也不多。例如，《裝備》期刊發表了一種多工位冷鐓成形機專用離線換模裝置，將模具和型腔組成一個部件，實現一次換模。但是這種結構需要很高的加工精度，而大件高精度加工成本很高，且接觸面精度也容易損壞，而冷墩機模具安裝精度達到2絲以下，所實現較困難。

技術實現要素：

為了克服技術背景的不足，本發明公開了一種六模冷墩機換模輔助機械手系統。不僅可以快速換模，還可以確保高精度和安全。為解決上述問題，本發明所採取的技術方案是：一種六模冷墩機換模輔助機械手系統，包括設置在冷墩機一側的大臂、在大臂上端且其懸臂端上下擺動設置的小臂、在水平面轉動且設置在小臂懸臂端下方的主抓手、以及在主抓手上水平伸縮設置且用於夾持模具的次抓手；次抓手位於冷墩機型腔上方。

大臂包括安裝在冷墩機上的主立柱、設置在主立柱上的中間連接柱、下部轉動或固定設置在中間連接柱上部的旋轉連杆、兩個平行設置在旋轉連杆頂部的第一u型座內的轉動軸、以及相互平行且根部套裝在相對應的轉動軸上的大臂長連杆與大臂短連杆；大臂長連杆位於大臂短連杆的正上方，大臂長連杆的根部露出於第一u型座，在大臂長連杆的根部下端以及中間連接柱上分別設置有連接支耳，在兩個連接支耳之間設置有限位彈簧；小臂包括連接杆、水平設置在連接杆下方的小臂主梁、以及設置在連接杆下端軸與小臂主梁之間的推力軸承；在連接杆的第二u型座內插裝有兩個平行的連接銷軸，連接銷軸與第二u型座通過銷軸螺母背緊連接；大臂長連杆的首部以及大臂短連杆的首部分別套裝在相對的連接銷軸上；大臂長連杆與大臂短連杆與所述兩個連接銷軸的兩個交點以及大臂長連杆與大臂短連杆與所述兩個轉動軸的兩個交點，這四個交點連線在豎直平面形成平行四邊形結構；在小臂主梁下端設置有連接轉軸，在連接轉軸與小臂主梁之間設置有推力軸承，在推力軸承上方設置有軸承端蓋，在連接轉軸上端設置有用於背緊軸承端蓋下方推力軸承的轉軸固定螺母，在設置在連接杆下端軸的下方安裝有用於背緊推力軸承的轉軸固定螺母；連接杆與連接轉軸分別豎直位於小臂主梁的左右兩端，且連接杆與連接轉軸分別位於小臂主梁的上下兩側。在大臂上設置有配電箱；在小臂主梁上懸掛有氣動扳手，在小臂主梁上設置有與配電箱電連接的三孔按鈕盒；在三孔按鈕盒上分別設置有主抓手氣動開關、次抓手氣動開關、以及氣動扳手氣源開關。次抓手包括上部與連接轉軸連接的抓手安裝架；在抓手安裝架下端設置有兩個導軌支座，在兩個導軌支座之間水平設置有直線導軌，在直線導軌水平滑動設置有直線軸承固定座，在直線軸承固定座兩側通過固定螺母連接有l型連接板，在l型連接板下端設置有旋轉夾緊氣缸安裝架，在旋轉夾緊氣缸安裝架一側設置有水平放置的旋轉夾緊氣缸，旋轉夾緊氣缸通過氣缸螺栓與氣缸螺母和旋轉夾緊氣缸安裝架連接，旋轉夾緊氣缸的活塞杆連接有聯軸器，旋轉夾緊氣缸安裝架的另一側設置有與聯軸器傳動連接的兩個同軸的夾爪安裝架，在兩個同軸的夾爪安裝架內設置有之間設置有限位套筒，限位套筒與夾爪安裝架通過螺母和螺栓連接；在夾爪安裝架上圓周陣列分布有至少三個夾爪；至少三個夾爪用於夾持模具；在夾爪安裝架與夾爪安裝架之間固定設置有圓弧導軌盤，在圓弧導軌盤與聯軸器的輸出軸之間設置有徑向軸承，在圓弧導軌盤上圓周陣列分布有至少三個圓弧軌道，圓弧軌道沿其軌道長度方向在圓弧導軌盤上沿從圓外周到軸心漸進設置；夾爪的根部分別位於對應的圓弧軌道中；主抓手包括設置在抓手安裝架一側的箱體、至少兩個水平穿過箱體的直線導軌、以及設置在箱體內且與直線導軌接觸的襯套；在箱體的兩側對稱設置有鏈板，在鏈板上豎直設置有兩個導向槽，在每個鏈板的內側均設置有兩個v型的夾爪，夾爪背面連接有穿過對應導向槽的螺栓，在鏈板外側設置有與螺栓連接的螺母與墊片；在直線導軌與鏈板之間設置有直線軸承，在所述兩個鏈板之間設置有與直線導軌平行的圓柱軸，在箱體內設置有套裝在圓柱軸上的直線軸承，在箱體一側設置有與氣缸導杆與直線導軌平行的氣缸；所述兩個氣缸反向設置，每個氣缸的氣缸導杆分別與對應的鏈板通過固定螺母連接；所述v型的夾爪用於夾持模具；所述v型的夾爪所在的軸向中心線與三個夾爪所在的軸向中心線同軸。在夾爪的一側設置有夾爪限位條。在抓手安裝架上設置有主把手。在旋轉夾緊氣缸安裝架一側設置有次把手。

採用上述方案在進行冷墩機換模時，通過輔助機械手系統可以快速、安全、可靠的實現冷墩機模具更換，即降低換模的成本，又提高換模的安全性和效率。本發明旋轉連杆的圓管端直接套在中間連接柱上，結構簡單可靠，大臂和小臂的連接方式是可以保證模具軸線始終保持水平狀態，方便裝配，為實現模具夾取和裝配所設計專用夾具中，將直線夾爪和旋轉夾爪聯合使用，既可以保證重型模具的挾持強度，又可以滿足模具安裝行程要求，引入氣動扳手既可以實現快速螺釘螺母的鬆緊，又可以控制速螺釘螺母的預緊力，多個推力軸承的使用，既可以順利實現輔助機械手臂轉動，又可以減小手臂的裝配尺寸，使用限位彈簧可以控制機械手大臂的升降。

附圖說明

圖1為本發明專利主抓手結構示意圖。

圖2為本發明專利次抓手結構示意圖。

圖3為本發明專利小臂手結構示意圖。

圖4為本發明專利大臂手結構示意圖。

圖5為本發明專利六模冷墩機換模輔助機械手系統手結構示意圖。

圖6為本發明專利夾持模具後結構示意圖。

圖7為本發明專利次抓手另一視角結構示意圖。

圖8為本發明專利大臂手另一視角結構示意圖。

具體實施方式

如圖1-8所示，如圖1所示，本實施例的六模冷墩機換模輔助機械手系統，包括設置在冷墩機一側的大臂400、在大臂400上端且其懸臂端上下擺動設置的小臂300、在水平面轉動且設置在小臂300懸臂端下方的主抓手100、以及在主抓手100上水平伸縮設置且用於夾持模具211的次抓手200；次抓手200位於冷墩機型腔001上方。大臂400包括安裝在冷墩機上的主立柱408、設置在主立柱408上的中間連接柱407、下部轉動或固定設置在中間連接柱407上部的旋轉連杆403、兩個平行設置在旋轉連杆403頂部的第一u型座內的轉動軸、以及相互平行且根部套裝在相對應的轉動軸上的大臂長連杆401與大臂短連杆402；大臂長連杆401位於大臂短連杆402的正上方，大臂長連杆401的根部露出於第一u型座，在大臂長連杆401的根部下端以及中間連接柱407上分別設置有連接支耳406，在兩個連接支耳406之間設置有限位彈簧404；小臂300包括連接杆301、水平設置在連接杆301下方的小臂主梁306、以及設置在連接杆301下端軸與小臂主梁306之間的推力軸承304；在連接杆301的第二u型座內插裝有兩個平行的連接銷軸302，連接銷軸302與第二u型座通過銷軸螺母303背緊連接；大臂長連杆401的首部以及大臂短連杆402的首部分別套裝在相對的連接銷軸302上；大臂長連杆401與大臂短連杆402與兩個連接銷軸302的兩個交點以及大臂長連杆401與大臂短連杆402與兩個轉動軸的兩個交點，這四個交點連線在豎直平面形成平行四邊形結構；在小臂主梁306下端設置有連接轉軸312，在連接轉軸312與小臂主梁306之間設置有推力軸承，在推力軸承上方設置有軸承端蓋313，在連接轉軸312上端設置有用於背緊軸承端蓋313下方推力軸承的轉軸固定螺母314，在設置在連接杆301下端軸的下方安裝有用於背緊推力軸承304的轉軸固定螺母315；連接杆301與連接轉軸312分別豎直位於小臂主梁306的左右兩端，且連接杆301與連接轉軸312分別位於小臂主梁306的上下兩側。在大臂400上設置有配電箱405；在小臂主梁306上懸掛有氣動扳手305，在小臂主梁306上設置有與配電箱405電連接的三孔按鈕盒307；在三孔按鈕盒307上分別設置有主抓手氣動開關308、次抓手氣動開關309、以及氣動扳手氣源開關310。次抓手200包括上部與連接轉軸312連接的抓手安裝架202；在抓手安裝架202下端設置有兩個導軌支座203，在兩個導軌支座203之間水平設置有直線導軌204，在直線導軌204水平滑動設置有直線軸承固定座219，在直線軸承固定座219兩側通過固定螺母218連接有l型連接板217，在l型連接板217下端設置有旋轉夾緊氣缸安裝架220，在旋轉夾緊氣缸安裝架220一側設置有水平放置的旋轉夾緊氣缸208，旋轉夾緊氣缸208通過氣缸螺栓206與氣缸螺母207和旋轉夾緊氣缸安裝架220連接，旋轉夾緊氣缸208的活塞杆連接有聯軸器221，旋轉夾緊氣缸安裝架220的另一側設置有與聯軸器221傳動連接的兩個同軸的夾爪安裝架213，在兩個同軸的夾爪安裝架213內設置有之間設置有限位套筒216，限位套筒216與夾爪安裝架213通過螺母214和螺栓215連接；在夾爪安裝架213上圓周陣列分布有至少三個夾爪212；至少三個夾爪212用於夾持模具211；在夾爪安裝架213與夾爪安裝架213之間固定設置有圓弧導軌盤210，在圓弧導軌盤210與聯軸器221的輸出軸之間設置有徑向軸承209，在圓弧導軌盤210上圓周陣列分布有至少三個圓弧軌道2101，圓弧軌道2101沿其軌道長度方向在圓弧導軌盤210上沿從圓外周到軸心漸進設置；夾爪212的根部分別位於對應的圓弧軌道2101中；主抓手100包括設置在抓手安裝架202一側的箱體109、至少兩個水平穿過箱體109的直線導軌105、以及設置在箱體109內且與直線導軌105接觸的襯套107；在箱體109的兩側對稱設置有鏈板101，在鏈板101上豎直設置有兩個導向槽，在每個鏈板101的內側均設置有兩個v型的夾爪114，夾爪114背面連接有穿過對應導向槽的螺栓104，在鏈板101外側設置有與螺栓104連接的螺母102與墊片103；在直線導軌105與鏈板101之間設置有直線軸承106，在兩個鏈板101之間設置有與直線導軌105平行的圓柱軸，在箱體109內設置有套裝在圓柱軸上的直線軸承108，在箱體109一側設置有與氣缸導杆111與直線導軌105平行的氣缸110；兩個氣缸110反向設置，每個氣缸110的氣缸導杆111分別與對應的鏈板101通過固定螺母112連接；v型的夾爪114用於夾持模具211；v型的夾爪114所在的軸向中心線與三個夾爪212所在的軸向中心線同軸。在夾爪114的一側設置有夾爪限位條113。在抓手安裝架202上設置有主把手201。在旋轉夾緊氣缸安裝架220一側設置有次把手205。

如圖1-8，作為詳細描述，本發明主要包括主抓手100、次抓手200、小臂300、大臂400、氣動扳手305，氣動控制器等部件。大臂400一端連接冷墩機，大臂400另一端連接小臂300，在小臂300的另一端下端連接次抓手200，主抓手100安裝在次抓手安裝架202上。氣動控制器安裝在小臂主梁306上，氣動扳手305放置在小臂主梁306一側。

主抓手100包括鏈板101、水平設置的直線導軌105、直線軸承106、襯套107、直線軸承108、箱體109、氣缸110、氣缸導杆111、導杆固定螺母112、夾爪限位條113、夾爪114。夾爪114通過螺母102、墊片103、螺栓104與鏈板101相連，鏈板101通過直線軸承106與直線導軌105相連，鏈板101對稱布置在箱體109前後兩側；直線導軌105通過襯套107與箱體109相連；氣缸110對稱布置在箱體109左右兩側，鏈板101通過氣缸導杆111和導杆固定螺母112與氣缸109相連，在氣缸110伸縮運動時，帶動箱體109前後側鏈板101同步運動。

其中夾爪在鏈板上的位置可以在一定範圍內調整；夾爪限位條113通過若干螺母、若干墊片和若干螺栓與夾爪連接，夾爪限位條113的一側面與夾爪的一測面接觸。

本發明在夾取模具時，先調整夾爪114與模具211的相對位置，使夾爪114對稱線與模具211軸線重合，按下主抓手氣動開關308，對稱布置氣缸110帶動氣缸導杆111做收縮運動，牽連鏈板101沿著直線導軌105做相向運動，兩連板101之間距離縮小，從而牽連夾爪114夾緊模具211。在鬆開模具時，按下主抓手氣動開關308，對稱布置氣缸110帶動氣缸導杆111做伸展運動，牽連鏈板101沿著直線導軌105做反向運動，兩連板101之間距離增大，從而牽連夾爪114放開模具211。

所述次抓手200包括主把手201、抓手安裝架202、導軌支座203、直線導軌204、次把手205、氣缸螺栓206、氣缸螺母207、旋轉夾緊氣缸208、徑向軸承209、圓弧導軌盤210、夾爪212、夾爪安裝架213、螺母214、螺栓215、限位套筒216、l型連接板217、固定螺母218、直線軸承固定座219。主把手201與抓手安裝架202連接，導軌支座203對稱安裝在抓手安裝架202上，直線導軌204與導軌支座203過盈配合，l型連接板217通過直線軸承固定座219在直線導軌204滑動，次把手205焊接在l型連接板217上，旋轉夾緊氣缸安裝架220與l型連接板217焊接，圓弧導軌盤210的圓弧軌道與夾爪212的圓柱面相切，夾爪安裝架213通過限位套筒216與旋轉夾緊氣缸208相連接，夾爪212與夾爪安裝架213移動副間隙配合。

次抓手通過抓手安裝架與連接轉軸焊接在一起，主把手通過螺栓與抓手安裝架連接；若干直線導軌與直線軸承固定座軸向配合；直線軸承固定座與若干l型連接板通過若干固定螺母連接，其中若干l型連接板對稱布置在直線軸承固定座兩側，若干l型連接板與旋轉夾緊氣缸安裝架焊接；旋轉夾緊氣缸通過若干螺母和若干螺栓與旋轉夾緊氣缸架連接；圓弧導軌盤通過徑向軸承與旋轉夾緊氣缸架連接，通過聯軸器與旋轉夾緊氣缸連接；夾爪安裝架通過若干螺母、若干螺栓和若干限位套筒與旋轉夾緊氣缸架連接，其中限位套筒圓周等間距配置；若干夾爪的肩部平面與夾爪安裝架上的直線軌道間隙配合，夾爪圓周等間距配置。

旋轉夾緊氣缸安裝架220與l型連接板217焊接，旋轉夾緊氣缸208安裝在旋轉夾緊氣缸安裝架220上，圓弧導軌盤210通過聯軸器221與旋轉夾緊氣缸208轉軸連接，圓弧導軌盤210的圓弧軌道2101與夾爪212的根部圓柱導向端相內切，夾爪安裝架213通過限位套筒216與旋轉夾緊氣缸208相連接，夾爪212與夾爪安裝架213移動副間隙配合。夾爪212的圓柱導向端在圓弧軌道2101內做靠近或遠離旋轉夾緊氣缸208軸心的運動。

在夾取模具時，主抓手100夾緊模具211後，通過牽引次把手205，夾爪212與模具211水平相對合適夾持位置，按下次抓手氣動開關309，旋轉夾緊氣缸208做逆時針轉動，通過聯軸器221帶動圓弧導軌盤210做定軸轉動，從而帶動夾爪212沿著夾爪安裝架213直軌道做向心收縮運動，從而夾緊模具。

在鬆開模具時，主抓手100鬆開模具211後，按下次抓手氣動開關309，旋轉夾鬆開缸208做順時針轉動，通過聯軸器221帶動圓弧導軌盤210做定軸轉動，從而帶動夾爪212沿著夾爪安裝架213直軌道做向外擴展運動，從而鬆開模具，然後通過牽引次把手205將次抓手牽引到水平相對合適距離。

所述小臂300包括連接杆301、連接銷軸302、銷軸螺母303、推力軸承304、小臂主梁306、連接轉軸312、軸承端蓋313和、轉軸固定螺母314和315。連接杆301一側通過若干連接銷軸302，連接杆301下端軸通過推力軸承304、推力軸承、軸承端蓋、轉軸固定螺母314、轉軸固定螺母315、銷軸螺母303與小臂主梁306連接，在運動的過程中小臂主梁306上平面始終保持與連接杆301的聯結軸軸線垂直，連接轉軸312通過轉軸固定螺母314、推力軸承、軸承端蓋313和小臂主梁306連接；由於連接轉軸312軸線始終垂直小臂主梁306上平面，從而保證模具軸線在挾持狀態始終保持與小臂主梁306上平面始終保持平行，軸承端蓋313和銷軸螺母303配合使用，控制模具與小臂主梁306的高度差始終為定值。

在實現模具空間轉移的過程中，在主把手201的牽引下牽引轉手運動，從而牽引連接轉軸312做圓周運動，同時牽引小臂主梁做空間運動。

進一步說，小臂通過連接杆、若干連接銷軸和若干銷軸螺母連接在大臂上；連接杆另一側通過若干推力軸承、軸承端蓋和轉軸固定螺母與小臂主梁連接，其中推力軸承對稱布置小臂主梁配合軸的兩端面，實現小臂主梁繞連接杆軸端的圓周水平運動，軸承端蓋和轉軸固定螺母的配合使用限定小臂主梁相對連接杆的豎直高度；小臂主梁的另一端推力軸承、軸承端蓋和轉軸固定螺母與連接轉軸連接，實現連接轉軸繞小臂主梁的圓周水平運動，軸承端蓋和轉軸固定螺母的配合使用限定連接轉軸相對小臂主梁的豎直高度；連接轉軸與抓手安裝架焊接在一起。

所述大臂400包括大臂長連杆401、大臂短連杆402、旋轉連杆403、限位彈簧404、配電箱405、連接支耳406、中間連接柱407、主立柱408。

大臂長連杆401與大臂短連杆402平行連接在旋轉連杆403和連接杆301，在實現大臂擺動時旋轉連杆403的上端面和連接杆301的上端面始終保持平行。

大臂400一端連接小臂300，小臂300的另一端連接次抓手200，主抓手安裝在次抓手安裝架上。在運動過程中同，通過按動不同的氣動開關實現氣源地供給斷開，通過主把手的牽引運動實現機械手的大距離空間運動，通過次把手的牽引運動實現模具裝入和拉出型腔。

主立柱408與冷墩機螺栓連接，主立柱408與中間連接柱407同軸線焊接，旋轉連杆403同軸套裝在中間連接柱407上，大臂長連杆401、大臂短連杆402通過連接銷軸302、銷軸螺母303與旋轉連杆403連接，限位彈簧404連接大臂長連杆401和旋轉連杆403。在小臂300的牽引運動作用下，大臂400做繞中間連接柱407軸線的圓周運動和繞連接銷軸302軸線擺動，通過限位彈簧404來限制大臂400的擺動角度。

氣動扳手通過進氣管路與氣動扳手氣源開關連接。氣動扳手閒置時放置小臂主梁的一側面盛放架上。

氣動控制器包括三孔按鈕盒、主抓手氣動開關、次抓手氣動開關、氣動扳手氣源開關和其他若干氣動元件。主抓手氣動開關通過進氣管路與主抓手氣缸相連；次抓手氣動開關通過進氣管路與旋轉夾緊氣缸相連；氣動扳手氣源開關通過進氣管路與氣動扳手相連；三孔按鈕盒與小臂主梁的一端通過螺栓來連接

冷墩機換模流程：分兩步，第一步是將冷墩機上的模具取下放置一邊，第二步是將備換模具裝入冷墩機，具體操作流程如下：

第一步，從冷墩機上取下模具。從小臂主梁306一側取下氣動扳手305，按下氣動扳手氣源開關310，用氣動扳手305將冷墩機模具型腔上用來固定模具的緊定螺釘擰松合適行程，再將模具限位塊和限位塊緊定螺釘擰松取走，再將氣動扳手305放在小臂主梁306一側。通過牽引主把手201將次抓手200牽引到合適位置，通過次抓手205微調調整夾爪212與模具211的合適挾持距離，按下次抓手氣動開關309，旋轉夾緊氣缸208帶動圓弧導軌盤210做逆時針圓周運動，牽連夾爪212沿著夾爪安裝架213直軌道做向心收縮運動，從而夾緊模具211，牽引次抓手205做直線運動，將模具大部分牽引出冷墩機型腔，按下主抓手氣動開關308，對稱布置氣缸110帶動氣缸導杆111做收縮運動，牽連鏈板101沿著直線導軌105做相向運動，兩連板101之間距離縮小，牽連夾爪114夾緊模具211，將模具完全牽引出冷墩機型腔001，牽引主把手201將模具轉移到盛放架，按下主抓手氣動開關308，對稱布置氣缸110帶動氣缸導杆111做伸展運動，牽連鏈板101沿著直線導軌105做反向運動，兩連板101之間距離增大，從而牽連夾爪114放開模具211。主抓手100鬆開模具211後，按下次抓手氣動開關309，旋轉夾鬆開缸208做順時針轉動，通過聯軸器221帶動圓弧導軌盤210做定軸轉動，從而帶動夾爪212沿著夾爪安裝架213直軌道做向外擴展運動，從而鬆開模具，然後通過牽引次把手205將次抓手牽引到水平相對合適距離，完成取下面具動作。

第二步，通過牽引主把手201將主抓手100牽引到合適位置，按下主抓手氣動開關308，牽連夾爪114夾緊模具211，通過次抓手205微調調整夾爪212與模具211的合適挾持距離，按下次抓手氣動開關309，從而夾緊模具211，牽引主把手201將模具轉移到距離冷墩機型腔合適距離，調整模具211的空間位置，使其軸線與型腔軸線重合，緩慢牽引主把手201將模具部分裝入冷墩機型腔，按下主抓手氣動開關308牽連夾爪114放開模具211，牽引次抓手205做直線運動，將模具裝入冷墩機型腔合適距離，按下次抓手氣動開關309鬆開模具211，然後通過牽引次把手205將次抓手牽引到水平相對合適距離，從小臂主梁306一側取下氣動扳手305，按下氣動扳手氣源開關310，用氣動扳手305將冷墩機模具型腔上用來固定模具的緊定螺釘擰緊合適行程，再將模具限位塊和限位塊緊定螺釘擰松裝入冷墩機，再將氣動扳手305放在小臂主梁306一側，完成模具裝配動作。