基于多个气缸驱动的叶片自动压型机械手设计与应用.pdf

Hydraulics Pneumatics&Seals/No.3.2024doi:10.3969/j.issn.1008-0813.2024.03.014基于多个气缸驱动的叶片自动压型机械手设计与应用陈禄（蚌埠液力机械有限公司，安徽蚌埠2 3 3 0 3 0）摘要：采用人工进行冲压作业会存在安全隐患，劳动强度大的问题；对于轻型的叶片冲压作业，购买关节机器人进行自动上下料存在效率低，成本高的问题。为解决以上问题，利用气缸驱动，巧妙实现了叶片的自动送料、压型和取料的作业，以较低的成本实现叶片自动、高效的冲压作业。关键词：气缸；叶片；压型；自动化中图分类号：TH138Design and Application of an Automatic Blade Pressing Manipulator(Bengbu Hydraulic Machinery Co.,Ltd.,Bengbu 233030,China)Abstract:Using manual stamping operations can pose safety hazards and high labor intensity issues;For lightweight blade stampingoperations,purchasing a joint robot for automatic loading and unloading poses problems of low efficiency and high cost.This article cleverlyrealizes the automatic feeding,pressing,and picking of blades using cylinder drive,achieving automatic and efficient stamping operations ofblades at a lower cost.Key words:air cylinder;blade;compression molding;automation0引言随着自动化控制技术的发展，自动化加工逐渐普及，如桁架机械手、关节机器人、加工中心等自动化设备不仅将劳动者从繁重的作业中解脱出来，而且很大程度提高了加工效率,保证产品一致性。然而对于一些轻型叶片的冲压作业由于节拍快，设备成本低等原因仍然采用人工作业。为了消除人工作业安全隐患，降低劳动强度必须引进一种成本低，节拍快的叶片自动冲压方案。大部分生产厂家都配备压缩空气，取用方便，而气缸作为执行元件具有成本低、传动简单、可靠、控制方便的特点。气缸经过和其他机构的组合，能够很好地代替人工作业。本研究基于多个气缸驱动设计的叶片压型机械手能够快速的实现叶片的送料、压型、取料和码垛,能够以很低的成本实现叶片快速自动压型。收稿日期：2 0 2 3-0 4-13作者简介：陈禄（19 8 9-）,男,安徽阜阳人，工程师，学士，主要从事自动化设备、液压机械设计与工艺研究。文献标志码：A文章编号：10 0 8-0 8 13(2 0 2 4)0 3-0 0 7 9-0 4with Multiple CylindersCHEN Lu1手工压型作业叶片有叶片板通过简单模冲压成型，前期完全依赖手工作业，作业过程如图1所示。叶片冲压成型首先要有工人将叶片板放入下模，偶尔有叶片板在下模位置摆放不准确仍需要工人用手进行扶正，此时如果79右手送入叶片板脚踩脚踏板否上下模合模压型是脚松开脚踏板否正下模分离是左手取出叶片摆放整齐图1手工叶片压型作业流程液压气动与密封/2 0 2 4年第3 期脚不能及时停止踩脚踏板容易挤压到手。待叶片板正确放置到下模后工人用脚踩下脚踏板从而控制上模下压完成叶片压型，待叶片压型后脚松开脚踏板上模起升，人员取出压型完成的叶片并摆放整齐。作业过程中送入叶片和取出叶片时手位于上下模具之间存在较大的安全隐患。对于连续生产的工厂，工人每天要压型6 0 0 0 片叶片，劳动强度很大，手容易被较薄的叶片划伤,鉴于以上情况强烈要求能够开发一款自动压型装备实现叶片自动压型作业。2叶片压型机械手设计2.1叶片压型机械手设计思路通过对工人作业过程进行细致观察，对工人的作业动作进行分解并逐渐有机构代替，得到4个机构，如图2 所示。作业过程如图3 所示送料机构将叶片板送人下模，触发脚踏机构控制油压机下行合模压型,压型完成后上模抬升，机械手取走已压型的叶片，整理机构将压型后的叶片码放整齐，从而完成了自动压型作业。且送料板后退的速度较为平缓，避免突然撤离导致叶片板反弹，位置变动。右手送入叶片板脚踩脚踏板上下模合模压型是脚松开脚踏板否上下模分离是左手取出叶片摆放整齐图3 叶片压型机械手机构分解滑道叶片板下模料仓送料板气缸1.送料机构2.触发脚踏板机构由接近开关检测上模位置3.取叶片机构4.整理叶片机构一油压机送料机构图2 叶片压型机械手作业模型2.2口叶片自动送料机构设计如图4所示，送料机构有滑道2、料仓4、送料板5、送料气缸6 构成，作业时人工将叶片板3 放人料仓4内，料仓4的底部有大于1片且小于2 片厚度的间隙。将气缸6 与送料板5 相连，通过气缸推动送料板5 沿滑道2 向前推进从而将料仓4中的最下面1片叶片板从料仓4中推出，并能沿滑道2 向前送进，直至接触到下模的限位块，从而将叶片板3 从料仓4中分离并准确送入下模1中。为了保证叶片板在下模中准确定位，本机构采用推料机构送料后后退5 mm,然后再次推动已送入下模的叶片，确保叶片能够紧密接触定位面，而80取叶片机构整理叶片机构触发脚踏机构图4送料机构通过该套自动送料机构取代人工将叶片板送人模具，工人只需要将码放整齐的叶片板放人料仓，避免手伸人上下模具之间，消除了人工送料时可能会挤压到手的安全隐患。叶片板较薄一次可以放10 0 片即一次放料可自动作业6 min以上，工人上料后有较大空闲时间,增加作业的舒适性。送料气缸通过节流阀实现送料速度的无极调速，保证送料的稳定性，送料时间通过电磁换向阀控制比较简单,有PLC控制电磁阀的通闭就能够很好地控制送料节拍。2.3油压机触发脚踏机构设计为了实现自动压型作业，就要使油压机上模自动按照需求节拍进行下压工作，而对于很多人工作业的油压机,其控制换向的为机械式换向阀，必须通过工人用脚踩下脚踏板控制上模进行下移和抬升。为了解决机械式换向的油压能够实现在叶片板送料后自动对叶片板进行压型作业，设计了如图2 中所示有气缸驱动脚踏板的机构,该机构是由气缸与脚踏板构成连杆滑Hydraulics Pneumatics&Seals/No.3.2024块机构，通过气缸的伸出将脚踏板进行下压从而控制安全隐患。上模下行合模压型，待压型完成后通过气缸的收缩松2.5成型叶片整理机构设计开脚踏板进而控制上模开模并上行到上限位置，完成为了将已压型的叶片码放整齐，消除工人整理叶对叶片的压型。片的工作,设置了叶片整理机构。叶片整理机构是将该套机构为简单连杆滑块机构，简单可靠，加装时气缸与推板连接如图6 所示，取叶片机构将已压型的对设备无改动，去除与脚踏板连接的气缸后可以继续叶片放人整料机构内，气缸驱动推板沿导轨向前推进，采用人工作业，保持了作业的多样性。该机构通过控从而按照节拍将已压型叶片沿导轨向前推进，将已压制气缸伸出时间就能够准确的控制叶片压型时的保压型的叶片紧密的码放整齐，工人只需要将叶片放人料时间,控制叶片成形质量。通过节流阀控制气缸伸出框内即可。和收缩速度可以在一定程度控制油压机工作速度,相比于人工压型准确性和一致性更好，不会出现人工作业压型不到位,叶片成型不好的问题，更有助于保证产品质量和稳定性。2.4成型叶片取料机构设计为了将已压型的叶片取出模具，设计叶片取出机构如图5 所示，由双活塞杆气缸，步进电机，空心的手臂，电磁铁构成。叶片压型后需要从模具中取出时，手臂通过步进电机的带动旋转到模具中位于已成型叶片的正上方,双杆气缸通过收缩将手臂上的电磁铁贴合到模具中已冲压成型的叶片上，电磁铁得电吸取叶片，再由双杆气缸伸出将叶片抬起一定高度，结合步进电机的反向旋转一定角度就能够将叶片从模具中取出；气缸下降，电磁铁失电将成型叶片放置到料仓内。电磁铁步进电机叶片双杆气缸图5 取叶片机构这里采用双活塞杆气缸有效防止了活塞杆转动的问题,对起升机构进行导向增加机构的稳定性,利用了气缸行程极限位置定位准确的特点从而确保电磁铁每次都能准确的贴合到叶片，避免出现叶片因贴合不到位未能取出模具或贴合过紧损伤电磁铁和机械手臂的问题。该机构为了避免机械手过早进人模具造成撞击损伤，在模具上位设置了行程开关当检测到模具处于上位时，机械手才会进人模具。为了避免因卡滞，气压低等原因导致机械手未能从模具中移除而模具会继续下压的风险，设置了机械手移出感应，从而确保在机械手离开模具后上模才会进行下压，避免损伤设备，消除码放整齐的叶片待整理叶片推板推料气缸图6 成型叶片整理机构3叶片压型机械手应用效果将该套叶片压型机械手各机构按图2 所示位置固定到油压机上，通过PLC按照作业顺序分别控制各机构动作，依次完成叶片板送料、压型、取料、码放成型叶片从而完成叶片的自动压型作业，整个作业过程人工只需要将叶片板码放整齐放入料仓内，按下启动按钮，该套机构就能够代替人工自动完成压型作业，经测试作业节拍为3 s/件小于人工的5 s/件,该装置效率相对人工提高6 7%。该套机构单次可上料10 0 片以上，自动作业时间达6 min，人员取放叶片时间只需要1min，有5 min的空闲时间可实现1人操作多台设备，大大提高了人员的作业效率，改善人员作业的劳动强度。该套机构采用气缸驱动，各机构简单、可靠、采购费用很低，整套机构配件采购费用仅为3 0 0 0 元，以极低的成本实现叶片自动冲压作业，消除人工作业时的安全隐患，大大提高人员作业效率。4结论本研究中的自动压型机械手通过多个气缸驱动，其结构简单可靠，控制方便，只需要通过PLC按照作业顺序依次控制各气缸对应的电磁阀换向就能够很好地完成叶片的自动送料和压型作业，作业效率提高6 7%，消除人工作业时手放人模具中有被压伤的风险，降低81液压气动与密封/2 0 2 4年第3 期劳动强度,在轻型叶片自动压型中展现较好的应用效果。该套机构采购费用很低，仅为3 0 0 0 元但却能够实现较大的收益，其投入产出比和作业效率远高于采用关节机器人进行上下料。该套机构充分体现了设备进行自动化作业改造中“小、实、活、新”的优势，该机构具有体积小、结构简单、运动直观、使用方便、可靠性高、易于控制的特点，尤其是该套装置价格很低，为低成本的自动压型改造提供很好的解决方案，为轻型叶片实现自动压型提供很好的参考。参考文献1王占辉.叉车起升液压缸半自动装配台的设 J.液压气动与密封,2 0 16,3 6(11）:7 8-8 0.2钱老红.3 吨叉车倾斜液压缸气动装配台的设计与应用J.液压气动与密封,2 0 15,3 5（9)：6 0-6 2.3 唐睦。一种新型四工位钻攻组合专机J.液压气动与密封,2 0 2 0,40(10):5 4-5 6.4刘广英.PLC在油压机上的应用J.黑龙江科技信息，2008(5):7.5袁小燕.气压制动系统的管路装配及维护J.液压气动与密封,2 0 13,3 3(5):2 8,46.6安伟.基于PLC技术的油压机电气改造 J电工技术，2022(10):11-13.7陈秋一.精密气动压紧块自动装夹机构设计 J.液压与气动,2 0 10(12):2 1-2 2.引用本文：陈禄.基于多个气缸驱动的叶片自动压型机械手设计与应用 J.液压气动与密封,2 0 2 4,44（3）：7 9-8 2.CHEN Lu.Design and Application of an Automatic Blade Pressing Manipulator with Multiple Cylinders J.Hydraulics Pneumatics&Seals,2024,44(3):79-82.+2024年中国机械联专家委员会新春座谈会在京隆重召开2024年2 月2 3 日，中国机械工业联合会专家委员会（以下简称“专家委”）新春座谈会在京隆重召开。会议采用“线下+线上”相结合的方式举行。中国机械联会长、专家委主任徐念沙出席会议并讲话。中国机械联执行副会长、专家委副主任罗俊杰主持会议。机械工业老部长老领导、专家委资深委员孙祖梅、赵明生、孙昌基，专家委名誉主任朱森第，中国工程院院士、专家委特邀委员陈学东、焦宗夏，专务委员赵文成、于清笈、杨学桐、赵驰、张克林，以及专家委其他在京委员，中国机械联党委副书记薛一平、秘书长宋晓刚、副会长李奇、总经济师叶定达、总会计师段英才，中国机械联总部部门以上负责同志等8 0 余人出席现场会议。专家委名誉主任王瑞祥，副主任陈斌，专务委员蔡惟慈，中国工程院院士、专家委特邀委员杨善林、郭孔辉、黄崇祺，以及专家委部分京外委员、专家等8 0 余人出席线上会议。会上，罗俊杰副主任回顾了2 0 2 3 年专家委主要工作，并提出了2 0 2 4年专家委工作的初步设想。叶定达总经济师就2 0 2 3 年专家委重点工作之一一机械工业“十四五”规划纲要实施情况中期评估工作进行了专题报告。徐念沙会长作了题为“迎接挑战、聚力创新，为机械工业高质量发展注入新动能”的讲话，并对下一步的专家委工作进行了部署。他指出，2 0 2 3 年，机械工业坚持以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，不忘初心、坚守使命，砥砺前行、攻坚克难，以增速高于全国工业和制造业的不俗业绩，成为拉动我国经济的重要引擎，再次彰显了国民经济“压舱石”的支柱产业底气。陈学东院士提出二点建议：一是新型工业化就是新发展理念与高端、绿色、智能化高质量发展的结合，其中协调与开放、共享很重要，中机联在机械领域各行业内外协同上可以发挥更大作用，如机器人与农业机械协同推进智慧农业的进步；二是在新型工业化的背景下，专家委要思考如何解放思想，激发创新活力，以科技创新促进产业变革，推动变革性技术形成新质生产力。焦宗夏院士作为流体传动与控制领域专家，在发言中结合航空航天领域与新型工业化对基础工业的需求，强调做好军民融合、行业融合以及智库咨询的行业交叉融合的重要性。中国液气密协会杜旭东理事长和赵曼琳秘书长出席会议。杜理事长发言中提出三点建议，一是应重视工艺专业人才的培养；二是呼吁国家重点项目应有专业协会的参与，达到协同发展；三是十五五规划应与现代化强国同步，做到整体工业布局与产业链条的协同，符合新型工业化的发展要求。摘自中国液压气动密封件工业协会公众号82