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硫化机机械手方案

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2020年4月19日
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HT099通用型上下料定位机械手用于硫化机

技
术
方
案
书

四川豪特电气有限公司
Hightech（SiChuan） CO., LTD.
12月23日

HT099通用型上下料定位机械手

公司简介
四川豪特电气有限公司与清华大学精仪系机器人与自动化实验室合作，以其技术为依托，主要从事工业机器人及自动化工程的设计制造和安装业务。
公司技术投资方杨向东博士就职于清华大学制造工程研究所，长期从事工业机器人的研究，在机器人基础理论、机构学、智能控制、图像处理、工业机器人及特种机器人产品开发方面具有较高的学术造诣，曾留学日本九州大学攻读博士，专攻工业机器人技术，并入选香港特别行政区优才引进计划。她作为主要完成人，研制中国第一台大型镗铣类数控机床，获教育部科技进步二等奖，排名第四。其与解放军总医院合作研制的肝肿瘤治疗机器人，已开始临床实验研究；并先后研制码垛机器人、焊接机器人等多种工业机器人产品。在复杂机构分析、机器视觉与图像处理、基于微分几何的机器人与非线性系统建模与分析、机器人精度分析等方面有较深入的研究。
公司现有工程设计人员31位，其中机器人专业博士2名，硕士多名，涵盖机械、电气、数控、液压、自动化、无线电等多门学科专业。当前正在投资修建工业机器人及自动化产品产研基地，配套有精密加工车间、液压车间、电气装配车间以及专家小区等，厂区占地面积超过 0m2。
公司当前主要产品有喷涂（漆）机器人、码垛机器人、装配机器人、焊接机器人及其配套自动化生产线，随着公司发展，还将逐步开展特种机器人、其它专用机器人的研发和生产工作。
公司秉承“厚德载物、自强不息”的清华校训，以精湛的技术、优质的产品、良好的服务结交各界朋友！

一、 概述
当前硫化机机械手普遍存在下述问题：
1）人工手动操作，劳动强度大，定位不准确。
2）时间长后，机械手安装臂容易变形，从而造成轮胎胚不能准确对心，还需人工调整使得工作效率下降及产品质量也不够稳定。
3）对于大批量生产，经常要调整机械手的对心，浪费大量维修时间。
HT099通用型机械手是一种双模轮胎定型硫化机机械手的优化设计，可直接应用在新机的制造上，又可用在老机的改造上，因此具有极大的推广价值和显著的经济效益。
双模轮胎定型硫化机机械手的用途是将生胎从存胎器提起送至下模上定位，充汽定型。机械手的设计是针对胚胎的形状，使其在抓胎时能形成一筒形钩爪，在中心机构的配合下，能够防止胶囊外逃和给予胶囊导向，使胶囊一边下降，一边充汽膨胀，顺利地输入内腔，进行装胎和预定型。
二、系统组成
在影响轮胎均匀性的因素中，与硫化机机械手有关的占15%左右，由此可见，机械手对轮胎质量的影响相当大，因此作为硫化机专业生产厂家，特别看重机械手的性能、质量，把机械手的改进单独立项，成立开发小组。在设计过程中，主要作了以下改进：
1、 单行程气缸改为双行程气缸。
用单行程气缸会出现以下两种情况：
①当机械手的爪片张开满足不把坯胎上缘的钢丝撑变形的尺寸收缩时，爪片容易夹住胶囊上卡盘，爪片片退出困难，若强行退出，则冲击其相关部件，造成机械手的重复精度低并影响设备的寿命。
②当机械手的爪片满足收缩能顺利从胶囊上卡盘退出尺寸张开时，又很容易把坯胎上缘的钢丝撑变形，从而影响成品轮胎的质量。
传统硫化机的机械手不能解决①、②所出现的问题，要寻求该问题的最优解，需突破常规的设计理念，把单行程气缸改为双行程气缸，即机械手放胎时，气缸走S1行程,爪片不会与胶囊上卡盘干涉，较好地保护了设备;机械手上升时，气缸走S2-S1行程，机械手抓胎时，气缸走S2行程，缩到最小，便于抓胎。
用双行程气缸能够避免出现以上①、②两种情况：
机械手的张开、闭合气缸选用国产三位部进气缸（即双行程气缸），型号：10A-5（N）SD50X40X130（带开关型）。
③当机械手的爪片收缩放胎时，气缸只走S1行程，爪片内侧与胶囊上卡盘不相干涉（此点设为B），当爪片从胶囊上卡盘退出上升收缩时再走S2-S1行程（此点设为C），从而满足下次顺利抓胎。
④当机械手的爪片抓张开时，气缸走S2行程（此点设为A），不会把坯胎上缘的钢丝撑变形，从而保证了成品轮胎的质量。
注：S1为气缸从最大行程到能顺利从胶囊上卡盘不相干涉所走行程。
S2为气缸最大行程，但又满足能顺利抓胎，完全张开时又不会坯胎上缘的钢丝撑变形的行程。
所选气缸是带开关型的。机械手的圆度、对中度、同轴度分别达到≤0.5mm,这样的精度，在同行业，处于领先地位。
3、采用T型导轨式。导轨用QT50，滑块用45#，这样，抓胎器既耐磨又稳定、可靠。
4、采用三个(六片式抓胎器)或四个(八片式抓胎器)轴承悬挂式，使转动盘转动灵活，维护、维修方便。
5、把单立柱改为双立柱，增加机械手上下运动的可靠性、平稳性。
6、整个机械手的调整均取消传统用的顶丝，在上支架上采用拖板结构，调节双立柱的垂直度，调节好后，打上定位销。提高了重复精度。
7、机械手的组成：包括自由移动的底座(1)，安装于该底座(1)上的立柱(2)，该立柱(2)上安装伸缩横梁(3)，该伸缩横梁(3)上安装该机动机械手的抓取机构(4)；所述的抓取机构(4)设置起驱动整个抓取机构动作的机械爪气动驱动中心结构(5)，该抓取机构(4)还设置执行抓取动作的机械爪组(6)，上述机械爪组(6)和机械爪启动驱动中心结构(5)之间设置机械爪组(6)的开合装置(7)。
该机械手具有能够自由移动的底座，能够非常容易的将硫化好的轮胎或者待硫化的胎胚向任意地方抓取或者移送；还巧妙的设计取胎和装胚由同一个机械手完成；同时实现了尽量紧凑而独立的控制多台组机械爪，结构简单、巧妙。
整个机械手的改进后，提高了精度，便于装配、调整、维修。
按照 《轮胎硫化机的检测方法》的有关规定执行。
机械手卡爪轴线在装胎位置与中心机构中心或下热板内孔中心的同轴度≤0.5。
装胎机构的垂直度≤0.5
抓胎器抓胎部位与下蒸汽室（热板）的平行度≤0.5。
抓胎器抓胎部位与中心机构的同轴度的重复精度≤0.2。
抓胎器抓胎部位的圆度（在400mm时）≤0.5。
三、具体实现：
1、行走小车：采用变频系统控制，实现自动对位，位置自动矫正。小车运行工艺图如下：

2、机械手臂：采用变频系统控制，实现自动对位，位置自动矫正。取胎和装胚工艺图如下:

四、系统组成及工作节拍
1、系统组成
序号
项目
规格
说明
01
移动小车
定位精：0.3mm
采用交流变频系统驱动
02
机械手上升及伸缩机构
定位精：0.3mm
采用交流变频系统驱动
03
爪子展开机收缩
定位精：1mm
采用双行程气缸
04
机械手负重
负荷＜200Kg

2、工作节拍
序号
动作
速度
说明
01
小车运行
速度≤31m/min
速度可调
02
机械手上下
速度≤30m/min
速度可调
03
机械手前伸机回缩
速度≤30m/min
速度可调
04
爪子展开及回缩
速度≤150mm/S