CN103753523A - 热成形上下料机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热成形冲压技术，特指热成形上下料机械手。该机械手主要由水平方向的旋转机构、高度方向的升降机构、执行机构组成；其中，水平方向的旋转机构主要由旋转电机、联轴器、中心轴A、齿轮A、齿轮B、中心轴B、齿轮C、偏心丝杠组成；高度方向的升降机构主要由升降电机、联轴器、偏心丝杠、中心轴B组成；执行机构主要由机械手臂固定板、两支横向机械手臂、组合电磁吸盘、一支纵向机械手臂组成；组合电磁吸盘主要由固定螺钉、焊接螺母和电磁吸盘组成。本发明解决了高温板料或者热成形冲压件在转移过程中出现的扰度过大，散热过多，定位精度不高，夹取不便而导致的效率不高等问题从而提高转移效率和改善了转移质量。

Description

热成形上下料机械手

技术领域

本发明涉及热成形冲压技术，特指热成形上下机械手。

背景技术

热成形冲压技术作为一项新型的冲压技术，有着成形性能好，成型件强度高等优点，热成形冲压件已经在汽车行业有着广泛用；其中，热成形冲压技术的关键在于将板料放在真空加热炉中加热到八百摄氏度到九百摄氏度之间，然后转移至冲压机上成形、淬火，最后将温度在一百摄氏度到二百摄氏度的成形件从模具中取出，所以，在热成形冲压技术中有两个步骤均涉及高温的板料或者冲压件的转移：一、板料从真空加热炉转移至冲压机；二、热成形冲压件从冲压机上取出并放到指定位置；板料从真空加热炉转移至冲压机的过程中，如果采用普通机械手作为转移工具，会造成机械手夹持部位板料降温迅速，严重影响成形件的成形质量，另一方面，采用夹持方式转移板料会因为板料温度过高从而导致板料容易变形从而难以准确定位也会导致热成形冲压件的冲压质量不高；在取件过程中，普通机械手如果用于成形件的取出过程，往往因为成形件形状复杂不易普通机械手夹取而造成转移效率下降；在热成形冲压过程中由于温度因素的存在，使用普通机械手也会损坏机械手。

因此，随着热成形冲压技术在制造业上的应用和发展，实际生产需求使一种热成形上下料机械手的研制有着实际的工程价值意义。

发明内容

本发明的目的是要克服上述现有技术中存在的不足，提出一种热成形上下料机械手，它可以用于转移高温板料或热成形冲压件；该机械手的水平方向的旋转运动和高度方向的升降运动分开，机械手的伸长长度可调，两横向机械手臂之间的宽度可调，各个电磁吸盘的相对位置可调；该发明的目的旨在解决高温板料或者热成形冲压件在转移过程中出现的扰度过大，散热过多，定位精度不高，夹取不便而导致的效率不高等问题以便而提高转移效率和改善转移质量。

本发明所涉及的机械手是一种热成形上下料机械手，该机械手的结构主要包括水平方向的旋转机构、高度方向的升降机构、执行机构；该机械手的通过上述机构完成水平方向的旋转运动，高度方向的升降运动，机械手的调整运动等一系列的运动，通过各种运动的相互配合最终完成了高温板料或热成形冲压件从一个位置到另一个位置的转移。

本发明中的水平方向的旋转运动主要是由旋转电机、联轴器、中心轴A、齿轮A、齿轮B、中心轴B、齿轮C、偏心丝杠组成的运动链实现的，改变旋转电机的旋转方向即可实现机械手水平方向顺时针、逆时针的转动，以满足转移不同水平位置上高温板料或热成形冲压件的需求。

本发明中的水平旋转运动机构中，齿轮A、齿轮B和齿轮C是可以更换的。在齿轮A和齿轮B中心距不变的前提下，通过更换齿轮A和齿轮B可以改变传动比可以实现机械手不同的要求：采用传动比小的齿轮，可以控制传动的准确性，增加传动精度；采用传动比大的齿轮，可以提高转移板料的速度，提高生产效率。

本发明中的水平旋转运动机构中齿轮B和齿轮C的形状、尺寸相同，偏心丝杠的下端与齿轮B连接，偏心丝杠的上端与齿轮C连接，且偏心丝杠的轴线垂直于两齿轮的平面，以保证偏心丝杠上、下两端做角速度相同的转动，以免在偏心丝杠水平旋转过程中对齿轮B和对齿轮C的力不相等。如果偏心丝杠对齿轮B或齿轮C中的任一个的作用力过大的话，齿轮会在机械手的重复运动中受到损坏从而降低机械手的使用寿命。

本发明中的高度方向的升降运动主要由升降电机、联轴器、偏心丝杠、中心轴B组成的运动链实现的，改变升降电机的旋转方向即可实现机械手的高度方向的向上或向下移动，以满足转移不同高度上的高温板料或热成形冲压件的需求。

本发明中的偏心丝杠上开有自锁螺纹，执行机构上的相应位置也开有自锁螺纹，通过执行机构与偏心丝杠之间的自锁螺纹连接，以保证执行机构在水平方向的旋转运动和高度方向的升降运动过程中，不会轻易掉落从而避免了损伤产品和生产安全事故。

本发明中的执行机构主要由机械手臂固定板、两支横向机械手臂和一支纵向机械手臂组成，纵向机械手安装在两支横向机械手之间，机械手布置方式构成“工”字形；机械手臂固定板上开有通槽，固定螺钉带有螺纹的一端穿过该通槽与横向机械手臂相连接，调节两个固定螺钉之间的间隔就能控制两支横向机械手臂的位置，以适应夹取不同宽度的高温板料或热成形冲压件。

本发明中的机械手臂上固定有组合电磁吸盘，具体分布如下：每支横向机械手臂上各装有两个组合电磁吸盘，共四个电磁吸盘，一支纵向机械手臂装有一个组合电磁吸盘，其中，五个电磁吸盘的相对位置是可以改变，装在横向机械手臂的电磁吸盘的位置可以沿横向改变，装在纵向机械手臂的电磁吸盘可以沿纵向改变，以适应夹取不同长度和形状的高温板料或热成形冲压件。

本发明中的横向机械手由液压缸、顶出杆组成；顶出杆顶出的长度和顶出杆的运动方向由液压缸控制，通过上述部分可以调节顶出杆的顶出距离和顶出方向以完成外伸和收缩运动，以实现机械手对夹取不同距离的高温板料或热成形冲压件的转移。

本发明中的组合电磁吸盘主要由固定螺钉、焊接螺母和电磁吸盘组成；电磁吸盘的下表面与高温板料直接接触，为降低电磁吸盘的温度，电磁吸盘的外壳有耐高温材料制成并在电磁吸盘的下表面涂盖一层隔热材料；电磁吸盘上表面的中心处焊接一焊接螺母，横向机械手臂的电磁吸盘是通过固定螺钉穿过顶出杆末端的通槽与焊接螺母连接固定的，纵向机械手臂的电磁吸盘是通过固定螺钉穿过纵向机械手臂中心处的通槽与焊接螺母连接的。

本发明中水平方向上的旋转运动、高度方向上的升降运动，机械手的夹取和释放运动等运动可通过PLC控制相关机构实现的；通过机械手臂的初始位置、目标位置，计算出机械手水平方向上的进程旋转角度和回程旋转角度，高度方向上的上升高度和下降高度，顶出杆的伸出距离和收缩距离等相关参数，将这些参数通过编程输入PLC中并储存；在PLC的控制下，旋转电机、升降电机、机械手、电磁吸盘按照预定的顺序发生动作从而完成了夹取件从一个位置到另一个位置的转移。

本发明的优点：(1)水平旋转运动机构中，在齿轮A和齿轮B的中心距不变的前提下，更换齿轮A和齿轮B改变传动比，可满足对机械手的不同需求；(2)采用横向机械手、纵向机械手配合使用，可以有效防止高温板料的扰度过大，提高板料的定位精度；(3)机械手臂的伸出长度、横向机械手的宽度可调可以满足不同尺寸夹取件的夹取需求，扩大使用范围；(4)各个电磁吸盘的相对位置可调可以转移形状复杂的高温板料或热成形冲压件，解决了由于复杂形状而夹取不便、效率不高的问题；(5) 在吸盘接触的表面与高温板料之间涂盖一层传热系数低的隔热材料，降低电磁吸盘的温度保护了电磁吸盘；(6)本机械手可转移转移高温板料或热成形冲压件，也可用于转移常温高温板料或热成形冲压件，适用范围广。

附图说明

图1 热成形用机械手的主视图；

图2 执行机构的主视图；

图3 执行机构的俯视图；

图4 横向机械手臂的主视图；

图5 横向机械手臂的俯视图；

图6 纵向机械手臂的主视图；

图7 纵向机械手臂的俯视图；

图8 机械手的工作流程。

附图中：

1—旋转电机  2—联轴器  3—中心轴A  4—齿轮A  5—齿轮B  6—深沟球轴承  7—机座  8—齿轮C  9—升降电机  10—中心轴B  11—偏心丝杠  12—机械手臂固定板  13—液压缸  14—顶出杆  15—组合电磁吸盘  16—纵向机械手臂  17—固定螺钉  18—焊接螺母 19—电磁吸盘  20—上连接板  21—下连接板。

具体实施方式

由图1可知，本发明一种热成形上下料机械手的主要由旋转电机1、联轴器2、中心轴A3、齿轮A4、齿轮B5、深沟球轴承6、机座7、齿轮C8、升降电机9、中心轴B10、偏心丝杠11、机械手臂固定板12、液压缸13、顶出杆14、组合电磁吸盘15、纵向机械手臂16构成；通过上述部件的组合该机械手能完成水平旋转运动、高度方向上的升降运动、板料或热成形冲压件的磁力吸取最终实现板料或热成形冲压件的转移运动。

由图1可知，本发明一种热成形上下料机械手的水平方向的旋转机构主要由旋转电机1、联轴器2、中心轴A3、齿轮A4、齿轮B5、中心轴B10、齿轮C8 、偏心丝杠11组成；水平方向的旋转机构的结构如下：旋转电机1固定在机座7的底部，旋转电机1的轴与中心轴A3通过联轴器2连接，中心轴A3的上部通过楔形键与齿轮A4连接，齿轮A4与其右侧的齿轮B5相啮合，中心轴B10穿过齿轮B5的中心并与齿轮B5 通过楔形键连接，中心轴B10顶端通过楔形键与齿轮C8连接，中心轴B10的底端通过轴承与机座7连接，偏心丝杠 11的底端通过轴承安装在齿轮B5的右侧，偏心丝杠11穿过齿轮C8的右侧；水平方向的旋转运动的运动过程如下：旋转电机1的旋转运动通过联轴器2传递给齿轮A4做旋转运动，齿轮A4的旋转运动通过齿轮啮合的传递给齿轮B5，齿轮B5带动中心轴B10的旋转，齿轮C8做与齿轮B5的形状和大小完全相同从而使中心轴B10带动齿轮C8做与齿轮B5相同角速度的旋转运动；偏心丝杠11在齿轮B5和齿轮C8旋转力的推动作用下绕中心轴B10的轴线做旋转运动；偏心丝杠 11的旋转运动会在偏心丝杠11和执行机构连接的内孔壁产生一侧向力从而推动执行机构做旋转运动，从而实现执行机构沿某一方向的水平旋转运动，改变旋转电机1的旋转方向可实现相反方向的水平旋转运动。

由图1可知，本发明一种热成形上下料机械手的高度方向的升降机构主要由升降电机9、联轴器2、开有自锁螺纹的偏心丝杠11、中心轴B10、机械手臂固定板12组成；高度方向的升降机构的结构如下：升降电机9通过联轴器2与偏心丝杠11的顶端连接，偏心丝杠11的底端通过轴承安装在齿轮B5的右侧，偏心丝杠11采用自锁螺纹与机械手臂固定板12形成自锁连接且偏心丝杠11的轴线垂直于机械手臂固定板12的上平面，中心轴B10通过滑键与机械手臂固定板12连接；高度方向的升降运动的运动过程如下：升降电机9的旋转运动通过联轴器2转换为偏心丝杠11旋转运动，偏心丝杠11的旋转会在偏心丝杠11和机械手臂固定板12螺纹接触部分形成一高度方向的力，中心轴B10和机械手臂固定板12的滑键会阻碍机械手臂固定板12的水平方向的转动，从而使机械手臂固定板12仅能沿该力的方向运动，改变升降电机9的旋转方向可实现机械手臂固定板12相反高度方向的运动。

由图1、4、5、6、7可知，本发明一种热成形上下料机械手的执行机构主要由机械手臂固定板12、两支横向机械手臂、组合电磁吸盘15和一支纵向机械手臂16组成；其中，横向机械手臂主要由液压缸13、顶出杆14组成；两支横向机械手之间的距离，纵向机械手臂16在横向机械手上的位置，组合电磁吸盘15的位置可根据实际要求人为调节。执行机构的结构如下：机械手臂固定板12的右侧面上开有通槽，两支横向机械手臂的液压缸13的左侧面上各开有一螺纹孔，螺钉穿过机械手臂固定板12的通槽与液压缸13上的螺纹孔连接固定横向机械手12的位置，两支横向机械手臂的顶出杆14分别穿过纵向机械手臂16两侧的通槽，纵向机械手臂与顶出杆之间使用螺栓连接，四个组合电磁吸盘15两两套装在横向机械手臂的顶出杆14上，一个组合电磁吸盘15套装在纵向机械手臂16上，电磁吸盘的相对位置根据零件的形状确定；执行机构的运动过程如下：当液压缸13的左侧腔内注入液压油时，顶出杆14外伸带动横向机械手臂、纵向机械手臂以及两者上装有的组合电磁吸盘15做外伸运动；当液压缸13的的右侧腔注入液压油时，顶出杆14内缩带动横向机械手臂、纵向机械手臂以及两者上装有的组合电磁吸盘15做内缩运动。

由图2、3、5、7可知，组合电磁吸盘15主要由固定螺钉17、焊接螺母18和电磁吸盘19组成。组合电磁吸盘15的结构如下：焊接螺母焊接在电磁吸盘19上表面的中心位置使两者成为整体，横向机械手臂的电磁吸盘是通过固定螺钉17穿过顶出杆14末端的通槽与焊接螺母18连接固定的，纵向机械手臂的电磁吸盘是通过固定螺钉17穿过纵向机械手臂16中心处的通槽与焊接螺母18连接的。

由图8可知，该机械手的整个工作步骤如下：第一，根据夹取件的形状、大小调整两支横向机械手臂之间的宽度，纵向机械手臂在横向机械手臂上的位置和各个电磁吸盘的相对位置；第二，根据机械手臂的初始位置、目标位置，计算出机械手水平方向上的进程旋转角度和回程旋转角度，高度方向上的上升高度和下降高度，顶出杆的伸出距离和收缩距离等相关参数，并将上述参数输入PLC控制器中作为运动的控制参数；第三，PLC运行内部的程序获得各个机构的运动参数和运动顺序从而对各个机构的工作顺序和运动过程进行有序控制，该机械手的通过相关机构的运动完成水平方向的旋转运动，高度方向的升降运动，进而完成了机械手从调整到转移的一系列运动，最终完成了夹取件从一个位置到另一个位置的转移。

Claims (5)

1.热成形上下料机械手，其特征在于：所述热成形上下机械手包括水平方向的旋转机构、高度方向的升降机构和执行机构；水平方向的旋转机构主要由旋转电机、联轴器、中心轴A、齿轮A、齿轮B、中心轴B、齿轮C和偏心丝杠组成；旋转电机固定在机座的底部，旋转电机的轴与中心轴A通过联轴器连接，中心轴A的上部通过楔形键与齿轮A连接，齿轮A与其右侧的齿轮B相啮合，中心轴B穿过齿轮B的中心并与齿轮B 通过楔形键连接，中心轴B顶端通过楔形键与齿轮C连接，中心轴B的底端通过轴承与机座连接，偏心丝杠的底端通过轴承安装在齿轮B的右侧，偏心丝杠穿过齿轮C的右侧；高度方向的升降机构主要由升降电机、联轴器、开有自锁螺纹的偏心丝杠、中心轴B和机械手臂固定板组成；升降电机通过联轴器与偏心丝杠的顶端连接，偏心丝杠的底端通过轴承安装在齿轮B的右侧，偏心丝杠采用自锁螺纹与机械手臂固定板形成自锁连接且偏心丝杠的轴线垂直于机械手臂固定板的上平面，中心轴B通过滑键与机械手臂固定板连接；执行机构主要由机械手臂固定板、两支横向机械手臂、组合电磁吸盘和一支纵向机械手臂组成；其中，横向机械手臂主要由液压缸和顶出杆组成；机械手臂固定板的右侧面上开有通槽，两支横向机械手臂的液压缸的左侧面上各开有一螺纹孔，螺钉穿过机械手臂固定板的通槽与液压缸上的螺纹孔连接固定横向机械手的位置，两支横向机械手臂的顶出杆分别穿过纵向机械手臂两侧的通槽，纵向机械手臂与顶出杆之间使用螺栓连接，四个组合电磁吸盘两两套装在横向机械手臂的顶出杆上，一个组合电磁吸盘套装在纵向机械手臂上。

2.如权利要求1所述的热成形上下料机械手，其特征在于：组合电磁吸盘主要由固定螺钉、焊接螺母和电磁吸盘组成，焊接螺母焊接在电磁吸盘上表面的中心位置使两者成为整体，横向机械手臂的电磁吸盘是通过固定螺钉穿过顶出杆末端的通槽与焊接螺母连接固定的，纵向机械手臂的电磁吸盘是通过固定螺钉穿过纵向机械手臂中心处的通槽与焊接螺母连接的。

3.如权利要求2所述的热成形上下料机械手，其特征在于：电磁吸盘与高温板料直接接触的表面涂盖一层传热系数低的隔热材料，电磁吸盘的外壳由耐热材料制成。

4.如权利要求1所述的热成形上下料机械手，其特征在于：旋转运动机构中，在齿轮A和齿轮B中心距不变的前提下，齿轮A和齿轮B有多种组合可选，通过更换齿轮A和齿轮B可以改变传动比满足实现机械手不同的要求：采用传动比小的齿轮，可以提高传动的准确性从而提高了夹取件放置的位置精度；采用传动比大的齿轮，可以提高转移夹取件的速度从而提高了转移效率。

5.如权利要求1所述的热成形上下料机械手，其特征在于：旋转运动机构中，齿轮B和齿轮C的形状、尺寸相同，偏心丝杠的下端与齿轮B连接，偏心丝杠的上端与齿轮C连接，且偏心丝杠的轴线垂直于两齿轮的平面，以保证偏心丝杠上、下两端做角速度相同的转动，以免在偏心丝杠水平旋转过程中对齿轮B和对齿轮C的力不相等。

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