CN103937954A - 一种基于机器人控制的轴承套圈及套类零件自动淬火机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于机器人控制的轴承套圈及套类零件自动淬火机，其特征在于：包括RGV自动引导运输车系统、机器人及淬火设备与控制子系统，其中：待加工部件放置在RGV自动引导运输车系统的RGV小车，由RGV自动引导运输车系统实现待加工部件的自动运输；由机器人抓取RGV小车上的待加工部件并放入淬火设备与控制子系统，由淬火设备与控制子系统完成待加工部件的加热及淬火，再由机器人自淬火设备与控制子系统中取出淬火后的部件放置在RGV小车上。本发明提供了一种既能节约成本又可提高效率和淬火质量并能与企业柔性制造系统实现对接与集成的轴承内外圈自动化淬火系统。

Description

一种基于机器人控制的轴承套圈及套类零件自动淬火机

技术领域

本发明涉及一种基于机器人控制的轴承圈及套类零件自动淬火机，可实现轴承内外圈及回转套类零件的入料搬运、上料、加热、淬火和下料和出料搬运等生产过程的自动化，广泛用于轴承套圈及回转类零件淬火过程的柔性加工自动生产线，并实现工厂淬火柔性制造系统的对接与集成。

背景技术

滚动轴承是通用和专用机械的关键部件，主要由轴承外圈、内圈、滚子、保持架等组成。轴承的精度和耐磨性直接影响到机械的运动精度和寿命。要保证高轴承具有高的硬度和耐磨性，轴承套圈淬火是必不可少的环节。

目前国内不少企业为节约成本，其轴承套圈的淬火机构简陋，操作还主要有人力来完成，不符合机械制造自动化发展的要求。因此有如下弊端：

1、淬火装置易泄露：

淬火机的外置电机驱动独立的传动轴，传动轴从下面穿过淬火槽底部，传动轴和淬火水槽底部采用滚动轴承和密封圈机构驱动淬火装置，独立传动轴从水槽底部穿入，传动轴不仅承担多工位旋转任务，还要因加热、淬火两个工序而上下移动，所以安装在水槽底部和传动轴之间的轴承密封圈，因承受频繁的旋转和移动，而很容易磨损，时常发生密封失效，淬火液易从水槽和传动轴之间运动副的缝隙中泄漏，造成频繁停机，且易发生生产事故，给生产现场带来极大不便。

2、人工操作劳动强度大：

淬火的上下料作业完全采用人工操作，工人重复作业，劳动强度高，易引起加热、淬火和上下料等工艺过程的操作失误，淬火质量得不到保证，生产效率低，生产成本居高不下。

发明内容

本发明的目的提供一种既能节约成本又可提高效率和淬火质量的轴承内外圈自动化淬火系统。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于机器人控制的轴承套圈及套类零件自动淬火机，其特征在于：包括RGV自动引导运输车系统、机器人及淬火设备与控制子系统，其中：

待加工部件放置在RGV自动引导运输车系统的RGV小车，由RGV自动引导运输车系统实现待加工部件的自动运输；

由机器人抓取RGV小车上的待加工部件并放入淬火设备与控制子系统，由淬火设备与控制子系统完成待加工部件的加热及淬火，再由机器人自淬火设备与控制子系统中取出淬火后的部件放置在RGV小车上；

淬火设备与控制子系统包括盛有冷却液的槽体，槽体顶部具有至少三个开口，分别为进料口、加热口及出料口，在槽体内设有至少三个用于在其顶部放置部件的载料机构，每个开口对应一个载料机构，由驱动机构驱动各个载料机构在所有开口间循环交替转动，当某一载料机构运动至进料口位置处，由机器人将抓取自RGV小车的待加工部件放置在该载料机构顶部；在加热口附近设有加热机构，在槽体上设有提升机构，由提升机构上拨转动至出料口下方的载料机构至一定高度，使得位于该载料机构顶部的部件能够被加热机构加热，且加热完成后，由提升机构下拨该载料机构，使得位于该载料机构顶部的部件能够完全被冷却液浸没；当某一载料机构运动至出料口位置处，由机器人抓取位于该载料机构顶部的已淬火部件后放置在RGV小车上。

优选地，所述载料机构包括支撑杆，支撑杆顶部设有用于放置所述部件的承料台。

优选地，所述驱动机构包括可旋转的凸台，所有所述载料机构均设于凸台上，由主电机驱动凸台旋转。

优选地，在所述主电机的输出轴上设有主摩擦轮，在每个所述载料机构上设有上摩擦轮及下摩擦轮，当所述载料机构被所述提升机构上拨动到位后主摩擦轮与下摩擦轮相接触，当所述载料机构被所述提升机构下拨动到位后主摩擦轮与上摩擦轮相接触，所述驱动机构还包括辅助电机，辅助电机的输出轴上设有传动齿轮一，在所述主电机的输出轴上设有传动齿轮二，传动齿轮一与传动齿轮二相啮合，由辅助电机驱动各所述载料机构自转。

优选地，所述加热机构采用线圈加热机构。

优选地，所述提升机构包括气缸及设置在每个所述载料机构上的固定盘，由气缸拨动固定盘使得相应的所述载料机构上升或下降。

本发明具有如下创新之处：

第一、基于行星传动的多工位传动装置，通过电机以行星传动的方式使淬火轴承均匀转动，实现了轴承在淬火过程中的均匀转动，更使水槽中的水转动平稳，保证轴承的均匀淬火，提高淬火质量。

第二、采用电机和液压缸上位安装，通过水槽上部的动力源进行淬火机构的传动，避免了传动轴传动以及淬火工位上下移动过程中由于轴承密封圈磨损而产生的淬火液泄露，使生产现场安全整洁，提高生产效率。

第三、采用研究和开发了机械手及其控制系统，实现了淬火工艺流程与企业产业柔性自动化生产线的对接，通过PLC及步进电机自动控制淬火机构的工位移动和加热时间的自动控制，大幅度提高企业生产加工质量，并减少劳动力降低成本，促进精益生产过程。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于机器人控制的轴承套圈及套类零件自动淬火机的总体示意图；

图2为图1中的局部示意图；

图3为淬火设备与控制子系统示意图；

图4为淬火设备与控制子系统加热状态示意图；

图5为淬火设备与控制子系统取部件状态示意图；

图6为机器人示意图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

如图1及所示，本发明提供的一种基于机器人控制的轴承套圈及套类零件自动淬火机，其总共包括三个子系统，分别是RGV自动引导运输车系统1、机器人4及淬火设备与控制子系统19，其中：

待加工部件16(在本实施例中部件16为轴承)放置在RGV自动引导运输车系统1的RGV小车20，由RGV自动引导运输车系统1实现待加工部件16的自动运输；

由机器人4抓取RGV小车20上的待加工的轴承并放入淬火设备与控制子系统19，由淬火设备与控制子系统19完成轴承的加热及淬火，再由机器人4自淬火设备与控制子系统19中取出淬火后的轴承放置在RGV小车20上。

机器人4主要由机械手构成。机械手主要任务是放入轴承与取出轴承，其中取出轴承示意图如图4所示。机器人基座是一个转盘，它是此机械手控制系统中重要的运动部分。在执行不同的工序时，机器人基座与其他关节驱动器配合工作，使之能按照预定的运动规律运动。机器人手臂如图6所示。视角机器人本体子系统由机器人基座、机器人驱动机构、机器人执行机构组成。此机器人手臂由A、B、C、D、E5个转动关节形成了6个自由度，可实现X、Y、Z方向的转动与平移动作。机器人驱动机构通过伺服电机驱动来实现。机器人执行机构包括一套执行机构用来完成拿出轴承、放入轴承的动作。机器人的末端执行器由3个“手指”组成，通过气动夹紧的方式拿取轴承。

RGV自动引导运输车系统1是一种无人驾驶搬运车，可根据预先设计的程序依照车载传感器确认位置信号，即沿着规定的行驶路线和停靠位置自动行驶。生产现场采用自动引导小车控制半成品的发放与成品的收回。

结合图2至图5，淬火设备与控制子系统19包括盛有冷却液5(在本实施例中，冷却液5选用水)的槽体6。槽体6顶部具有三个开口，分别为进料口6-1、加热口6-2及出料口6-3，在槽体6内设有三根支撑杆15，每根支撑杆15的顶部设有用于放置轴承的承料台，所有支撑杆15均支撑在可旋转的凸台11上，凸台11底部有滚子轴承10，由主电机2驱动凸台11旋转，当凸台11旋转到位后，三根支撑杆15分别与槽体6的一个开口对应，凸台11继续转动120度后，三根支撑杆15分别运动至与其相邻的下一个开口处，如此，三根支撑杆15在三个开口间循环交替转动，从而实现轴承在加热及淬火工位的移动。每根支撑杆15即可上下运动，也可以绕自身轴线自转，在每根支撑杆15上由下至上依次设有下摩擦轮12、上摩擦轮13及固定盘14。在主电机2的输出轴上由下至上依次设有主摩擦轮9及传动齿轮二8，主摩擦轮9与下摩擦轮12或上摩擦轮13接触，传动齿轮二8与传动齿轮一7相啮合，传动齿轮一7设于辅助电机3的输出轴上，当辅助电机3转动后，通过传动齿轮一7、传动齿轮二8、主摩擦轮9及下摩擦轮12或上摩擦轮13传动至支撑杆15，实现支撑杆15绕自身轴线的自转，实现淬火后的轴承在槽体6中的转动，保证轴承淬火均匀。支撑杆15的上下运动由气缸1控制，由气缸1通过固定盘14上拨转动至出料口6-3下方的支撑杆15至一定高度，使得位于该支撑杆15顶部的轴承能够被出料口6-3附近的线圈加热机构17加热。待加热到一定时间后，再由气缸1通过固定盘14下拨支撑杆15带动摩擦轮12与摩擦轮13使待淬火的轴承完全浸入水中淬火。淬火过程中，通过支撑杆15的自转，实现淬火后的轴承在槽体6中的转动，保证轴承淬火均匀。通过上述结构可控制轴承的加热、淬火、空转这3种状态，达到自动控制轴承加热淬火工艺的过程。本发明中使用的线圈加热机构17为超音频感应加热设备是淬火工序中最重要的设备，主要由它控制加热管的加热时间、冷却时间，其时间长短对轴承的表面硬度变化起着关键的作用。

进料口6-1及出料口6-3分别用于放入轴承及取出轴承，当支撑杆15运动至进料口6-1位置处，由机器人4将抓取自RGV小车20的待加工的轴承放置在支撑杆15顶部；当支撑杆15运动至出料口6-3位置处，由机器人4抓取位于该支撑杆15顶部的已淬火轴承后放置在RGV小车20上。

本发明提供的基于机器人控制的轴承套类零件的淬火机主要包括入料搬运、上料、加热、淬火、下料、出料转移六个工序：

1、入料搬运

人工将上一道工序完成的待淬火轴承取出放入RGV小车20，RGV小车20沿预定轨道将待淬火轴承送入指定位置。

2、上料

当RGV小车20到达指定位置时，由机械人4通过图像识别技术识别小车内的待淬火轴承，并通过机械手手指伸入轴承内圈张紧来抓取轴承，将待淬火轴承放入进料口6-1。

3、加热

淬火装置底部的凸台11其上的支撑杆15及其上的待淬火轴承做顺时针转动，当轴承到达淬火位时，由气缸1带动拨叉控制支撑杆15的上下移动，支撑杆15带动轴承先上升至线圈加热机构17附近对轴承内圈进行淬火前的加热处理(适当改变支撑杆结构即可实现轴承外圈的加热)，如图3所示。

4、淬火

经过一定时间后由气缸1带动拨叉向下移动使支撑杆15连同下降至槽体6里，底部凸台11继续顺时针转动至出料口6-3进行淬火处理。

5、下料

待淬火完成后由机械人4再次识别轴承并将将淬火完成的轴承抓取，并取出。

6、出料搬运

由机械人4将取出的淬火完成的轴承放入出料口6-3附近的RGV小车20，并由RGV小车运送到下一车间进行处理。

Claims (6)

1.一种基于机器人控制的轴承套圈及套类零件自动淬火机，其特征在于：包括RGV自动引导运输车系统(1)、机器人(4)及淬火设备与控制子系统(19)，其中：

待加工部件(16)放置在RGV自动引导运输车系统(1)的RGV小车(20)，由RGV自动引导运输车系统(1)实现待加工部件(16)的自动运输；

由机器人(4)抓取RGV小车(20)上的待加工部件(16)并放入淬火设备与控制子系统(19)，由淬火设备与控制子系统(19)完成待加工部件(16)的加热及淬火，再由机器人(4)自淬火设备与控制子系统(19)中取出淬火后的部件(16)放置在RGV小车(20)上；

淬火设备与控制子系统(19)包括盛有冷却液(5)的槽体(6)，槽体(6)顶部具有至少三个开口，分别为进料口(6-1)、加热口(6-2)及出料口(6-3)，在槽体(6)内设有至少三个用于在其顶部放置部件(16)的载料机构，每个开口对应一个载料机构，由驱动机构驱动各个载料机构在所有开口间循环交替转动，当某一载料机构运动至进料口(6-1)位置处，由机器人(4)将抓取自RGV小车(20)的待加工部件放置在该载料机构顶部；在加热口(6-2)附近设有加热机构，在槽体(6)上设有提升机构，由提升机构上拨转动至出料口(6-3)下方的载料机构至一定高度，使得位于该载料机构顶部的部件(16)能够被加热机构加热，且加热完成后，由提升机构下拨该载料机构，使得位于该载料机构顶部的部件(16)能够完全被冷却液(5)浸没；当某一载料机构运动至出料口(6-3)位置处，由机器人(4)抓取位于该载料机构顶部的已淬火部件(16)后放置在RGV小车(20)上。

2.如权利要求1所述的一种基于机器人控制的轴承套圈及套类零件自动淬火机，其特征在于：所述载料机构包括支撑杆(15)，支撑杆(15)顶部设有用于放置所述部件(16)的承料台。

3.如权利要求1所述的一种基于机器人控制的轴承套圈及套类零件自动淬火机，其特征在于：所述驱动机构包括可旋转的凸台(11)，所有所述载料机构均设于凸台(11)上，由主电机(2)驱动凸台(11)旋转。

4.如权利要求3所述的一种基于机器人控制的轴承套圈及套类零件自动淬火机，其特征在于：在所述主电机(2)的输出轴上设有主摩擦轮(9)，在每个所述载料机构上设有上摩擦轮(13)及下摩擦轮(12)，当所述载料机构被所述提升机构上拨动到位后主摩擦轮(9)与下摩擦轮(12)相接触，当所述载料机构被所述提升机构下拨动到位后主摩擦轮(9)与上摩擦轮(13)相接触，所述驱动机构还包括辅助电机(3)，辅助电机(3)的输出轴上设有传动齿轮一(7)，在所述主电机(2)的输出轴上设有传动齿轮二(8)，传动齿轮一(7)与传动齿轮二(8)相啮合，由辅助电机(3)驱动各所述载料机构自转。

5.如权利要求1所述的一种基于机器人控制的轴承套圈及套类零件自动淬火机，其特征在于：所述加热机构采用线圈加热机构(17)。

6.如权利要求1所述的一种基于机器人控制的轴承套圈及套类零件自动淬火机，其特征在于：所述提升机构包括气缸(1)及设置在每个所述载料机构上的固定盘(14)，由气缸(1)拨动固定盘(14)使得相应的所述载料机构上升或下降。