CN105150220B - 一种用于转子冲片再加工的冲床机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于转子冲片再加工的冲床机械手，该机械手主要包括机械传动、送料及数量判定、参数调节、控制等部分。机械手的动能通过传动杆从冲床刹车轮上获得，驱动送料杆左右运动将原料送至模具内加工，判定电路对单次进料的数量进行判定，并在控制系统的配合下控制冲床的运行，保护模具；参数调节部分主要调节机械手运行时的各种参数。本发明的优点是：该系统可在冲床不间歇工作的条件下实现对转子硅钢片的再加工，具备高效、安全、成品率高的特点。

Description

一种用于转子冲片再加工的冲床机械手

技术领域

本发明设计一种用于转子冲片再加工的冲床机械手，尤其涉及到一种使用双吸盘吸取原料、使用判定装置对进料数量进行判定的冲床机械手。

背景技术

冲床是冲压加工必备的工艺装备，是目前电机定转子加工必需的机械。国内现有的冲压工厂，特别是中小企业内仍然是一人一机单独生产。这种方式效率低下，危险系数高。现有的一些机械手不能实现连续性工作，压力机75%以上的时间处于空转状态。

在冲床对电机定转子硅钢片加工的过程中，通常定子硅钢片被冲床一次性冲制完成，而转子则需要进行再加工。如图1所示为首次加工后转子硅钢片需切除部分示意图，其中转轴孔27为首次加工时就切除的部分，花边28和聚铝孔29则为在二次加工时需要切除的部分。再加工的转子硅钢片废料较小，切除后可通过冲床本身震动自然滑落，因此不需要设计废料移除装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于转子冲片再加工的冲床机械手，克服目前市场上转子冲片再加工机械手停顿多，无法对进料进行数量判定的缺点。实现了冲床连续工作不停顿，并可对进料数量进行精准判定，对不符合规定的原料直接剔除的优点。

本发明采用的技术方案如下：一种用于转子冲片再加工的冲床机械手，主要包括传动装置、送料装置、判定装置、参数调节模块和控制系统；其特征在于：其特征在于：传动装置将冲床自身的动力传输至机械手，驱动机械手左右运动；送料装置包括永磁吸盘和电磁吸盘，永磁吸盘和电磁吸盘分别位于传动杆和送料杆上面，二者相互配合将待加工料送入模具；判定装置对单次进料的数量进行判定，并在控制系统的配合下控制冲床的运行，保护模具；参数调节模块对机械手运行时的各种参数予以调节，使用滑动变阻器调节运行时的参数。

本发明所述传动装置，其结构特点为：冲床滑块连接主转动轴和模具上半块，刹车轮位于主转动轴左端，传动杆连接于刹车轮上，永磁吸盘位于传动杆的一个分支上，永磁吸盘同传动杆的分支并未完全固定，而是上下有一定的活动范围，主转动轴转动时，带动滑块及模具上下运动，同时传动杆、永磁吸盘也随之上下运动，传动杆驱动变速齿轮顺时针或逆时针旋转，变速齿轮驱动进料杆左右移动；托盘一端通过螺丝套在丝杠上面，另一端被固定柱固定不能左右移动，但可上下移动，丝杠的底部同电机相连，电机正反转可驱动丝杠旋转，由于托盘另一端被固定住，故而丝杠旋转时托盘不能随之旋转，进而托盘可随电机的正反转而上下移动。

本发明所述判定装置，判定单次进料的数量，主要包括单片机、真有效值转换电路及一C型铁氧体磁芯，单片机通过将检测线圈的输出值同标准值进行比较判定单次进料的数量，并决定下一步的动作。

本发明所述参数调节模块，调节判定部分中的判定标准值，以及机械手驱动电机的正转时长。

本发明所述控制系统，控制冲床及机械手驱动电机的运行与停止，包括单片机、接近开关、中间继电器、电磁继电器、电磁衔铁、电机部件；电磁吸盘的通断电、冲床的运行，电机的正反转及正反转时长均由控制系统控制。

本发明所述通过永磁吸盘和电磁吸盘的配合吸取待加工冲片。

本发明采用冲床直接驱动的方式，保证了机械手同模具的运行严格同步，并且采用C型电磁铁进行判定，可精确的判断出进料的数量，进而决定继续工作或者停止工作。对于判定标准及电机正转工作时间，采用滑动变阻器来调节，操作简单，普通工人通过短时培训即可掌握操作机械手的方式。

本发明的优点是：该系统可在冲床不间歇工作的条件下实现对转子硅钢片的再加工，具备高效、安全、成品率高的特点。

附图说明

图1 首次加工后转子硅钢片需切除部分示意图。

图2 自动进料系统的机械装置示意图。

图3 冲床内部结构简图及电磁吸盘吸料示意图。

图4冲床内部结构简图及进料杆进料示意图。

图5 电磁吸盘驱动电路控制原理图。

图6 进料判定C型磁芯。

图7 ATmega16的接口示意图。

图8 电机及电磁衔铁电气控制原理图。

表1 不同激励频率、不同硅钢片层数与感应电压的值。

在图中，1.电磁衔铁，2.刹车轮，3.离合器，4.传动杆，5.定位轴承，6.变速齿轮，7.永磁吸盘，8.上限位接近开关S3，9. 下限位接近开关S4，10.托盘，11.电机，12.丝杠，13.送料杆，14.电磁吸盘，15.滑块，16.模具，17.定位器 ，18.固定柱，19.主转动轴，20.检测磁芯， 21.托盘， 22.待加工硅钢片，23.定位铁块 ，24.上电接近开关S1， 25.检测用接近开关S5， 26.断电接近开关S2，27、花边，28、转轴孔，29、聚铝孔。

具体实施方式

下面结合各附图及具体实例对本发明进行详细说明。

本发明所述的传动装置如图2所示，各部分连接图如图3-图4所示：冲床滑块15连接主转动轴19和模具16上半块，刹车轮2位于主转动轴19左端，传动杆4连接于刹车轮2上，永磁吸盘位于传动杆4的一个分支上，永磁吸盘7同传动杆4的分支并未完全固定，而是上下有一定的活动范围，如图3和图4所示，主转动轴19转动时，带动滑块15及模具6上下运动，同时传动杆4、永磁吸盘7也随之上下运动，传动杆4驱动变速齿轮6顺时针或逆时针旋转，变速齿轮6驱动进料杆13左右移动；托盘10一端通过螺丝套在丝杠12上面，另一端被固定柱18固定不能左右移动，但可上下移动，丝杠12的底部同电机11相连，电机11正反转可驱动丝杠12旋转，由于托盘10另一端被固定住，故而丝杠12旋转时托盘21不能随之旋转，进而托盘21可随电机的正反转而上下移动。

判定装置的主要功能是判定单次进料的数量，主要包括单片机、真有效值转换电路及一C型铁氧体磁芯，磁芯形状如图6所示，单片机通过将检测线圈的输出值同标准值进行比较判定单次进料的数量，并决定下一步的动作。

参数调节模块的主要功能是调节判定部分中的判定标准值，以及机械手驱动电机的正转时长。

控制系统的主要功能是控制冲床及机械手驱动电机的运行与停止，包括单片机、接近开关、中间继电器、电磁继电器、电磁衔铁、电机等部件；电磁吸盘的通断电、冲床的运行，电机的正反转及正反转时长均由控制部分控制。

冲床工作过程中，电磁衔铁1每吸合离合器一次，冲床冲压一次，人工操作的冲床，大都是在原料放入模具后才冲压一次，期间冲床一直处于空转状态，在部分安装机械手的冲床上，由于送料较慢，也会出现冲床空转的现象。且部分冲床由于机械手和冲床运动的不协调，甚至会出现模具冲压机械手的严重事故。由于硅钢片表面比较光滑，上下两片较容易粘连到一起，当两片甚至多片硅钢片被一次性送入模具冲压时，极易损坏模具，进而大大降低工作效率。

冲床及机械手运行过程中主要包括一下几个步骤：

1、进料过程

冲床及机械手运行包括以下两个步骤：

（1）如图3所示，当滑块15向下运动时，刹车轮2驱动传动杆4向上运动，变速齿轮6顺时针旋转，送料杆13向左移动。当滑块15到达最下方同模具16下半块咬合时，送料杆13到达最左端，电磁吸盘14位于托盘21正上方，永磁吸盘7下部同电磁吸盘14下部高度相同，电磁吸盘14通电并从永磁吸盘7处接过硅钢片；（2）如图4所示，当滑块15向上运动时，刹车轮2驱动传动杆4向下运动，变速齿轮6逆时针旋转，送料杆13向右移动，当滑块15到达最上方时，送料杆13到达最左端，电磁吸盘14位于模具16正中央上方，同时电磁吸盘14断电，放下硅钢片。

模具中央有定位器17，硅钢片放下时中央的转轴孔可套在定位器17上，防止硅钢片错位。

永磁吸盘同电磁吸盘配合吸料的过程如下：

1)滑块上升时，永磁吸盘7随传动杆下降，当永磁吸盘7接触到托盘21上的待加工料后即不再下降（如图4所示）。

2)滑块下降时，永磁吸盘7随传动杆上升，当滑块15下降到最低处时，永磁吸盘7上升到最高处，此时电磁吸盘14位于托盘21正上方，电磁吸盘14的下端面同永磁吸盘7的下端面平齐，电磁吸盘14通电。由于电磁吸盘14吸力较大，可直接将永磁吸盘7下的硅钢片吸引随电磁吸盘14移动。

若只用电磁吸盘14，则电机11必须时时旋转以保证托盘21上的硅钢片处于电磁吸盘14的吸力范围内，这就使得电机11的控制必须非常精确，大大增加了工程的造价；且吸力较大的电磁吸盘14容易单次吸引多张硅钢片，会对模具15造成很大的损伤。使用可上下移动且吸力较小的永磁吸盘7即可以使吸料的行程增大，又大大降低了单次吸引多张硅钢片的概率。

电磁吸盘上电断电控制方法：

本发明中的金属传感器使用三线常开型接近开关，当接近开关顶部附近有金属时，接近开关输出高电平，反之输出低电平。由于接近开关的带载能力非常弱，仅能输出几毫安的电流，因此需要使用放大器对其输出的电平进行放大。图5中的ULN2004即时一种内阻达林顿晶体管，输入内阻R为10.5kΩ，输入电流不到0.5mA，当输入端为高电平时，其输出端可流过500mA的电流，完全可驱动中间继电器KM1和KM2。图3中，当电磁吸盘位于最左侧即永磁吸盘正上方时，定位铁块靠近上电接近开关S1输出高电平，KM1通电并自锁，电磁吸盘上电。在图4中，当电磁吸盘位于最右侧即模具中央正上方时，定位铁块靠近断电接近开关S2，KM2通电，导致KM1断电，电磁吸盘断电。

2、判定过程

由于单次进料的数量可能大于1，因此必须对进料的数量进行判定。判定装置为在一C型锰锌铁氧体磁芯上缠绕两个线圈，分别为激励线圈和检测线圈，如图5所示。向激励线圈中通入交流电，则检测线圈会有相应的信号输出，由于铁的磁导率远大于空气的磁导率，当硅钢片从铁氧体两个引脚上通过时，检测线圈的输出电压将会升高。通过检测升高的值即可判定有几片硅钢片通过。

检测线圈的电压采集可通过控制芯片——ATmega16及真有效值转换芯片AD637来采集，AD637可将不同频率、不同波形的信号转换为有效值；ATmega16自带有8通道10位AD转换电路，可同时对8个通道的模拟量进行模数转换。将检测线圈的输出端接到AD637的输入端，将AD637的输出端接到ATmega16的AD转换通道之一——PA7引脚上，即可将检测线圈的电压值采集到ATmega16内部。

对于相同电压、不同频率的激励信号，检测线圈的输出电压是不相同的。如，向激励线圈通入20VPP的交流电，表1所示为不同层数的硅钢片在不同激励频率的情况下，以0.8mm的提离距离通过铁氧体磁芯上方时，检测线圈的输出电压。通过表1可知，激励频率f在4kHz时，检测线圈输出的电压差最大。因此激励电压的频率宜选择4kHz左右。

通过表1可知，当f=4kHz，激励电压为20VPP时，检测线圈输出的电压小于2.58V时，可视为无进料，当检测线圈的输出电压大于2.58V时，可视为进料数大于1，实际使用中，进料数为1时检测线圈的输出电压总会在2.58V附近波动，因此可设置两个阈值U₀和U₁：检测线圈输出电压低于U₀均可视为无硅钢片通过，检测线圈输出电压大于U₀和而小于U₁则视为只有一个硅钢片通过，检测线圈输出电压大于U₁可视为超过一个硅钢片通过。在表一的例子中，U₀可取值1.77V和2.58V之间的2.00V，U₁可取值为2.58V和2.80V之间的2.65V。

表1

对进料数量的判定只能在硅钢片通过C型磁芯上方时才能进行。在硅钢片通过磁芯正上方时，定位铁块也通过检测用接近开关S5上方，S5输出高电平。S5的输出端经过可同ATmega16的模拟比较器的正相输入端PB3相连，同ATmega16内部的1.22V电压基准相比较，若S5的输出电压大于1.22V，则ATmega16进入模拟比较中断，在中断中ATmega16采集PA7引脚的电压并同U₀和U₁相比较以确定单次进料数量。

3、参数调节

实际使用中，U₀和U₁的值会随着硅钢片的厚度的变化需要进行调整，调整可通过两个滑动变阻器来分别调整。两个滑动变阻器分别接到ATmega16另外两个AD转换通道——PA6和PA5上面，如图7所示。ATmega16采集PA6和PA5上面的电压作为U₀和U₁的值。

4、电气控制

若判定装置连续五次的判定结果均为0，则证明托盘太低永磁吸盘无法吸引硅钢片，此时需要使用电机正转驱动托盘上升，电机正转带动丝杠旋转，由于托盘被固定住不会转动且托盘被固定到丝杠上，因此电机转动时托盘相应的上升或下降。当托盘需要上升时，ATmega16的PB0引脚置高，与之相连的固态继电器（SSR）导通，电磁继电器KM3通电吸合，电机正转。托盘上升的距离取决于电机正转的时间T，T值的设定可同U₀和U₁的设定一样，使用滑动变阻器连接ATmega16的AD转换引脚，通过改变滑动变阻器的阻值来改变T的参数。如图7所示。

当托盘的位置升高到上限位时，接近开关S3输出高电平，中间继电器KM5通电，之后电磁继电器KM4也通电并自锁，电机反转，托盘下降。当托盘下降到下限位时，S4输出高电平，中间继电器KM6导通，导致KM4断电，电机停转。此后单片机控制PB2引脚为高电平，打开声光报警。

冲床及机械手开始运行时，PB1置高，与之相连的SSR导通，按下SB1按钮，中间继电器KM7通电并自锁，电磁衔铁KM8通电，离合器吸起，冲床开始工作。若判定装置发现进料数大于1，则将PB1置低，与之相连的SSR关断，KM7断开，KM8断开，电磁衔铁松开离合器，冲床停止工作。同时ATmega16控制PB2置高，声光报警打开。

Claims (1)

1.一种用于转子冲片再加工的冲床机械手，主要包括传动装置、送料装置、判定装置、参数调节模块和控制系统；传动装置将冲床自身的动力传输至机械手，驱动机械手左右运动；送料装置包括永磁吸盘和电磁吸盘，永磁吸盘和电磁吸盘分别位于传动杆和送料杆上面，二者相互配合将待加工料送入模具；判定装置对单次进料的数量进行判定，并在控制系统的配合下控制冲床的运行，保护模具；参数调节模块对机械手运行时的各种参数予以调节，使用滑动变阻器调节运行时的参数；

其特征在于结构特点为：冲床滑块连接主转动轴和模具上半块，刹车轮位于主转动轴左端，传动杆连接于刹车轮上，永磁吸盘位于传动杆的一个分支上，永磁吸盘同传动杆的分支并未完全固定，而是上下有一定的活动范围，主转动轴转动时，带动滑块及模具上下运动，同时传动杆、永磁吸盘也随之上下运动，传动杆驱动变速齿轮顺时针或逆时针旋转，变速齿轮驱动进料杆左右移动；托盘一端通过螺丝套在丝杠上面，另一端被固定柱固定不能左右移动，但可上下移动，丝杠的底部同电机相连，电机正反转可驱动丝杠旋转，由于托盘另一端被固定住，故而丝杠旋转时托盘不能随之旋转，进而托盘可随电机的正反转而上下移动；

所述判定装置，判定单次进料的数量，主要包括单片机、真有效值转换电路及一C型铁氧体磁芯，单片机通过将检测线圈的输出值同标准值进行比较判定单次进料的数量，并决定下一步的动作；

所述控制系统，控制冲床及机械手驱动电机的运行与停止，包括单片机、接近开关、中间继电器、电磁继电器、电磁衔铁、电机部件；电磁吸盘的通断电、冲床的运行，电机的正反转及正反转时长均由控制系统控制；

进料过程中，冲床及机械手运行包括如下步骤：（1）当滑块向下运动时，刹车轮驱动传动杆向上运动，变速齿轮顺时针旋转，送料杆向左移动；

当滑块到达最下方同模具下半块咬合时，送料杆到达最左端，电磁吸盘位于托盘正上方，永磁吸盘下部同电磁吸盘下部高度相同，电磁吸盘14通电并从永磁吸盘7处接过硅钢片；（2）当滑块向上运动时，刹车轮驱动传动杆向下运动，变速齿轮逆时针旋转，送料杆向右移动，当滑块到达最上方时，送料杆到达最左端，电磁吸盘位于模具正中央上方，同时电磁吸盘断电，放下硅钢片；所述模具中央有定位器，硅钢片放下时中央的转轴孔可套在定位器上，防止硅钢片错位；

进料过程中，永磁吸盘同电磁吸盘配合吸料的过程如下：（1）滑块上升时，永磁吸盘随传动杆下降，当永磁吸盘接触到托盘上的待加工料后即不再下降；（2）滑块下降时，永磁吸盘随传动杆上升，当滑块下降到最低处时，永磁吸盘上升到最高处，此时电磁吸盘位于托盘正上方，电磁吸盘的下端面同永磁吸盘的下端面平齐，电磁吸盘通电；由于电磁吸盘吸力较大，可直接将永磁吸盘下的硅钢片吸引随电磁吸盘移动；

进料过程中，电磁吸盘上电断电控制方法：本发明中的金属传感器使用三线常开型接近开关，当接近开关顶部附近有金属时，接近开关输出高电平，反之输出低电平；由于接近开关的带载能力非常弱，仅能输出几毫安的电流，因此需要使用放大器对其输出的电平进行放大；ULN2004即时一种内阻达林顿晶体管，输入内阻R为10.5kΩ，输入电流不到0.5mA，当输入端为高电平时，其输出端可流过500mA的电流，完全可驱动中间继电器KM1和KM2，当电磁吸盘位于最左侧即永磁吸盘正上方时，定位铁块靠近上电接近开关S1输出高电平，KM1通电并自锁，电磁吸盘上电；当电磁吸盘位于最右侧即模具中央正上方时，定位铁块靠近断电接近开关S2，KM2通电，导致KM1断电，电磁吸盘断电。