CN106217712A - 一种动车组一系橡胶弹簧浇筑毛刺自动去除的新装置 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种动车组一系橡胶弹簧浇筑毛刺自动去除的新装置，其主要包括机械部分特征和电气控制部分特征。机械部分特征包括实现毛刺去除的剪切部分，支撑整个装置的机架部分、用于固定橡胶弹簧的装夹部分。剪切部分包括剪刀，剪刀托架，复合轨道，凸轮以及间歇弹簧等；机架包括电机安装托架，整体支撑支架，平面止推轴承以及工作台等；装夹部分包括空气弹簧内外装夹件以及支撑顶件，驱动钢圈支架等。电气控制部分特征包括机器视觉的扫描定位和PLC电气控制。机器视觉的扫描定位方面是以DM642为核心拓展实现的视觉系统，PLC电气控制方面则由电磁阀、直流电机、直线电机、步进电机及其驱动器和PLC组成。

Description

一种动车组一系橡胶弹簧浇筑毛刺自动去除的新装置

技术领域

本发明涉及一种去毛刺设备，具体的说是一种动车组一系橡胶弹簧浇筑毛刺自动去除装置。

背景技术

橡胶弹簧是一种利用装在柔性密闭容器中空气的可压缩性来实现弹性作用的非金属弹簧。它优良的弹性性能，可以促进机车运行更加平稳。所以，一系橡胶空气弹簧在机车上得到广泛应用。

根据现状，当橡胶弹簧浇铸完成后需对其毛刺进行去除才能使用，然而现有对毛刺去除工作都是由人工完成，极大的消耗人力物力。根据统计一个刚浇筑好的一系橡胶弹簧浇筑毛刺就有2000余根，按照现有每人1根/秒的工作效率，一个橡胶弹簧需30分钟以上。而且人工剪除过程中存在诸多不利因素，比如说剪修结果不一致、对橡胶弹簧损伤的不确定性、效率低下。

发明内容

为了克服人工修剪一系橡胶弹簧浇筑毛刺效率低下，修剪效果不一致等缺点，提高去毛刺工作的效率，很有必要设计了一种能够代替人工去除毛刺的自动化生产装置。本发明通过研究橡胶弹簧的机械结构和其毛刺在橡胶弹簧表面的分布规律，设计一种能连续可调并稳定对橡胶弹簧浇铸毛刺进行去除的自动化装置。本装置采用分步做工、同步联动的工作方式。通过对该设备的技术要求进行系统的分析，提出了用电气驱动、气压驱动和PLC控制的设计方案。采用整体化的设计思想，对自动化剪切装置设备的整体结构、执行机构、驱动系统、控制系统及其它附件进行了分析和设计。

本发明是通过以下技术方案实现的。

装置由机械部分和电气控制部分组成。机械部分特征包括支撑整个装置的机架部分、用于固定橡胶弹簧的装夹部分和实现毛刺去除的剪切部分。电气控制部分特征包括机器视觉的扫描定位和PLC电气控制。

机械部分特征中，机架部分是该装置的基本构架，其包括两个伞状整体支撑支架[21]，上托架[19]，装夹部分固定台[25]，支撑底座[26]，上托架通过安装螺栓固定联接在两个整体支撑支架的上端，直流驱动电机[12]以及两个定滑轮[20]分别安装在上托架对称线的中间和两端，电机的输出端通过定滑轮和剪切部分的剪切托架[5]相连，两根整体支撑支架上端开有一定距离的轨道槽，剪切托架可以带着剪切部分在轨道槽里上下移动，从而调节剪切部分的竖直方向的位置。橡胶弹簧装夹部分都安装在装夹部分固定台[25]上，固定台受支撑底座[26]的支撑，同时与两根整体支撑支架[21]相固定联接。装夹工作圆盘[28]通过平面止推轴承[23]安装在固定台上，工作圆盘下方和大齿轮[24]相连，大齿轮与驱动小齿轮[27]啮合，小齿轮由步进电机带动，由此可以实现橡胶弹簧以及装夹部分的旋转运动。

装夹部分主要启动固定并支撑橡胶弹簧的作用。考虑到橡胶弹簧在剪切工作的过程中产生弹性变形会对对毛刺去除工作造成不利影响，因此在对橡胶弹簧进行外部固定的同时，还需对其内部进行一定的支撑。因此采用了在内、外两个夹紧块的基础上在中间增加了一个支撑块的设计，橡胶弹簧的内脚夹紧块[45]、外脚夹紧块[38]通过销钉与装夹工作盘[28]的联接处形成转动副，两个夹紧块之间通过装夹连杆I[32]和装夹连杆II[33]联接，两装夹连杆通过驱动钢圈支架[34]联接形成连杆机构，形成转动副联接。橡胶弹簧内支撑块[34]安装在两内、外弹簧夹紧块的中间，并同用两个装夹连杆的转动副中心，但在驱动钢圈支架[34]的周向上错开了一段距离。在工作圆盘的周向均匀分布有四套如上所述的装夹机构，四套之间都通过驱动钢圈支架[35]联接，驱动钢圈支架与钢圈支架安装块[36]联接固定。钢圈支架安装块向上运动，橡胶弹簧外部夹紧块[38]在驱动钢圈支架和装夹连杆I[32]的带动下顺时针转动夹紧，弹簧内部装夹块[45]则逆时针转动夹紧，橡胶弹簧内部支撑块[38]则沿竖直方向往上运动，从而实现橡胶弹簧[39]的夹紧和支撑。钢圈支架安装块的直线上下运动是通过与其固定联接的异型工作螺母[42]与直线螺杆[41]形成螺纹副来实现的，直线螺杆的下端与驱动电机[40]的输出端相连，驱动电机的转动通过螺纹副转化为上下的直线运动。

剪切部分包括呈对称分布的固定式内、外剪刀以及供剪刀滑移的滑移轨道架，带动剪刀打开和收拢的复合轨道和供复合轨道中滑动杆滑移的“V”型复合轨道支架、气缸等。为了实现更好的剪切效果，内、外剪刀的形状是依据橡胶弹簧的外形轮廓订制，使得剪切工作更能适应橡胶弹簧的外部曲线要求。外剪刀I[1]和外剪刀II[14]可在滑移支架[2]的圆弧轨道上滑移，内剪刀[13]和内剪刀[15]可在滑移支架[16]的圆弧轨道上滑移，内、外剪刀的滑移是通过两个气缸[17]推动的，为适应内、外剪刀的圆弧形滑移轨道，气缸和内、外剪刀之间是利用万向机构联接的，以此来实现装置的剪切动作。滑移支架[2]与复合轨道的外部滑移杆[4]固定联接，滑移支架[16]与复合轨道的内部滑移杆固定联接，复合轨道的两条滑移杆在“V”型的复合轨道支架的斜轨道上滑移，当驱动电机[12]带动凸轮[10]转动，间歇滑杆支架[9]与凸轮接触，滑杆支架[9]和复合轨道的固定杆[3]固定联接，间歇滑杆支架在凸轮的驱动下，带动着复合轨道竖直往上移动，复合轨道的内、外两滑动杆[4]在“V”型的复合轨道支架的斜轨道上滑移，改变两者水平距离，从而带动内、外剪刀打开和收拢。

电气控制部分包括机器视觉部分和PLC硬件控制及通讯系统。机器视觉的扫描定位是以DM642芯片为核心，通过外部拓展程序存储器和数据存储器来形成一个基本的信息处理系统。CCD相机和解码芯片作为视频的输入以及视频信号的编码，通过DM642的信息处理系统进行数据的分析与计算，得到标定的位置与检测的橡胶弹簧毛刺的位置之间的距离信息。通过在PLC上拓展出一个RS232的接口模块后，利用串口异步收发器TL16C752B来实现DM642的串口异步通讯，并通过电平转换芯片将信号调制为RS232的标准，从而实现DM642与PLC的数据交换。PLC电气控制部分利用PLC控制两个步进电机，一个直流电机，一个直线电机及一个电磁阀。在系统中，PLC要实现步进电机、直流电机及直线电机的正反转，不过控制的方式不同。步进电机通过共阳极的接线方式，通过给阴极一个高低电平来控制器正反转，而直流与直线电机则通过继电器的接线来实现。

与现有的通过手工方式去除橡胶弹簧的浇筑毛刺的方法，本发明的有益之处在于：利用巧妙的机构实现了一系橡胶弹簧的自动装夹，橡胶弹簧安装位置的自动调整，毛刺的自动剪切等一系列功能，大大提高了橡胶弹簧浇筑毛刺的剪切效率，同时提高了剪切的效果。

附图说明

图1 剪切部分整体图

图2 剪切部分内外剪刀安装示意图

图3 剪切部分内外剪刀剪切工作示意图

图4 安装支架部分结构示意图

图5 安装支架部分俯视图

图6 装夹部分结构剖视图

图7 装夹部分工作示意图

图8 装夹部分结构示意图

图9 去毛刺机构侧视图

图10 去毛刺机构整体示意图

图中标号分别为：1.固定式外剪刀I 2.滑移支架 3.复合轨道固定杆 4.复合轨道滑动杆 5.剪切部分安装托架 6.复合轨道“V”型支架 7.轨道支架安装螺栓 8.剪切部分悬挂支架 9.间歇滑杆支架 10.凸轮 11.往复弹簧 12.步进电机I 13.固定式内剪刀I 14.固定式外剪刀II 15.固定式内剪刀II 16.剪刀滑移支架 17.工作气缸 18.直流驱动电机19.上托架 20 滑轮 21.整体支撑支架 22.CCD相机（机器视觉） 23.平面止推轴承 24.大齿轮 25.夹取部分固定台 26.支撑底座 27.驱动小齿轮 28.装夹工作台 29.圆销I 30.装夹部分工作外壳 31.圆销II 32.装夹连杆I 33.装夹连杆II 34.空气弹簧内部支撑块 35.驱动钢圈支架 36.钢圈支架安装块 37.驱动支架上钢圈 38.橡胶弹簧外部夹紧块 39.橡胶弹簧 40.步进电机II 41.直线螺杆 42.异型螺母 43.异型螺母安装螺栓 44.装夹部分内部壳体 45.空气弹簧内部夹紧块

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

橡胶弹簧装夹工作开始时，首先橡胶弹簧[39]放置在工作圆盘[28]的中心位置位置，PLC控制步进电机II[40]驱动直线螺杆[41]转动，异型螺母[42]在螺纹副的作用下带动与之固定联接的钢圈支架安装块[36]往上运动，钢圈支架安装块带动与之固定联接的驱动钢圈支架[35]往上运动，橡胶弹簧外部夹紧块[38]在装夹连杆I[32]的带动下顺时针旋转，与装夹部分内部壳体[44]一起夹紧橡胶弹簧外脚。橡胶弹簧内部夹紧块[45]则在装夹连杆II[33]的带动下逆时针旋转夹紧橡胶弹簧内脚，弹簧内部支撑块[34]随着驱动钢圈支架[35]在竖直方向往上运动，在内部支撑块的顶端有与弹簧内部曲线轮廓一致的顶块，起到支撑橡胶弹簧的作用。在装夹工作圆盘[28]的周向分布有4套相同的从而与内、外夹紧块的一起的作用下完成橡胶弹簧的装夹，反之当剪切工作完成，电机带动直线螺杆向下运动，内、外夹紧块会在驱动钢圈的带动下松开橡胶弹簧。

橡胶弹簧装夹完成，PLC控制直流驱动电机[18]工作，将剪切部分下降到橡胶弹簧上方适当的位置，具体位置通过整体支撑支架[21]上的行程开关来控制，机器视觉系统对橡胶弹簧上的毛刺进行定位，并通过串口将位置信息传递给PLC，PLC控制步进电机II[40]带动装夹部分整体转动一定角度，进行毛刺定位。

之后，PLC控制步进电机I[12]工作，电机带动凸轮[10]旋转，间歇滑杆支架[9]在凸轮的带动下向下运动，因为复合轨道的固定杆[3]与间歇滑杆支架固定联接，复合轨道在间歇杆支架的带动往下运动，复合轨道的两条水平移动杆[4]则在“V”型复合轨道支架的斜槽里向下滑动，两移动杆的水平距离变小，带动内、外剪刀收拢，直到剪刀切合橡胶弹簧的外部外形轮廓。

PLC再次工作，控制工作气缸[17]动作，内、外剪刀在气缸的推动下与固定的内、外剪刀收拢，完成剪切工作。在完成一次剪切后，气缸推杆收回，PLC控制步进电机I反转一定角度，拉升间歇滑杆支架[9]，复合轨道的内、外滑动杆水平距离增大，带动内、外剪切剪刀张开，然后步进电机II[40]再次带动装夹工作圆盘[28]旋转，通过机器视觉再次进行毛刺定位，通过DM642的信息处理系统进行数据的分析与计算，得到标定的位置与检测的橡胶弹簧毛刺的位置之间的距离信息，从而确定电机应该旋转的角度，依次完成后续的毛刺剪除工作，循环往复。其中，每过6次后对其进行一次误差补偿，直至橡胶弹簧浇筑毛刺全部去除。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改造，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种专门用于动车组一系橡胶弹簧浇筑毛刺自动去除的新型装置，其由机械部分和控制部分组成，机械部分包括毛刺剪切机构，整体支撑机构，空气弹簧装夹机构，其特征是外剪刀[1]和外剪刀[14]安装在滑移支架[2]上，内剪刀[13]和内剪刀[15]安装在滑移支架[16]上，两个气缸[17]通过万向机构分别和一个内、外剪刀相连，气缸推动剪刀在滑移支架的圆弧形轨道上移动，完成剪切动作。

2.如权利要求1所述的一系橡胶弹簧浇筑毛刺自动去除的装置，其特征是滑移支架以及气缸通过螺栓分别固定在复合轨道的两条滑移杆[4]上，两条滑移杆可以在复合轨道的固定杆[3]上前后移动，固定杆通过联接螺栓和间歇滑杆支架[9]固定，间歇滑杆支架[9]与凸轮[10]接触，凸轮在电动机[12]和弹簧[11]的作用下在竖直方向上上下移动，从而调节复合轨道固定杆[3]的高度，固定杆高度升高，两条滑移杆[4]分别在复合轨道支架[6]的“V”型轨道向上移动，两滑移杆距离增大，带动内外剪刀分开，反之则收拢。

3.如权利要求1所述的一系橡胶弹簧浇筑毛刺自动去除的装置，其特征是上托架[19]通过联接螺栓与左右两伞状支撑架[21]固定联接，直流驱动电机[18]固定安装在上托架[19]上，两个定滑轮[20]分别安装在电机输出端同一表面的两端，两伞状支撑架[21]相对有一段移动轨道，剪切部分安装托架[5]的两端可在轨道上下移动，直流驱动电机通过定滑轮带动剪切部分整体实现上下移动。

4.如权利要求1所述的一系橡胶弹簧浇筑毛刺自动去除的装置，其特征是装夹部分的安装固定台[25]与装夹工作圆盘[28]通过平面轴承[23]联接，安装固定台[25]通过前后两个支撑座[26]支撑在地面上，并且和两支撑架[21]相连，齿轮啮合的小齿轮[27]与驱动电机输入端相连，大齿轮[24]与装夹工作圆盘[28]联接，通过齿轮啮合来驱动装夹部分整体旋转。

5.如权利要求1所述的一系橡胶弹簧浇筑毛刺自动去除的装置，其特征是橡胶弹簧的内脚夹紧块[45]、外脚夹紧块[38]通过销钉与装夹工作盘[28]的联接处形成转动副，两个夹紧块之间通过装夹连杆I[32]和装夹连杆II[33]联接，两装夹连杆通过驱动钢圈支架[34]联接形成连杆机构，并与橡胶弹簧的内支撑块[34]联接，保证橡胶弹簧的装夹固定，在工作圆盘的周向均匀分布有四套如上所述的装夹机构，四套之间都通过驱动钢圈支架[35]联接，驱动钢圈支架与钢圈支架安装块[36]联接固定，安装块[36]通过安装螺栓[43]与异型工作螺母[42]联接固定，异型螺母与直线螺杆[41]形成螺纹副，螺杆与驱动电机[40]的输出端相连。

6.如权利要求1所述的一系橡胶弹簧浇筑毛刺自动去除的装置，其特征是电气控制部分分为机器视觉部分、PLC硬件控制系统及通讯系统，机器视觉部分以DM642为核心处理系统，CCD相机和解码芯片作为视频的输入以及视频信号的编码；PLC硬件控制系统利用PLC实现对两个步进电机，一个直流电机，一个直线电机及一个电磁阀的工作控制，通讯系统是通过在PLC上拓展出一个RS232的接口模块后，利用串口异步收发器TL16C752B来实现DM642的串口异步通讯。