CN111390087B - 抽油杆智能制造生产线 - Google Patents

Abstract

一种抽油杆的智能制造生产线，按照工件运行方向，包括依次设置的上料仓、第一步进推送装置、第一角向定位装置、第一运转装置、轴向运转装置、第二角向定位装置、第二步进推送装置、第二运转装置和下料仓；第一运转装置和第二运转装置的外侧均设置加工机床；第一步进推送装置将工件在上料仓、第一角向定位装置和第一运转装置上依次向前推送，第二步进推送装置将工件在轴向运转装置、第二角向定位装置、第二运转装置和下料仓之间向前推送。该生产线解决了细长抽油杆加工过程中存在的输送、夹持及定位困难的问题，实现了抽油杆两端外螺纹的智能自动生产，保证了工件移送平稳，节奏紧凑，生产效率高，降低了生产成本。

Description

抽油杆智能制造生产线

技术领域

本发明涉及一种用于生产抽油杆的智能自动化生产线，属于抽油杆智能制造技术领域。

背景技术

抽油杆属于细长杆件，上下分别连接光杆和抽油栗，用于由抽油机井中采油时起传递动力的作用。抽油杆两端均为异形的连接部，该异形连接部主要是通过锻造镦粗方式实现，在锻造镦粗时，需要预先将棒料两端加热到锻造所需的较高温度，再送入锻造设备进行锻造镦粗。加工出异形端部后，抽油杆的两端需加工出外螺纹，以连接光杆和抽油栗。

传统的抽油杆锻造生产是通过人工将棒料抬入加热炉中进行加热，通过人工判断加热是否达到锻造所需的温度，再将达到锻压所需温度的棒料抬入锻压设备中进行两端部的锻压镦粗，这种方式对操作人员的专业要求较高，劳动强度大.危险性高，易产生废品。

中国专利文献CN105397005A公开的《一种抽油杆全自动锻造生产线》，包括机械传动加热系统.气动系统.润滑系统和控制部件；CN203599445U公开的《抽油杆自动生产线》，包括上料架.上料工作台面.机械手.加热传输装置.锻打机.自动装卡装置.冷床.成品料架。这两种生产线虽然实现生产过程锻造的自动化，但仍然只能实现抽油杆端部镦粗非圆异形的加工，不能实现螺纹连接部位的冷加工。

由于抽油杆的细长特性，输送、夹持及定位都比较困难，目前尚没有加工两端外螺纹的自动生产线。

发明内容

本发明针对现有抽油杆端部外螺纹难以自动生产存在的不足，提供一种节奏紧凑、生产效率高、成本低的抽油杆智能制造生产线。

本发明的抽油杆智能制造生产线，采用以下技术方案：

该生产线，按照智能制造的理念，工件从上料开始到下料加工完成结束，全部无需人工干预，系统通过上位机PC发出自动化运行指令，通过主控机中各PLC模块和各运动单元完成自动化运行动作，智能制造中的动作单元，依次包括上料仓、第一步进推送装置、第一角向定位装置、第一运转装置、轴向运转装置、第二角向定位装置、第二步进推送装置、第二运转装置和下料仓、第一运转装置和第二运转装置的外侧均设置加工机床；

第一步进推送装置用于将工件依次在上料仓、第一角向定位装置和第一运转装置上向前推送；上料仓用于将工件逐根一端自动定位，第一角向定位装置用于将工件一端转动至机床装夹角度，第一运转装置用于将工件自动推送进第一机床加工一端外螺纹以及在加工完毕后自动拉出并翻送至轴向运转装置；

第二步进推送装置用于将工件依次自动放在轴向运转装置、第二角向定位装置、第二运转装置和下料仓上向前推送；轴向运转装置用于将工件自动另一端定位，第二角向定位装置用于将工件另一端转动至机床装夹角度，第二运转装置用于将工件自动推送进第二机床加工另一端外螺纹以及在加工完毕后拉出；下料仓用于承接第二步进推送装置推送的完成两端加工的工件。

上述生产线还可以包括设置于上料仓外侧的上料架以及设置于下料仓外侧的下料架。成捆的半成品工件放至上料架上，人工拆捆后逐根放入上料仓。下料仓中工件推送至下料架上打捆后搬运。

所述上料仓，包括支撑架、隔料调整机构、抖料防错机构、分料机构和侧移定位机构；支撑架沿工件运行方向依次设置隔料调整机构、分料机构和侧移定位机构，支撑架前端设置挡料座；隔料调整机构设置在支撑架的顶面，用于工件下滑至挡料座(待取料工位)，隔料调整机构的下方设置有抖料防错机构，分料机构使一根工件通过滑至侧移定位机构上，侧移定位机构对工件进行端面定位。

所述上料仓中的隔料调整机构，包括平行设置在支撑架上的隔料板和下滑轨道，隔料板和下滑轨道之间的间隙只能使一个工件通过。下滑轨道的后部连接高度调节机构(采用螺杆，螺杆通过螺母连接在支撑架上)，通过高度调节机构调节下滑轨道的倾斜角度。

所述上料仓中的抖料防错机构，包括安装在支撑架上的抖料气缸，抖料气缸的活塞杆上带有抖料架，抖料气缸带动抖料架间歇性的上下升降，防止出现工件之间的搅料现象。还可以包括安装在支撑架上的计数器，对每个经过的工件进行计数，统计加工数量。

所述上料仓中的分料机构，包括挡料架、压料板和顶升机构；挡料架和压料板前后设置在所述支撑架上并位于所述下滑轨道的上方外侧，挡料架顶面为斜面；压料板的前端下部设置容料槽，挡料架后端与容料槽和下滑轨道形成的空隙只能容纳一个工件；顶升机构设置在压料板下方，顶升机构采用安装在支撑架上的顶升气缸，其活塞杆连接顶升块。工件滑至挡料架处被挡住处于所述空隙内，顶升气缸带动顶升块升起，将处于空隙内的工件抬起并沿挡料架斜顶面下滑至所述挡料座上。

所述上料仓中的侧移定位机构，包括在所述支撑架上设置依次的挡板、顶升机构和平移机构，平移机构上连接夹紧机构，工件到达后处于顶升机构上方，顶升机构将工件升起，夹紧机构夹紧工件，最后平移机构推送工件端部顶到挡板。可在挡板上带有料检测开关，以检测工件是否到达。顶升机构包括安装在支撑架上的顶升气缸，顶升气缸的活塞杆上连接顶升座，顶升座上安装有顶升滚轮，顶升滚轮上带有工件定位槽槽(V形槽或半圆槽)；工件到达后处于顶升滚轮上方，启动顶升气缸使顶升座与顶升滚轮上升将工件升起。平移机构包括固定在支撑架上的平移气缸和导轨，导轨上安装有滑座，平移气缸的活塞杆与滑座连接。夹紧机构包括安装在平移机构中滑座上的顶升气缸和旋转气缸，顶升气缸和旋转气缸的活塞杆上分别连接下板和上板；工件移送到位后，旋转气缸带动上板转至工件上方，顶升气缸带动下板升起托住工件，将工件压紧在下板和上板之间。

所述第一步进推送装置包括至少两个运转单元，各个运转单元按工件的长度分布，单个运转单元包括底座、平移框架、托起装置和夹持装置(柔性夹持装置)，底座上设置有直线滑轨，平移框架安装在直线滑轨上，平移框架上前后设置有夹持装置和托起装置，所有平移框架通过联轴连接在一起，联轴至少与一组平移装置连接。托起装置和柔性夹持装置分别承托上料仓待取料工位的工件和夹持第一角向找正工位的工件，并在各自下部提升装置带动下升起，平移装置带动平移框架上的托起装置和柔性夹持装置分别向前推送至第一角向找正工位和第一加工工位，工件分别由第一角向定位装置和第一运转装置承接；柔性夹持装置松开工件，平移装置带动下平移框架及其上装置回位。

所述第一步进推送装置中的托起装置，包括提升装置以及连接在提升装置上的托料块，提升装置安装在所述平移框架上。托料块顶面带有使工件定位的V形槽或弧形槽。提升装置为安装在平移框架上的顶升气缸，顶升气缸的活塞杆上连接托板。托板上安装托料块，通过顶升气缸托料块上下运动。

所述第一步进推送装置中的平移装置，包括平移气缸，平移气缸铰接在支撑座上，支撑座通过直线滑块安装在所述底座上，平移气缸的活塞杆连接所述联轴。通过平移气缸的伸缩带动各个平移框架一起前后移动。

所述第一步进推送装置中的夹持装置，包括基座，基座连接在安装于所述平移框架上的提升装置上，基座上设置有导轨，导轨上安装有左移动座和右移动座，左移动座和右移动座上分别安装有左柔性夹爪和右柔性夹爪，两个柔性夹爪相对设置，基座上设置有使左移动座和右移动座在导轨上同时相对移动的移动机构。该移动机构包括气缸、推杆和连杆，气缸安装在基座下部，其活塞杆与推杆一端铰接，推杆另一端与一个移动座铰接，连杆中部通过转轴安装在基座上并处于两个柔性夹爪之间。连杆的两端分别与左移动座和右移动座铰接。所述柔性夹爪，包括静座、动座、导向轴和夹块，动座一端固定设置有两根导向轴，另一端安装有夹块，两根导向轴安装在静座上，静座固定安装在移动座上，动座与静座之间设置弹簧。为了使工件在夹紧状态下可以转动，所述夹块为滚轮，呈水平状态的上下两个滚轮分别安装在动座上，滚轮可以是包胶轴承。提升装置采用托起装置中的提升装置。

所述第一角向定位装置，包括底座，底座上沿工件长度方向间隔分布有支架，最外侧两个支架中的一个上设置有定位板和承托机构，另一个上设置有承托机构和夹持旋转进给装置，其余支架上均设置夹持装置。所述承托机构对工件起辅助支撑作用，包括顶升气缸和托杆，顶升气缸竖直安装在支撑架上，顶升气缸的活塞杆上连接托杆。

所述夹持装置与第一步进推送装置中所述夹持装置结构一样。当工件由第一步进推送装置移动就位，由承托机构和夹持旋转进给装置托起，工件杆体处于夹持装置中但不被夹紧，夹持旋转进给装置将工件向前移动顶到定位板，实现工件长度方向在左侧的定位。然后夹持旋转进给装置和各夹持装置夹紧工件，传动机构带动整个气动卡盘及工件一起转动，进行工件位置找正，角向找正完成后停止转动，保持夹持状态，等待第一步进推送装置夹持后再松开，第一步进推送装置保持工件角向不变并转运至第一加工工位。

所述第一角向定位装置中的夹持旋转进给装置，包括安装在所述支架上的顶升机构、直线导轨、推进气缸和传动机构，直线导轨上安装有移动座，移动座与推进气缸的活塞杆连接。移动座上安装有气动卡盘，气动卡盘与传动机构连接。顶升机构采用上料仓上侧移定位机构中的顶升机构。

所述第一角向定位装置中的定位板的一侧设置有激光测距仪，用于测量工件转动一周后找出四方段与杆体外圆偏心最小的对角，机床加工时夹持这个最小的对角。

所述第一运转装置，包括底座，底座上分布有固定支撑架和移动支撑架，固定支撑架上设置有翻料机构和顶升机构，移动支撑架上设置有夹紧机构，移动支撑架与设置在底座上的移动机构连接。所述移动机构包括安装在底座上的直线滑轨和齿条，移动支撑架安装在直线滑轨上，移动支撑架上安装伺服电机，伺服电机上安装与齿条啮合的齿轮。所述翻料机构使工件自动滚入下一工位，包括顶升气缸和托杆，顶升气缸竖直安装在支撑架上，顶升气缸的活塞杆上连接托杆(托杆是有一定的斜度，沿工件运行方向向下倾斜，以方便工件翻转)。所述夹紧机构与第一步进推送装置中的夹持装置结构一样。顶升机构采用上料仓上侧移定位机构中的顶升机构。第一步进推送装置把工件转运至上述第一运转装置，工件由各个固定支撑架上的顶升机构托住并移动支撑架上的夹紧机构夹持，移动机构把工件送至机床内的加工位置，加工工件一端外螺纹。加工结束，移动机构拉出工件，翻料机构将工件顶升翻入下一工位，进入轴向运转装置。

所述轴向运转装置，包括滑板、辅助支撑机构、支撑架、滑轮轴向运转机构和平移机构，支撑架依次间隔分布且连接为一体，各支撑架上均设置滑板，滑板的前端设置有挡块，至少一个中间的支撑架上设置有滑轮轴向运转机构，两个支撑架之间连接导轨，导轨上安装有平移机构，平移机构上连接有压紧机构，一个最外侧的支撑架上设置有定位挡板，其余支撑架上均设置有辅助支撑机构。所述辅助支撑机构采用所述第一角向定位装置中的承托机构，对工件起辅助支撑作用。所述轴向运转装置中的滑轮轴向运转机构可采用上料仓上侧移定位机构中的顶升机构。滑板承接由第一加工工位加工后滚落的工件，工件沿滑板滚落至辅助支撑机构上方，压紧机构将工件固定，防止工件在轴向移动过程中产生窜动，平移机构带动工件向右移动到定位挡板处，实现工件右端定位。

所述轴向运转装置中的压紧机构安装在平移机构上，包括下板、顶升气缸、上板和旋转气缸，下板和上板分别连接在顶升气缸和旋转气缸的活塞杆上，顶升气缸和旋转气缸竖直安装在支撑架上。工件移送到位后，旋转气缸带动上板转至工件上方，顶升气缸带动下板升起，下板带动工件提升，将工件压紧在下板和上板之间。压紧机构压紧工件后与工件一起随平移机构的滑块移动。

所述轴向运转装置中的平移机构，包括伸缩气缸和滑块，伸缩气缸水平安装在两个支撑架之间，伸缩气缸的活塞杆与安装在所述导轨上的滑块连接。压紧机构将工件压紧固定后，伸缩气缸推动滑块、压紧机构和工件在导轨上移动，使工件端头到达定位挡板，实现工件的另一端定位。

所述第二步进推送装置与第一步进推送装置基本相同，只是增加了一个托起装置，在夹持装置前后均安装一套托起装置，可实现工件在轴向运转工位、第二角向找正工位、第二加工工位和下料仓接料工位依次向前转运。第二角向定位装置的结构和角向找正过程与第一角向定位装置是一样的。第二运转装置的结构和运行过程与第一运转装置是一样的。

所述下料仓，包括支撑架，支撑架上分布有工件支架和同步运行的链轮链条输送机构。

本发明解决了细长抽油杆加工过程中存在的输送、夹持及定位困难的问题，实现了抽油杆两端外螺纹的智能自动生产，节奏性强。整个过程，除了半成品工件在上料仓的放置和加工完毕工件在下料仓的卸下，工件在每个工位之间的转移都有相应的装置或机构自动完成，包括工件的轴向或角向定位以及进入或拉出机床，完全实现了智能制造，整个生产线中各装置或机构自动控制，工件在各工位依次按节拍运行，保证了工件移送平稳，节奏紧凑，生产效率高，降低了生产成本，满足了智能制造的需求。

附图说明

图1是本发明的抽油杆智能制造生产线的总体平面布置示意图。

图2是本发明的抽油杆智能制造生产线的总体立体布置示意图。

图3是本发明中上料架的整体结构示意图。

图4是本发明中上料仓的整体结构示意图。

图5是上料仓中隔料调整机构的结构示意图。

图6是上料仓中抖料防错机构的结构示意图。

图7是上料仓中分料机构的结构示意图。

图8是上料仓中侧移定位机构的结构示意图。

图9是本发明中第一步进推送装置的总体结构示意图。

图10是第一步进推送装置中提升装置的结构示意图。

图11是第一步进推送装置中平移装置的结构示意图。

图12是第一步进推送装置中柔性夹持装置的立体结构示意图；

图13是柔性夹持装置的主视图；

图14是柔性夹持装置的另一种结构示意图；

图15是本发明中第一角向定位装置的总体结构示意图；

图16是第一角向定位装置中夹持旋转进给装置的结构示意图；

图17是本发明中第一运转装置的总体结构示意图；

图18是第一运转装置中翻料机构的总体结构示意图；

图19是本发明中轴向运转装置的总体结构示意图；

图20是轴向运转装置中辅助支撑机构的结构示意图；

图21是轴向运转装置中滑轮轴向运转机构的结构示意图；

图22是轴向运转装置中压紧机构的结构示意图；

图23是轴向运转装置中平移机构的结构示意图；

图24是本发明中第二步进推送装置的结构示意图；

图25是本发明中下料仓的结构示意图；

图26是本发明中下料架的结构示意图。

图中：1.上料架，2.上料仓，3.第一步进推送装置，4.第一角向定位装置，5.第一运转装置，6.第一机床，7.轴向运转装置，8.第二角向定位装置，9.第二机床，10.第二步进推送装置，11.第二运转装置，12.下料仓，13.下料架，14.工件；

101.耐磨条，102.高度可调地脚，103.挡块；

201.支撑架，202.侧移定位机构，203.抖料防错机构，204.隔料调整机构，205.分料机构，206.高度可调整地脚，207.挡料座；20201.挡板，20202.顶升滚轮，20203.顶升座，20204. 支座，20205.顶升气缸，20206.平移气缸，20207.导轨，20208.滑座，20209.旋转气缸，20210. 上板，20211.顶升气缸；20301.计数器，20302.抖料气缸；20401.隔料板，20403.下滑轨道，20402.拉杆，20404.调节螺杆，20405.支座；

301.提升装置，302.平移框架，303.直线滑轨，304.平移装置，305.底座，306.柔性夹持装置，307.托起装置，308.联轴；30101.顶升气缸，30102.托板，30103.导向杆，30104.直线轴承；30401.平移气缸，30402.直线滑块，30403.支撑座，30404.万向接头，30405.连接板；30601.气缸，30602.右柔性夹爪，30603.连杆，30604.导轨，30605.基座，30606. 连板，30607.右移动座，30608.左移动座，30609.左柔性夹爪，30610.推杆，30611.弹簧，30612.导向轴，30613.动座，30614.夹块，30615.静座，30616.轴，30617.滚轮；

401.定位板，402.底座，403.支架，404.柔性夹持装置，405.激光测距仪，406.夹持旋转进给装置，407.托杆；40601.顶升机构，40602.卡爪，40603.气动卡盘，40604.移动座，40605.推进气缸，40606.伺服电机，40607.直线导轨，40701.顶升气缸，40702.托杆；

501.翻料机构，502.顶升机构，503.直线滑轨，504.齿轮齿条机构，505.润滑单元，506. 伺服电机，507.底座，508.固定支撑架，509.移动支撑架，510.柔性夹紧机构；

701.滑板，702.辅助支撑机构，703.高度可调地脚，704.支撑架,705.滑轮轴向运转机构， 706.压紧机构，707.平移机构，708.连接座，709.导轨，710.定位挡板，711.连杆；70101. 挡块；70201.辅助气缸，70202.连接板，70203.短支撑杆；70501.气缸，70502.连接板， 70503.滚动轮，70504.滚轮座，70505.连接架；70601.上板，70602.旋转气缸，70603.下板， 70604.顶升气缸；70701.伸缩气缸，70702.万向接头，70703.滑块连接座，70704.滑块；

1201.高度可调地脚，1202.传动轴机构，1203.支撑架，1204.链轮链条输送机构，1205. 电机传动机构，1206.工件支架；

1301.挂轴，1302.支撑架，1303.吊带，1304.加强斜板，1305.高度可调地脚；

1401.螺纹加工段，1402.四方段。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明的智能制造生产线，按照工件运行方向，包括依次设置的上料架1、上料仓2、第一步进推送装置3、第一角向定位装置4、第一运转装置5、轴向运转装置7、第二角向定位装置8、第二步进推送装置10、第二运转装置11、下料仓12和下料架 13。第一运转装置5的外侧设置第一机床6，第二运转装置11的外侧设置第二机床9。第一步进推送装置3与第二步进推送装置10在工件运行方向相对设置，第一角向定位装置4和第二角向定位装置8在工件加工方向相对设置，第一运转装置5和第二运转装置11在工件加工方向相对设置，第一机床6和第二机床9在工件加工方向相对设置，各加工工件一端的外螺纹，机床是现有专用设备，不属于本发明的结构组成部分。第一步进推送装置3将工件在上料仓2、第一角向定位装置4和第一运转装置5上依次向前推送至第一机床6，加工工件一端螺纹；第二步进推送装置10将工件在轴向运转装置7、第二角向定位装置8、第二运转装置 11和下料仓12之间向前推送至第二机床9，加工工件另一端螺纹。工件在第一运转装置5与轴向运转装置7之间为滚落输送。

由于半成品工件14的两端在螺纹加工段1402以内各有一段截面为四方形(矩形)的四方段1401，参见图8，两端四方段之间的杆体为圆形，在机床上加工螺纹加工段1402上的外螺纹时，机床上的卡盘是对角夹紧四方段1401，所以必须角向找正使四方段1401的角度调整为与卡盘夹紧状态一致。

上述生产线按照智能制造的理念，工件从上料开始到下料加工完成结束，全部无需人工干预，系统通过上位机PC发出自动化运行指令，通过主控机中各PLC模块和各运动单元完成自动化运行动作，大大减少了人工参与的过程，提高了工作效率和节拍。半成品工件成捆放至上料架1上，人工拆捆后逐根放入上料仓2。在上料仓2内工件逐根下滚进待取料工位，在待取料工位进行轴向粗定位。第一步进推送装置3把待取工位的工件托起输送至第一角向找正工位，在第一角向找正工位由第一角向定位装置4带动工件转动，使工件上矩形截面的装夹部位转动至第一机床6上卡盘夹紧所需的方向，找正角向位置后等待第一步进推送装置 3再次送料。第一步进推送装置3夹紧工件，保持工件的角向不变把工件送至第一加工工位。在第一加工工位由第一运转装置5将工件送至第一机床6内，机床内卡盘夹紧工件，第一机床6带动工件转动，加工工件一端的外螺纹。工件在第一工位加工完毕后由第一运转装置5 把工件移回，并使工件沿斜道滚至轴向运转工位。在轴向运转工位由轴向运转装置7把工件转移至另一侧定位，以进行工件另一端的外螺纹加工。工件被第二步进推送装置10移至第二角向找正工位，在第二角向找正工位由第二角向定位装置8重复进行第一角向定位装置4的角向找正动作。第二角向找正完成后由第二步进推送装置10夹紧工件，保持工件的角向不变把工件送至第二加工工位。在第二加工工位由第二运转装置11将工件送至第二机床9内，机床内卡盘夹紧工件，第二机床9带动工件转动，加工工件另一端的外螺纹。加工完毕后由第二步进推送装置10把工件从第二加工工位转运至下料仓12的接料工位，在下料仓12中工件自动推送至下料架13上，打捆后搬运。

如图3，上料架1置于整个生产线的首端，由钢管和钢板焊接而成，顶面设置有耐磨条 101，底部带有高度可调地脚102，顶面外侧设置有挡块103。成捆待加工工件由行车或其他起吊设备吊至上料架1上备用。挡块103保证拆捆后不会掉落，只能向上料仓2的方向滚动。

如图4所示，上料仓2包括支撑架201、隔料调整机构204、抖料防错机构203、分料机构205和侧移定位机构202。支撑架201的底部设置有高度可调整地脚206。支撑架201最前端设置挡料座207。在支撑架201上沿工件运行方向(以工件运行方向为前)依次设置隔料调整机构204、分料机构205和侧移定位机构202。隔料调整机构204在设置支撑架201的顶面，使单个工件沿斜面下滑，可以根据工件的重量及下滑速度，适当调整斜面角度，同时可对通过的工件进行计数，以防出错。隔料调整机构204的下方设置有抖料防错机构203，防止工件在下滑过程中产生搅料现象，通过振动使工件自然排成一列。当生产线需要工件时由分料机构进行分料，确保每次只能通过一根工件。通过分料机构的工件滑至侧移定位机构202 上，对工件进行端面的粗定位。上料仓2自动实现了单根工件的逐一输送及一端的轴向定位。

为了使工件平稳和更好地控制，支撑架201沿工件长度方向分设多个，各个支撑架连接为一体，至少一个支撑架201上设置隔料调整机构204、抖料防错机构203、分料机构205和侧移定位机构202，各相应机构同步控制运行。

如图5，上料仓2中的隔料调整机构204包括平行设置在支撑架201上的隔料板20401 和下滑轨道20403，隔料板20401和下滑轨道20403之间的间隙只能使一个工件通过，防止工件与工件之间发生搅料现象。隔料板20401通过拉杆20402固定在支撑架201上。为了根据工件种类改变下滑轨道20403的倾斜角度，使下滑轨道20403的前部通过支座20405与支撑架201铰接，可在支座20405上转动，同时下滑轨道20403的后部连接调节螺杆20404，调节螺杆20404通过螺母连接在支撑架201上，通过调节螺杆20404升起或下降调节下滑轨道20403的倾斜角度，可以根据工件的重量及下滑速度，适当调整下滑轨道的角度。

如图6，上料仓2中的抖料防错机构203包括安装在支撑架201上的抖料气缸20302和计数器20301，抖料气缸20302的活塞杆上带有抖料架。在工件依次滑落的过程中，抖料气缸20302带动抖料架间歇性的上下升降，防止出现工件之间的搅料现象，当每个工件经过时触发计数器20301上的检测开关进行计数，从而统计加工数量。

如图7，上料仓2中的分料机构205包括挡料架20501、顶升机构和压料板20502；挡料架20501和压料板20502前后设置在支撑架201上，并位于下滑轨道20403的上方外侧，挡料架20501顶面为斜面，便于工件下滑；压料板20502的前端下部设置容料槽，挡料架20501后端与容料槽和下滑轨道20403形成的空隙20505只能容纳一个工件；顶升机构设置在压料板20502下方并位于下滑轨道20403的一侧，顶升机构采用气缸20503，顶升气缸20503安装在支撑架201上，其活塞杆连接顶升块20504。当工件14滑至挡料架20501处时被阻挡住，只有前面一个工件处于空隙20505内，启动顶升气缸20503，顶升块20504升起，将处于空隙20505内的工件抬起并沿挡料架20501顶面下滑至支撑架201前端的挡料座207上，等待被侧移定位机构202进行粗定位。挡料座207上设置有半圆形凹槽以放置工件14。

如图8，上料仓2中的侧移定位机构202包括自支撑架201外侧向里(工件长度方向)依次设置的挡板20201、顶升机构和平移机构，平移机构上连接夹紧机构。挡板20201上设置有料检测开关。顶升机构包括顶升气缸20205，顶升气缸20205通过支座20204安装在支撑架201上，支座20204上通过导向杆连接顶升座20203，顶升座20203上安装有顶升滚轮 20202，顶升滚轮20202上带有V形槽，顶升座20203与顶升气缸20205的活塞杆连接。单个工件14到达后，处于顶升滚轮20202的V形槽上方，启动顶升气缸20205使顶升座20203与顶升滚轮20202同时上升，将工件升起。平移机构包括固定在支撑架201上的平移气缸20206 和导轨20207，导轨20207上安装有滑座20208，平移气缸20206的活塞杆与滑座20208连接。夹紧机构的作用是将工件固定，防止工件在轴向移动过程中产生窜动，夹紧机构可与图22中的压紧机构706结构一样，包括安装在滑座20208上的顶升气缸20211和旋转气缸20209，顶升气缸20211和旋转气缸20209的活塞杆上分别连接下板和上板20210，上板20210底面可带有凹槽。工件移送到位后，旋转气缸20209带动上板20210转至工件上方，顶升气缸20211 带动下板升起托住工件，将工件压紧在下板和上板20210之间。夹紧机构压紧工件后与工件一起随滑座20208向右移动。图4中是将平移气缸20206的活塞杆与夹紧气缸20209的活塞杆直接连接，同样起到移动夹紧机构的目的。侧移定位机构202的工作过程是：当工件14从分料机构205落入后，启动顶升气缸20205动作将工件14顶起，再启动夹紧气缸20209进行夹紧，最后启动平移气缸20206带动下到达挡板20201位置，挡板20201上的有料检测开关检测到工件14后，停止工件移动，各元件复位。

如图9，第一步进推送装置3包括至少两个运转单元(图9中有四个运转单元，数量应能保证工件平稳运行)，各个运转单元按工件14的长度分布。单个运转单元包括底座305、平移框架302、托起装置307和柔性夹持装置306，底座305上设置有直线滑轨303，平移框架302安装在直线滑轨303上，平移框架302上设置有托起装置307和柔性夹持装置306，托起装置307处于柔性夹持装置306后方，托起装置307和柔性夹持装置306分别连接在一套提升装置301上，提升装置301安装在平移框架302上。所有平移框架302通过联轴308 连接在一起，联轴308至少与一组平移装置304连接。第一步进推送装置3自动实现了两工位上单根工件按节拍向前输送至下一工位。

第一步进推送装置3中的运转单元处于上料仓2中各支撑架201之间，也处于第一角向定位装置4的支架403之间，负责在上料仓待取料工位、第一角向找正工位和第一加工工位三个工位之间向前推送工件。初始位置时托起装置307处于上料仓待取料工位处(挡料座) 工件的下方，柔性夹持装置306处于第一角向找正工位的下方。托起装置307和柔性夹持装置306分别承托和夹持相应工位上的工件，并在各自下部提升装置301带动下升起，平移装置304带动平移框架302及其上的各装置向前推送至下一工位，也就是上料仓待取料工位处工件推进至第一角向找正工位并由第一角向定位装置4承接；第一角向找正工位中由第一角向定位装置4完成角向找正的工件由柔性夹持装置306夹持推进至第一加工工位并由第一运转装置5承接。提升装置301带动托起装置307和柔性夹持装置306回位，工件落在下一工位上，柔性夹持装置306松开工件，在平移装置304带动下平移框架302及其上的各装置回位。如此，工件向前逐步推送，使角向找正工位进入工件。平移装置304的行程保证推送一次前面的工件到达下一工位。托起装置307是安装在提升装置301上的托料块，托料块顶面带有使工件定位的V形槽或弧形槽。

如图10，提升装置301包括安装在平移框架302上的顶升气缸30101，顶升气缸30101 的活塞杆上连接托板30102，为了防止活塞杆受纵向力影响使用寿命，托板30102上设置有导向杆30103，导向杆30103通过直线轴承30104安装在平移框架302上，在运动过程中起了导向受力的作用。托板30102用于安装承载托起装置307和柔性夹持装置306，通过顶升气缸3带动托板2上的托起装置307和柔性夹持装置306上下运动。

如图11，平移装置304包括平移气缸30401，平移气缸30401铰接在支撑座30403上，支撑座30403通过直线滑块30402安装在底座305上，平移气缸30401的活塞杆通过万向接头30404与连接板30405连接，连接板30405连接在联轴308上。通过平移气缸30401的伸缩带动连接板30405、联轴308和各个平移框架302一起前后移动，设置直线滑块30402、万向接头30404和支撑座30403的目的都是为了防止平移气缸30401在伸缩过程中出现受力犯憋现象，保护活塞杆及运行平稳。

如图12和图13，柔性夹持装置306包括基座30605，基座30605上设置有导轨30604，导轨30604上安装有左移动座30608和右移动座30607，左移动座30608和右移动座30607 上均安装有左柔性夹爪30609和右柔性夹爪30602，两个柔性夹爪相对设置。基座30605上设置有使左移动座30608和右移动座30607在导轨30604上同时相对移动的移动机构。该移动机构包括气缸30601、推杆30610和连杆30603，气缸30601安装在基座30605的下部，其活塞杆与推杆30610的一端铰接，推杆30610的另一端与右移动座30607(或左移动座30608) 铰接。连杆30603的中部通过转轴安装在基座30605上，并处于两个柔性夹爪之间。连杆30603 的两端分别通过一个连板30606与左移动座30608和右移动座30607铰接。参见图13，左柔性夹爪30609和右柔性夹爪30602结构一样，包括静座30615、动座30613、导向轴30612、弹簧30611和夹块30614，动座30613的一端固定设置有两根导向轴30612，另一端安装有夹块30614，两根导向轴30612套装在静座30615上，静座30615固定安装在移动座(左移动座30608和右移动座30607)上；动座30613与静座30615之间设置弹簧30611，两根导向轴30612在静座30615上轴向移动。

上述柔性夹持装置306在对工件采用弹簧柔性连接的夹紧方式，不是靠气缸推力使工件夹紧，而是靠弹簧的压缩力使工件夹紧，从而避免工件在移栽过程中外力产生挤压，对工件造成的划伤或夹伤。当工件到达工位时，处于左柔性夹爪30609和右柔性夹爪30602之间。气缸30601启动，其活塞杆伸出，通过推杆30610推动右移动座30607沿导轨30604向左移动，右移动座30607又带动连杆30603转动，连杆30603的另一端拉动左移动座30608沿沿导轨30604向右移动，这样两个移动座及其上的柔性夹爪同时相对运动，直至将工件夹紧。在夹紧过程中夹块30614与工件接触后，工件被左右夹块包围，随着移动座的移动，动座30613 和弹簧30611被压缩，在弹簧30611的作用下夹块30614将工件柔性夹持。可以适合多种外径规格的棒料夹紧。由于两个柔性夹爪同时运动，也实现了自动找正。

为了使工件在夹紧状态下可以转动，夹块30614改为滚轮，如图14，呈水平状态的上下两个滚轮30617分别通过轴30616安装在动座30613上，滚轮可以是包胶轴承。在弹簧30611 和气缸30601的作用下夹紧力是弹性的，既可将工件保持不晃动，又可使工件转动，滚轮随工件14一起转动。工件在转动过程中，由于是通过弹性橡胶或耐磨套轴承的柔性接触，从而触避免工件的划伤、夹伤等损害。

如图15，第一角向定位装置4包括底座402，底座402上沿工件长度方向间隔分布有五个支架403，面对第一机床6方向的最外端支架上设置有定位板401和承托机构407，定位板 401的一侧设置有激光测距仪405，激光测距仪405处于工件四方段1402的位置，其光线方向垂直于工件轴线；另一侧最外端支架上设置有承托机构407和夹持旋转进给装置406。其余支架403上设置一套柔性夹持装置404，柔性夹持装置404与第一步进推送装置3中的柔性夹持装置306结构和作用一样，采用图14中动座30613上安装滚轮的结构。承托机构407对工件起辅助支撑作用，其结构如图16所示，包括顶升气缸40701和托杆40702，顶升气缸40701竖直安装在支架上，顶升气缸的活塞杆上连接托杆40702，当工件转运到位后，顶升气缸40701带着其上的托杆40702升起，增大工件的支撑点和支撑距离。

如图16，夹持旋转进给装置406包括安装在支架403上的顶升机构40601、直线导轨40607、推进气缸40605和伺服电机40606，直线导轨40607上安装有移动座40604，移动座40604与推进气缸40605的活塞杆连接。移动座40604上安装有气动卡盘40603，气动卡盘40603后端通过传动机构与伺服电机40606连接。伺服电机40606带动气动卡盘40603转动，推进气缸40605带动气动卡盘40603轴向移动。顶升机构40601的结构和工作原理与图8所示上料仓2上侧移定位机构202中的顶升机构一样。

由于机床上的卡盘是夹紧工件14的四方段1401(参见图8)，需要通过角向找正使四方段的角度调整为与卡盘夹紧状态一致。角向找正是通过工件14的杆体外圆定心，测量四方段。激光检测仪401用于测量工件14上的四方形(矩形)截面的角点(高点)，距工件14上的四方形(矩形)截面约150毫米处是第一道滚动夹持(由与激光检测仪401在同一支架上的柔性夹持装置夹持)。由于工件加工的原因会导致四方段与杆体外圆不同心，在加工时杆体摆动过大，本发明通过测得四方段转动一周的数据，数据上传给PLC(可编程控制器)，PLC通过运算找出四方段与杆体外圆偏心最小的对角，机床加工时夹持这个最小的对角。

第一角向定位装置4自动实现了工件的角向定位，满足了下一步加工要求。当工件14由第一步进推送装置3移动就位，由承托机构407和顶升机构40601的托料块托起，工件杆体处于柔性夹持装置404中但不被夹紧。启动气动卡盘40603，其上卡爪40602张开，推进气缸40605在直线滑轨40607上向前伸出到位，将工件向前移动顶到定位板40101，保证每个工件在左端与第一机床6距离一致，实现工件长度方向在左侧的定位。然后气动卡盘40603 控制手爪40602夹紧工件右端头(图1中向下为工件运行方向，工件的长度方向与运行方向垂直，沿运行方向的左右侧定为工件的左端和右端)，各柔性夹持装置404夹紧工件杆体。伺服电机40606通过同步带传动机构带动整个气动卡盘40603、卡爪40602及工件14一起转动，实现工件14的转动。以气动卡盘40603转动起点作为0度连续转动，每转一个角度(0.1度) 激光传感器401采集(测得)一个距离数值，PLC记录每一个0.1度对应的数值，通过对工件转动一周测得的若干数值进行计算得到工件棱角处于最高点时对应的角度，PLC控制伺服电机40606转动到相应的角度，即可实现工件位置找正。激光检测仪401在工件左端四方段处测得最佳夹持对角后，转动停止，角向找正完成。

工件在第一角向找正工位由第一角向定位装置4实现角向找正后，由第一步进推送装置 3转运至第一加工工位，在第一加工工位由第一运转装置5转运工件送至第一机床6内的加工位置，转运过程角向位置不变。

如图17，第一运转装置5包括底座507，底座507上分布有四个固定支撑架508和一个移动支撑架509，左侧起第二个为移动支撑架509。固定支撑架508上设置有翻料机构501和顶升机构502，移动支撑架509上设置有柔性夹紧机构510。移动支撑架509与设置在底座507上的移动机构连接，该移动机构包括直线滑轨503、齿轮齿条机构504和伺服电机506，直线滑轨503和齿轮齿条机构504中的齿条均安装在底座507上，齿轮齿条机构504中的齿轮安装在伺服电机506上，伺服电机506安装在移动支撑架509上，移动支撑架509安装在直线滑轨503上。底座507上还设置有为齿轮齿条机构504提供润滑的润滑单元505。伺服电机506通过齿轮齿条传动带动移动支撑架509移动，将工件送入或移出第一机床6。如图 18，翻料机构501包括顶升气缸50103和托杆50101，顶升气缸50103通过支架50104竖直安装在支撑架508上，顶升气缸50103的活塞杆上设置有连接板50102，连接板50102上连接托杆50101(托杆是有一定的斜度，沿工件运行方向向下倾斜，以方便工件翻转)。柔性夹紧机构510与与第一步进推送装置3中的柔性夹持装置306结构和作用一样，采用图14中动座30613上安装滚轮的结构。顶升机构502的结构和工作原理与图8所示上料仓2上侧移定位机构202中的顶升机构一样。

第一运转装置5自动实现了工件角向定位不变的前提下推入加工机床第一机床6加工一端外螺纹，以及在加工完毕后拉出并翻送至轴向运转装置。第一步进推送装置3把工件转运至上述第一运转装置5，由各个固定支撑架508上的顶升机构502托住，移动支撑架509上的柔性夹紧机构510夹持工件，伺服电机506带动移动支撑架509、柔性夹紧机构510及工件一起向第一机床6移动，把工件送至第一机床6内的加工位置，加工工件左端外螺纹。加工结束后，伺服电机506带动移动支撑架509及夹持的工件一起移出机床。当工件在第一机床6内加工完成并拉出后，翻料机构501动作，顶升气缸50103带动连接板50102及托杆50101抬起，将工件顶升翻入下一工位，进入轴向运转装置。

工件在第一加工工位下料后，滚至轴向运转装置7相应的待料工位，轴向运转装置7压紧工件并送至定位处，从而进行另一头的角向定位，自动实现了工件一端的轴向定位。

如图19，轴向运转装置7包括滑板701、辅助支撑机构702、支撑架704、滑轮轴向运转机构705、压紧机构706和平移机构707。支撑架704间隔分布且下部连接为一体，每个支撑架704的底部设置有高度可调地脚703。由左至右前段几个支撑架704的底部通过连杆711连接为一体，这几个支撑架704的前三个上部设置有滑板701和辅助支撑机构702，滑板701的前端设置有挡块70101(参见图20)，滑板701用于承接由第一加工工位加工后滚落的工件，工件沿滑板701滚落至挡块70101处并处于辅助支撑机构702上方；后一个支撑架704上部设置有滑轮轴向运转机构705。后段三个支撑架704是上部连接在一起，分别通过连接座708 和导轨709连接，导轨709上安装有平移机构707，平移机构707上连接有压紧机构706。最后一个支撑架704上设置有定位挡板710。压紧机构706的作用是将工件固定，防止工件在轴向移动过程中产生窜动。压紧机构706压紧工件14后，平移机构707带动工件向右移动到定位挡板710处，实现工件右端定位。

由于工件比较细长，支撑跨距比较远，在转运过程中，容易产生变形弯曲现象，辅助支撑702的作用就是增加支撑点，防止工件变形下垂。如图20，辅助支撑机构702与第一角向定位装置中的承托机构一致，包括辅助气缸70201和短支撑杆70203，辅助气缸70201通过连接板70202竖直安装在支撑架704上，辅助气缸70201的活塞杆上连接横向的短支撑杆70203。当工件转运到位后，安装在连接板70202上的辅助气缸70201带着其上的短支撑杆70203升起，增大工件的支撑点和支撑距离。

滑轮轴向运转机构705的主要作用是承托工件14轴向运动，实现一端定位。如图21，滑轮轴向运转机构705包括气缸70501和滚动轮70503。气缸70501通过连接架70505竖直安装在支撑架704上，气缸70501的活塞杆上设置有连接板70502，连接板70502上安装滚轮座70504，滚轮座70504上安装有滚动轮70503。当工件滑到待料位置后，压紧机构706压紧工件，气缸70501通过连接板70502带动滚轮座70504和滚动轮70503一起上升，上升到位后，工件在滚动轮70503上轴向运动。滑轮轴向运转机构705也可采用上料仓上侧移定位机构中的顶升机构。

压紧机构706安装在平移机构707的滑块70704上，与上料仓2中的夹紧机构一样，其作用是将工件固定，防止工件在轴向移动过程中产生窜动。如图22，压紧机构706包括下板 70603、顶升气缸70604、上板70601和旋转气缸70602，下板70603和上板70601上下设置，分别连接在顶升气缸70604和旋转气缸70602的活塞杆上，顶升气缸70604和旋转气缸70602竖直安装在支撑架704上。上板70601底面带有V形槽，与旋转气缸70602的活塞杆是浮动连接。工件移送到位后，旋转气缸70602带动上板70601转至工件上方，顶升气缸70604带动下板70703升起，下板70703带动工件提升，将工件压紧在下板70603和上板70601之间。压紧机构706压紧工件后与工件一起随平移机构707的滑块70704向右移动。

如图23，平移机构707包括伸缩气缸70701和滑块70704，伸缩气缸70701水平安装在连接座708上，伸缩气缸70701的活塞杆通过万向接头70702与滑块连接座70703连接，滑块连接座70703设置在滑块70704前端，滑块70704安装在导轨709上。压紧机构706将工件压紧固定后，伸缩气缸70701推动滑块70704、压紧机构706及工件14一起向右移动，工件14端头到达定位挡板711后停止动作，实现工件的右端定位。

第二步进推送装置用于将工件依次在轴向运转装置、第二角向定位装置、第二运转装置和下料仓上向前推送。轴向运转装置7将工件送至右端定位后，由第二步进推送装置10移送到第二角向找正工位，由第二角向定位装置8对工件进行右端的角向找正。第二步进推送装置10的结构如图24所示，与第一步进推送装置3基本相同，只是在柔性夹持装置306前后均安装一套托起装置307，增加了一个托起装置，可实现工件的三工位移裁；初始位置时，三个装置(夹持装置和两个托起装置)分别处于轴向运转工位、第二角向找正工位和第二加工工位，一次运行，使三个工件由轴向运转工位、第二角向找正工位和第二加工工位分别转运至在第二角向找正工位、第二加工工位和下料仓接料工位，在轴向运转工位、第二角向找正工位、第二加工工位和下料仓接料工位依次向前转运。在不同工位由不同装置完成相应工艺动作。第二角向定位装置自动实现将工件另一端转动至第二机床9的装夹角度，第二角向定位装置8的结构和角向找正过程与第一角向定位装置3是一样的。第二角向找正完成后，第二步进推送装置10再将工件向前推送至第二加工工位，在第二加工工位由第二运转装置 11自动将工件推送进第二机床9内加工右端外螺纹，并在加工完毕后拉出。第二运转装置11 的结构和运转过程与第一运转装置11一样。两端均加工外螺纹的工件14由第二步进推送装置10推送至下料仓12，下料仓用于承接第二步进推送装置推送的完成两端加工的工件。

如图25，下料仓12包括支撑架1203，支撑架1203的底部设置有高度可调地脚1201，支撑架1203顶面分布有多个工件支架1206，支撑架1203上设置有多个同步运行的链轮链条输送机构1204，各个链轮链条输送机构1204共用同一传动轴1202，传动轴1202通过带传动或链传动等传动机构与固定在支撑架1203上的电机1205连接。

第二步进推送装置10把工件送至工件支架1206上(接料工位)，由链轮链条输送机构 1204上定节距的输送链输送，每节拍输送一个节距，每个节距上能放置一个工件，在工件支架1206前端由人工安装螺纹保护套后搬运至下料架13。

如图26，用于成品工件暂放的下料架13包括支撑架1302，支撑架1302底部设置有高度可调地脚1305，支撑架1302中设置有加强斜板1304，支撑架1302上分布有多组吊带1303，每组吊带1303通过挂轴1301挂于支撑架1302上。加工完成后的工件从下料仓12末端掉落到吊带1303上，满料后人工打捆运走。

Claims (3)

1.一种抽油杆的智能制造生产线，其特征是：包括依次设置的上料仓、第一步进推送装置、第一角向定位装置、第一运转装置、轴向运转装置、第二角向定位装置、第二步进推送装置、第二运转装置和下料仓；第一运转装置和第二运转装置的外侧均设置加工机床；

第一步进推送装置用于将工件依次在上料仓、第一角向定位装置和第一运转装置上向前推送；上料仓用于将工件逐根一端定位，第一角向定位装置用于将工件一端转动至机床装夹角度，第一运转装置用于将工件推送进第一机床加工一端外螺纹以及在加工完毕后拉出并翻送至轴向运转装置；

第二步进推送装置用于将工件依次在轴向运转装置、第二角向定位装置、第二运转装置和下料仓上向前推送；轴向运转装置用于将工件另一端定位，第二角向定位装置用于将工件另一端转动至机床装夹角度，第二运转装置用于将工件推送进第二机床加工另一端外螺纹以及在加工完毕后拉出；下料仓用于承接第二步进推送装置推送的完成两端加工的工件；

所述上料仓，包括支撑架、隔料调整机构、抖料防错机构、分料机构和侧移定位机构；支撑架沿工件运行方向依次设置隔料调整机构、分料机构和侧移定位机构，支撑架前端设置挡料座；隔料调整机构设置在支撑架的顶面，隔料调整机构的下方设置有抖料防错机构，分料机构使一根工件通过滑至侧移定位机构上，侧移定位机构对工件进行端面定位；

所述上料仓中的侧移定位机构，包括在所述支撑架上依次设置的挡板、顶升机构和平移机构，平移机构上连接夹紧机构，工件到达后处于顶升机构上方，顶升机构将工件升起，夹紧机构夹紧工件，最后平移机构推送工件端部顶到挡板；

所述第一步进推送装置包括至少两个运转单元，各个运转单元按工件的长度分布，单个运转单元包括底座、平移框架、托起装置和夹持装置，底座上设置有直线滑轨，平移框架安装在直线滑轨上，平移框架上前后设置有夹持装置和托起装置，所有平移框架通过联轴连接在一起；

所述夹持装置，包括基座，基座上设置有导轨，导轨上安装有左移动座和右移动座，左移动座和右移动座上分别安装有左柔性夹爪和右柔性夹爪，左右两个柔性夹爪相对设置，基座上设置有使左移动座和右移动座在导轨上同时相对移动的移动机构；所述左柔性夹爪和右柔性夹爪结构相同，均包括静座、动座、导向轴和夹块，动座一端固定设置有两根导向轴，另一端安装有夹块，两根导向轴安装在静座上，静座固定安装在左移动座或右移动座上，动座与静座之间设置弹簧。

2.根据权利要求1所述的抽油杆的智能制造生产线，其特征是：所述第一角向定位装置，包括底座，底座上沿工件长度方向间隔分布有支架，最外侧两个支架中的一个上设置有定位板和承托机构，另一个上设置有承托机构和夹持旋转进给装置，其余支架上均设置夹持装置；所述第一角向定位装置中的夹持旋转进给装置，包括安装在所述支架上的顶升机构、直线导轨、推进气缸和传动机构，直线导轨上安装有移动座，移动座与推进气缸的活塞杆连接，移动座上安装有气动卡盘，气动卡盘与传动机构连接。

3.根据权利要求1所述的抽油杆的智能制造生产线，其特征是：所述第一运转装置，包括底座，底座上分布有固定支撑架和移动支撑架，固定支撑架上设置有翻料机构和顶升机构，移动支撑架上设置有夹紧机构，移动支撑架与设置在底座上的移动机构连接。

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