CN115430553A - 一种高效锻造喷墨装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效锻造喷墨装置，包括固定框架、升降运动机构、平面运动机构、摇摆运动机构以及石墨乳雾化喷枪。升降运动机构固定在固定框架上，平面运动机构固定在升降运动机构上，摇摆运动机构固定在平面运动机构前端，石墨乳雾化喷枪固定在摇摆运动机构上；升降运动机构，用于带动平面运动机构进行升降运动；平面运动机构可相对固定框架进行回转运动，并能带动前端的摇摆运动机构和石墨乳雾化喷枪做直线运动。本发明提出的高效锻造喷墨装置，可以模仿人工喷涂作业时的旋转、摇摆、升降等动作形式，提高喷涂的均匀性和锻件质量；同时，通过驱动机构间的插补计算，实现喷涂路径的自由规划，提高了装置对不同锻件模腔的兼容性。

Description

一种高效锻造喷墨装置

技术领域

本发明涉及自动化锻造技术领域，特别涉及一种高效锻造喷墨装置。

背景技术

随着自动化技术的发展，由于锻造作业环境差、危险性高、劳动强度大等因素，传统的人工锻造正在逐渐被自动化生产线替代。其中，石墨乳自动喷涂是锻造实现整线自动化的必备环节和技术难点。普通的喷墨装置，多采用气缸带动喷枪到达模具上方，单点固定喷墨，石墨乳喷涂不均匀、覆盖不到位，导致锻件成型质量差和模具使用寿命低。因此，迫切需要一种能够实现多自由度运动的高效锻造喷墨装置。

发明内容

本发明的目的在于解决锻造自动化过程中，石墨乳单点喷涂不均匀、覆盖不到位，导致锻件成型质量差、模具使用寿命低，同时影响整线自动化稳定性的问题，提出一种高效锻造喷墨装置，可以模仿人工喷涂作业时的旋转、摇摆、升降等动作形式，提高喷涂的均匀性和锻件质量；同时，通过驱动机构间的插补运动，实现喷涂路径的自由规划，提高装置对不同锻件形状模腔的兼容性。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种高效锻造喷墨装置，该装置包括固定框架、升降运动机构、平面运动机构、摇摆运动机构以及石墨乳雾化喷枪，所述升降运动机构固定在固定框架上，所述平面运动机构固定在升降运动机构上，所述摇摆运动机构固定在平面运动机构前端，所述石墨乳雾化喷枪固定在摇摆运动机构上；所述升降运动机构，用于带动平面运动机构进行升降运动；所述平面运动机构可相对固定框架进行回转运动，并能带动前端的摇摆运动机构和石墨乳雾化喷枪做直线运动。

进一步地，所述升降运动机构包括升降气缸、浮动接头、升降立柱、升降导套、固定立柱、密封圈；所述升降气缸的缸体固定在固定框架上，所述浮动接头一端连接在升降气缸的活塞杆上，另一端连接在升降立柱上，所述固定立柱固定在固定框架上，所述升降导套与升降立柱、固定立柱同轴配合，所述密封圈固定在固定立柱的上端；

所述平面运动机构包括双杆夹紧块、空心导向轴、风琴保护罩、导向轴套、齿轮箱、直线驱动电机、直线电机座、回转驱动电机、回转支承、直线运动齿轮、回转运动齿轮、圆齿条；所述回转支承外圈固定在升降立柱上，所述齿轮箱固定在回转支承内圈，所述直线电机座固定在齿轮箱上，所述直线驱动电机固定在直线电机座上，所述直线运动齿轮固定在直线驱动电机的转轴上，所述回转驱动电机固定在齿轮箱上，所述回转运动齿轮固定在回转驱动电机的转轴上，且与回转支承啮合，四个所述导向轴套对称固定在齿轮箱的两个侧面，所述圆齿条穿过下方的一对导向轴套，与直线运动齿轮啮合，所述空心导向轴穿过上方一对导向轴套，所述双杆夹紧块同时夹紧圆齿条和空心导向轴，所述风琴保护罩一端连接齿轮箱，一端连接双杆夹紧块；

所述摇摆运动机构包括摇摆头、偏心轮、步进电机；所述步进电机固定在双杆夹紧块上，摇摆头穿在圆齿条上，所述偏心轮一端穿过双杆夹紧块连接到步进电机的转轴上，另一端连接摇摆头。

进一步地，所述升降气缸采用杆不回转型气缸，能避免因升降立柱自身偏转导致平面运动不精准。

进一步地，所述回转支承采用外齿式回转支承，内外圈可相对转动，外圈上加工直齿齿形。

进一步地，所述圆齿条与空心导向轴、双杆夹紧块组成一个整体，既作为直线运动的传动部分和导向部分，又作为摇摆运动机构的固定承载部分。简化了装置结构，降低对直线驱动电机的功率要求。

进一步地，所述平面运动机构通过回转驱动电机带动回转运动齿轮转动，回转运动齿轮与回转支承的外齿圈啮合传动，带动平面运动机构相对固定框架做回转运动。

进一步地，所述平面运动机构通过直线驱动电机带动直线运动齿轮转动，直线运动齿轮与圆齿条啮合传动，带动前端的摇摆运动机构和石墨乳雾化喷枪做直线运动。

进一步地，所述平面运动机构的回转运动和直线运动既可以独立运动，也可以通过控制程序和运动学方程进行动作合成，实现平面内任意点可达，结合模腔形状规划圆形、矩形、曲线等喷涂路径，提高了喷涂的覆盖范围和均匀性，以及装置的适用范围。

进一步地，所述摇摆运动机构还包括偏心轴铜套，所述偏心轮的一端通过偏心轴铜套嵌入到双杆夹紧块内，并连接到步进电机的转轴上，另一端嵌在摇摆头的矩形槽内，通过步进电机驱动偏心轮转动，带动摇摆头绕圆齿条轴线做往复摇摆动作，保证了喷墨装置对于复杂模腔的兼容。

进一步地，所述摇摆运动机构还包括回转轴铜套，所述圆齿条通过回转轴铜套嵌入到摇摆头内。

本发明根据锻造过程石墨乳喷涂的工艺要求，提供了一种高效锻造喷墨装置，与现有技术相比，其显著优点为：

1)通过回转运动和直线运动的合成动作，结合控制程序和运动学方程，实现喷枪在平面内任意点可达，结合模腔形状规划圆形、矩形、曲线等喷涂路径，提高了喷涂的覆盖范围和均匀性。相较于目前的单轴运动或X-Y两轴运动形式，提高了喷枪的平面运动范围，同时也简化了结构，场地占用更小，降低了与自动化生产线中其他设备干涉的风险。

2)通过增加模仿人工作业时的摇摆运动机构，保证了喷墨装置对于复杂模腔的兼容。

3)同时，利用圆齿条和空心导向轴组成受力框架，既是传动部件，又是导向部件，也是承载部件，简化了装置结构。

4)另外，通过风琴保护罩等对运动部件进行防护，避免因石墨沾染导致运动不畅，提高了装置的稳定性。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为高效锻造喷墨装置总体结构图。

图2为升降运动机构结构图。

图3为平面运动机构结构图。

图4为摇摆运动机构结构图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1—固定框架、2—升降运动机构、201—升降气缸、202—浮动接头、203—升降立柱、204—升降导套、205—固定立柱、206—密封圈、3—平面运动机构、301—双杆夹紧块、302—空心导向轴、303—风琴保护罩、304—导向轴套、305—齿轮箱、306—直线驱动电机、307—直线电机座、308—回转驱动电机、309—回转支承、310—直线运动齿轮、311—回转运动齿轮、312—圆齿条、4—摇摆运动机构、401—摇摆头、402—偏心轮、403—步进电机、404—回转轴铜套、405—偏心轴铜套、5—石墨乳雾化喷枪。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在一个实施例中，提供了一种高效锻造喷墨装置，包括固定框架1、升降运动机构2、平面运动机构3、摇摆运动机构4以及石墨乳雾化喷枪5，所述升降运动机构2固定在固定框架1上，所述平面运动机构3固定在升降运动机构2上，所述摇摆运动机构4固定在平面运动机构3末端，所述石墨乳雾化喷枪5固定在摇摆运动机构4上；所述升降运动机构2，用于带动平面运动机构3进行升降运动；所述平面运动机构3可相对固定框架1进行回转运动，并能带动前端的摇摆运动机构4和石墨乳雾化喷枪5做直线运动。

进一步地，在其中一个实施例中，参照图2所示，升降运动机构2包括升降气缸201、浮动接头202、升降立柱203、升降导套204、固定立柱205、密封圈206。所述升降气缸201的缸体固定在固定框架1上，所述浮动接头202一端通过螺纹连接在升降气缸201的活塞杆上，另一端螺纹连接在升降立柱203上，所述固定立柱205固定在固定框架1上，所述升降导套204与升降立柱203、固定立柱205同轴配合，所述密封圈206固定在固定立柱205的上端；升降运动机构通过升降气缸的伸缩动作，驱动固定在升降立柱上的平面运动机构升高降低，根据锻造工艺要求，将喷涂高度降低或抬高，保证喷涂的覆盖范围和均匀性。

这里优选地，升降气缸选用杆不回转型气缸，避免因升降立柱自身偏转导致平面运动不精准；利用浮动接头的受力特性，降低升降气缸与升降立柱的同轴度要求，提高升降动作的流畅性。

进一步地，在其中一个实施例中，参照图3所示，平面运动机构3包括双杆夹紧块301、空心导向轴302、风琴保护罩303、导向轴套304、齿轮箱305、直线驱动电机306、直线电机座307、回转驱动电机308、回转支承309、直线运动齿轮310、回转运动齿轮311、圆齿条312。所述回转支承309外圈固定在升降立柱203上，所述齿轮箱305固定在回转支承309内圈，所述直线电机座307固定在齿轮箱305上，所述直线驱动电机306固定在直线电机座307上，所述直线运动齿轮310固定在直线驱动电机306的转轴上，所述回转驱动电机308固定在齿轮箱305上，所述回转运动齿轮311固定在回转驱动电机308的转轴上，与回转支承309啮合，所述导向轴套304固定在齿轮箱305的侧面，所述圆齿条312穿过下方两个导向轴套304，与直线运动齿轮310啮合，所述空心导向轴302穿过上方两个导向轴套304，所述双杆夹紧块301同时夹紧圆齿条312和空心导向轴302，所述风琴保护罩303一端连接齿轮箱305，另一端连接双杆夹紧块301。

这里优选地，圆齿条与空心导向轴、双杆夹紧块组成一个整体，既是直线运动的传动部分和导向部分，又可以作为摇摆运动机构的固定承载部分，简化了装置结构，降低对直线驱动电机的功率要求。通过回转驱动电机带动回转运动齿轮转动，回转运动齿轮与回转支承的外齿圈啮合传动，带动平面运动机构相对固定框架做回转运动；通过直线驱动电机带动直线运动齿轮转动，直线运动齿轮与圆齿条啮合传动，带动前端的摇摆运动机构和石墨乳雾化喷枪做直线运动；回转运动和直线运动既可以独立运动，也可以通过控制程序和运动学方程进行动作合成，实现平面内任意点可达，结合模腔形状规划圆形、矩形、曲线等喷涂路径，提高了喷涂的覆盖范围和均匀性，以及装置的适用范围。

进一步地，在其中一个实施例中，参照图4所示，摇摆运动机构4包括摇摆头401、偏心轮402、步进电机403、回转轴铜套404、偏心轴铜套405。所述步进电机403固定在双杆夹紧块301上，所述偏心轴铜套405嵌入到双杆夹紧块301内，所述偏心轮402连接到步进电机403的转轴上，所述回转轴铜套404嵌入到摇摆头401内，所述摇摆头401穿在圆齿条312上。这里，摇摆运动机构的偏心轮嵌在摇摆头的矩形槽内，通过步进电机驱动偏心轮转动，带动摇摆头绕圆齿条轴线做往复摇摆动作，保证了喷墨装置对于复杂模腔的兼容。

本发明提出的装置结构精简、功能全面、适用范围广，可以有效提高自动化锻造过程中的石墨乳喷涂的覆盖范围和均匀性。采用回转运动+直线运动的形式，相较于目前的单轴运动或X-Y两轴运动形式，提高了喷枪的平面运动范围，同时也简化了结构，场地占用更小，降低了与自动化生产线中其他设备干涉的风险。通过增加摇摆运动机构和升降运动机构，提高了喷墨装置对于复杂模腔的兼容适用。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种高效锻造喷墨装置，其特征在于，该装置包括固定框架、升降运动机构、平面运动机构、摇摆运动机构以及石墨乳雾化喷枪，所述升降运动机构固定在固定框架上，所述平面运动机构固定在升降运动机构上，所述摇摆运动机构固定在平面运动机构前端，所述石墨乳雾化喷枪固定在摇摆运动机构上；所述升降运动机构，用于带动平面运动机构进行升降运动；所述平面运动机构可相对固定框架进行回转运动，并能带动前端的摇摆运动机构和石墨乳雾化喷枪做直线运动。

2.根据权利要求1所述的高效锻造喷墨装置，其特征在于，所述升降运动机构包括升降气缸、浮动接头、升降立柱、升降导套、固定立柱、密封圈；所述升降气缸的缸体固定在固定框架上，所述浮动接头一端连接在升降气缸的活塞杆上，另一端连接在升降立柱上，所述固定立柱固定在固定框架上，所述升降导套与升降立柱、固定立柱同轴配合，所述密封圈固定在固定立柱的上端；

所述平面运动机构包括双杆夹紧块、空心导向轴、风琴保护罩、导向轴套、齿轮箱、直线驱动电机、直线电机座、回转驱动电机、回转支承、直线运动齿轮、回转运动齿轮、圆齿条；所述回转支承外圈固定在升降立柱上，所述齿轮箱固定在回转支承内圈，所述直线电机座固定在齿轮箱上，所述直线驱动电机固定在直线电机座上，所述直线运动齿轮固定在直线驱动电机的转轴上，所述回转驱动电机固定在齿轮箱上，所述回转运动齿轮固定在回转驱动电机的转轴上，且与回转支承啮合，四个所述导向轴套对称固定在齿轮箱的两个侧面，所述圆齿条穿过下方的一对导向轴套，与直线运动齿轮啮合，所述空心导向轴穿过上方一对导向轴套，所述双杆夹紧块同时夹紧圆齿条和空心导向轴，所述风琴保护罩一端连接齿轮箱，一端连接双杆夹紧块；

所述摇摆运动机构包括摇摆头、偏心轮、步进电机；所述步进电机固定在双杆夹紧块上，摇摆头穿在圆齿条上，所述偏心轮一端穿过双杆夹紧块连接到步进电机的转轴上，另一端连接摇摆头。

3.根据权利要求2所述的高效锻造喷墨装置，其特征在于，所述升降气缸采用杆不回转型气缸。

4.根据权利要求2所述的高效锻造喷墨装置，其特征在于，所述回转支承采用外齿式回转支承，内外圈可相对转动，外圈上加工直齿齿形。

5.根据权利要求2所述的高效锻造喷墨装置，其特征在于，所述圆齿条与空心导向轴、双杆夹紧块组成一个整体，既作为直线运动的传动部分和导向部分，又作为摇摆运动机构的固定承载部分。

6.根据权利要求2所述的高效锻造喷墨装置，其特征在于，所述平面运动机构通过回转驱动电机带动回转运动齿轮转动，回转运动齿轮与回转支承的外齿圈啮合传动，带动平面运动机构相对固定框架做回转运动。

7.根据权利要求2所述的高效锻造喷墨装置，其特征在于，所述平面运动机构通过直线驱动电机带动直线运动齿轮转动，直线运动齿轮与圆齿条啮合传动，带动前端的摇摆运动机构和石墨乳雾化喷枪做直线运动。

8.根据权利要求2或6或7所述的高效锻造喷墨装置，其特征在于，所述平面运动机构的回转运动和直线运动为独立运动或合成运动。

9.根据权利要求2所述的高效锻造喷墨装置，其特征在于，所述摇摆运动机构还包括偏心轴铜套，所述偏心轮的一端通过偏心轴铜套嵌入到双杆夹紧块内，并连接到步进电机的转轴上，另一端嵌在摇摆头的矩形槽内，通过步进电机驱动偏心轮转动，带动摇摆头绕圆齿条轴线做往复摇摆动作。

10.根据权利要求2所述的高效锻造喷墨装置，其特征在于，所述摇摆运动机构还包括回转轴铜套，所述圆齿条通过回转轴铜套嵌入到摇摆头内。

Images