CN115647274A - 一种工序间转移机器人及锻造工作站 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工序间转移机器人及锻造工作站，工序间转移机器人包括固定平台、铰接在固定平台上的摆动平台、设在摆动平台上的抓取仓、围绕摆动平台的轴线均匀设在摆动平台上的多个夹持臂、与摆动平台转动连接的电动转环、设在摆动平台上的第三驱动器以及设在第三驱动器的活塞上的环形电磁感应加热器，环形电磁感应加热器能够沿抓取仓的轴线进行直线往复运动，电动转环驱动夹持臂向靠近摆动平台轴线的方向移动。锻造工作站包括上述工序间转移机器人。本发明公开的工序间转移机器人及锻造工作站，通过机械抓取的方式和主动式的加热保温方式来实现锻件在各工序间的快速转移，转移过程中锻件的温度稳定，可以使成品锻件得到更好的锻造质量。

Description

一种工序间转移机器人及锻造工作站

技术领域

本发明涉及锻造技术领域，尤其是涉及一种工序间转移机器人及锻造工作站。

背景技术

在金属的再结晶温度以上进行锻造，变形金属流动剧烈，保证了金属纤维组织的连续性，可以使锻件的纤维组织与锻件外形保持一致，金属流线完整。成型后锻件的内部组织结构呈现细小及均匀的等轴再结晶新组织。

锻造法兰的加工过程可以分为加热、一次锻压、二次锻压和冲孔四个工序，加热、一次锻压与二次锻压这三个工序需要在三台设备处完成，加工过程中锻件的温度会随着时间降低，存在热损耗快和温控难的问题。

当锻造过程中锻件温度位于金属的再结晶温度以下时，锻件会因为流动性降低出现锻件纤维组织与锻件外形不一致的问题，并且成品锻件在内部组织的均匀性和再结晶上也会出现缺陷。

发明内容

本发明提供一种工序间转移机器人及锻造工作站，通过机械抓取的方式和主动式的加热保温方式来实现锻件在各工序间的快速转移，转移过程中锻件的温度稳定，可以使成品锻件得到更好的锻造质量。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，本发明提供了一种工序间转移机器人，包括：

固定平台；

摆动平台，铰接在固定平台上，摆动平台上设有抓取仓；

多个夹持臂，围绕摆动平台的轴线均匀设在摆动平台上，夹持臂与摆动平台滑动连接；

电动转环，与摆动平台转动连接，电动转环的内壁抵接在夹持臂上，驱动夹持臂向靠近摆动平台轴线的方向移动；

第三驱动器，设在摆动平台上，第三驱动器的活塞伸入到抓取仓内；以及

环形电磁感应加热器，设在第三驱动器的活塞上，环形电磁感应加热器能够沿抓取仓的轴线进行直线往复运动；

其中，夹持臂位于抓取仓内且位于环形电磁感应加热器内侧。

在第一方面的一种可能的实现方式中，夹持臂上设有金属陶瓷垫层，金属陶瓷垫层用于抵接在工件的表面上。

在第一方面的一种可能的实现方式中，还包括两端分别固定在摆动平台和夹持臂上的复位弹簧，复位弹簧用于推动或拉动夹持臂复位。

在第一方面的一种可能的实现方式中，环形电磁感应加热器包括：

加热环，设在第三驱动器的活塞上；以及

电磁线圈，设在加热环的内壁上；

其中，摆动平台上设有绝缘通道，电磁线圈的两端穿过绝缘通道且与绝缘通道的内壁间存在间隙。

在第一方面的一种可能的实现方式中，还包括设在摆动平台上的温度传感器，温度传感器的检测端伸入到抓取仓内；

温度传感器的反馈温度用于调整电磁线圈的加热功率。

在第一方面的一种可能的实现方式中，抓取仓的内壁上设有隔热层。

在第一方面的一种可能的实现方式中，还包括：

插槽，均布在摆动平台上，插槽与抓取仓连通；以及

固定件，设在摆动平台上，用于固定伸入到插槽内的限位板。

在第一方面的一种可能的实现方式中，摆动平台上设有至少一个观察窗，观察窗与抓取仓连通且靠近插槽。

第二方面，本发明提供了一种锻造工作站，包括如第一方面及第一方面任意实现方式中所述的工序间转移机器人。

整体而言，本发明公开的工序间转移机器人及锻造工作站，通过机械化的抓取方式来固定高温的锻件，然后将锻件转移到下一个工序，这种方式能够实现锻件的快速转移，转移耗时越短，锻件的热量损耗也就越少。

在转移过程中，环形电磁感应加热器能够对锻件进行加热，使锻件的温度保持或者在一个小范围内波动，同时抓取仓也能够提供一个较为封闭的环境，降低锻件温度的下降速度。上述方式的结合，可以使锻件在转移过程的温度基本上保持不变，保证锻件能够在金属的再结晶温度以上进行锻造，能够得到品质更好的成品锻件。

附图说明

图1是本发明提供的一种工序间转移机器人的使用示意图。

图2是本发明提供的一种摆动平台的内部结构示意图。

图3是本发明提供的一种摆动平台放平时的示意图。

图4是本发明提供的一种电动转环和夹持臂的位置关系示意图。

图5是本发明提供的一种电动转环推动夹持臂移动的示意图。

图6是本发明提供的一种第三驱动器和环形电磁感应加热器的结构示意图。

图7是本发明提供的一种夹持臂与金属陶瓷垫层的连接示意图。

图8是图7中A方向上的示意图。

图9是本发明提供的一种夹持臂固定锻件时的原理性示意图。

图10是本发明提供的一种限位板固定锻件时的原理性示意图。

图11是本发明提供的一种插槽与观察窗的相对位置示意图。

图中，1、固定平台，2、摆动平台，21、抓取仓，22、夹持臂，23、电动转环，24、复位弹簧，25、绝缘通道，26、温度传感器，31、第三驱动器，32、环形电磁感应加热器，41、插槽，42、固定件，43、观察窗，211、隔热层，221、金属陶瓷垫层，321、加热环，322、电磁线圈。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明中的技术方案作进一步详细说明。

本发明公开的工序间转移机器人，需要配合叉车使用，工序间转移机器人安装在叉车的升降系统上，能够跟随叉车在水平方向上移动，由叉车上的升降系统驱动本发明公开的工序间转移机器人在竖直方向上上升和下降。

请参阅图1和图2，为本发明公开的一种工序间转移机器人，转移机器人由固定平台1、摆动平台2、夹持臂22、电动转环23、第三驱动器31和环形电磁感应加热器32等组成，固定平台1安装在叉车的升降系统上，随着升降系统在竖直方向上上升和下降。

对比图1和图3，摆动平台2安装在固定平台1上并与固定平台1铰接，摆动平台2可以摆动，此处结合其工作过程，将摆动平台2的两个工作时的姿态分别称为抓取位（图3所示）和移动位（图1所示），摆动平台2位于抓取位时，可以上下移动，将需要转移的锻件从设备工作台上抓起来或者放置到下一道工序使用设备的设备工作台上；摆动平台2位于移动位时，摆动平台2带动锻件随着叉车移动到下一个工序。

摆动平台2摆动时的动力由其自身携带的电机和减速机提供，电机输出的动力通过减速机传递给摆动平台2与固定平台1连接处的转轴，使转轴带动摆动平台2摆动，在抓取位和移动位之间切换。

请参阅图1和图3，在一些可能的实现方式中，还可以在固定平台1或者叉车的升降系统上加装一个电动葫芦，电动葫芦上的钢丝绳连接在摆动平台2上，配合电机和减速机来驱动摆动平台2在抓取位和移动位之间切换。

请参阅图2，摆动平台2上开设有一个抓取仓21，抓取仓21的作用是将需要转移的锻件包裹住。多个夹持臂22围绕摆动平台2的轴线均匀设在摆动平台2上，夹持臂22与摆动平台2滑动连接，第一端伸入到抓取仓21内。

摆动平台2开设有滑道，夹持臂22在滑道内向靠近和远离抓取仓21中心处的方向滑动。夹持臂22的作用是抵接在锻件的侧面上，将锻件夹起并固定在抓取仓21内。图2中，摆动平台2上开设有通道，通道顶面和底面用盖板密封，夹持臂22上的滑块在通道内滑动，夹持臂22的两端从盖板伸出。

请参阅图2和图4，电动转环23与摆动平台2转动连接，电动转环23的内壁抵接在夹持臂22上，作用是驱动夹持臂22向靠近摆动平台2轴线（抓取仓21中心处）的方向移动。

电动转环23由与摆动平台2转动连接的转环和电机两部分组成，电动转环23的内壁为波浪形，具有多个凸起，凸起上各点与转环中心处的距离不等，夹持臂22能够与凸起的表面接触，当电动转环23转动时，能够向夹持臂22施加一个推力，推动夹持臂22向靠近摆动平台2轴线（抓取仓21中心处）的方向移动。

多个夹持臂22在向靠近摆动平台2轴线（抓取仓21中心处）的方向移动时，会压在锻件的表面上，将锻件夹住，请参阅图4和图5。

请参阅图6，第三驱动器31安装在摆动平台2上，第三驱动器31的活塞伸入到抓取仓21内，环形电磁感应加热器32安装在第三驱动器31的活塞上，夹持臂22位于抓取仓21内且位于环形电磁感应加热器32内侧。

第三驱动器31的活塞动作时，环形电磁感应加热器32能够沿抓取仓21的轴线进行直线往复运动。环形电磁感应加热器32的作用是对位于抓取仓21内的锻件进行加热，使得锻件的温度能够保持。

第三驱动器31的活塞进行短距离高频次的直线往复移动时，会带动环形电磁感应加热器32随之一起移动，此时相当于环形电磁感应加热器32与位于抓取仓21内的锻件之间出现了相对移动。

相对移动的作用有以下几个：

1. 抓取仓21向靠近锻件的方向移动并将锻件罩住时，环形电磁感应加热器32能够移动到抓取仓21的底部，用以避免环形电磁感应加热器32与锻件出现接触，造成电磁加热器32损坏；

2. 锻件的高度不确定，环形电磁感应加热器32可以通过在一个确定范围内移动的方式对锻件进行全覆盖，用以对锻件的各处进行加热，因为存在电磁加热器32的高度小于锻件的高度这种情况；

3. 第三驱动器31可以将环形电磁感应加热器32从抓取仓21内推出，方便维修人员进行检查和维修。

本发明中使用电磁感应加热的优势在于：

1.升温速度快，锻件进入到环形电磁感应加热器32的覆盖范围内后，环形电磁感应加热器32就能够立即对锻件进行加热，在工序间转移的有限时间内，可以使锻件的温度保持或者在一个小范围内波动；

2.加热过程中不会产生烟尘，方便工作人员在转移过程中进行观察和在重新放置时调整放置位置；

3. 加热速度很快，氧化烧损减少，在工序间的转移过程中基本上不产生氧化皮，能够有效提高锻件的利用率。从另一个角度考虑，这种方式可以降低锻件在设计阶段中的材料富余比例，可以节省材料和加热费用。

结合一个具体的过程，锻件由一个工序转移到另一个工序时，摆动平台2由移动位转换为抓取位后移动到锻件的正上方，然后向靠近锻件的方向移动，移动至锻件进入到抓取仓21内。

接着电动转环23驱动夹持臂22抵接在锻件的侧面上，将锻件夹住。然后固定平台1带动摆动平台2将锻件从上一个工序中处移开，此时摆动平台2由抓取位转换为移动位。

上述过程中，第三驱动器31会推动环形电磁感应加热器32向靠近锻件的方向移动，并根据二者之间的距离确定环形电磁感应加热器32是移动到位置后不动还是在一个小范围内往复移动。

将锻件移动到下一个工序处时，摆动平台2由移动位转换为抓取位后移动到设备的工作台的正上方，然后将锻件放置在设备的工作台上，最后电动转环23反向转动，使得电动转环23与夹持臂22之间的压力消失，夹持臂22可以与锻件脱离接触。

此时，环形电磁感应加热器32停止加热。最后，摆动平台2移开，转移过程完成。

整体而言，本发明提供的工序间转移机器人，通过机械化的抓取方式来固定高温的锻件，然后将锻件转移到下一个工序，这种方式能够实现锻件的快速转移，转移耗时越短，锻件的热量损耗也就越少。

在转移过程中，环形电磁感应加热器32能够对锻件进行加热，使锻件的温度保持或者在一个小范围内波动，同时抓取仓21也能够提供一个较为封闭的环境，降低锻件温度的下降速度。上述方式的结合，可以使锻件在转移过程的温度基本上保持不变，保证锻件能够在金属的再结晶温度以上进行锻造，能够得到品质更好的成品锻件。

请参阅图7和图8，作为申请提供的工序间转移机器人的一种具体实施方式，在夹持臂22上加装了金属陶瓷垫层221，金属陶瓷垫层221用于抵接在工件的表面上，目的是降低夹持臂22的升温速度。

应理解，夹持臂22与锻件接触后，温度会迅速上升，一方面会使锻件上与夹持臂22接触部分温度的下降速度高于其他部分的下降速度，另一方面会造成夹持臂22强度的下降。

为了解决该问题，在夹持臂22上加装了金属陶瓷垫层221，金属陶瓷垫层221作为热的不良导体，可以在接触时降低与之接触的夹持臂22部分的温度下降 速度，同时还能够降低夹持臂22的升温。

在一些可能的实现方式中，金属陶瓷垫层221与夹持臂22的连接方式选用螺栓固定，这种方式方便对金属陶瓷垫层221进行更换，因为在使用过程中，金属陶瓷垫层221会不可避免的出现裂痕和断裂。

在一些可能的实现方式中，夹持臂22使用不锈钢材料制作。

另外，在抓取仓21的内壁上还增加了隔热层211，隔热层211的目的是延缓抓取仓21内锻件的热量传递给摆动平台2，如图2和图6所示。

在一些可能的实现方式中，隔热层211使用保温棉，例如岩棉。

请参阅图2，作为申请提供的工序间转移机器人的一种具体实施方式，在摆动平台2上增加了复位弹簧24，复位弹簧24的两端分别固定在摆动平台2和夹持臂22上作用是推动或拉动（由安装位置决定）夹持臂22复位。

在一些可能的实现方式中，摆动平台2内设有通道，复位弹簧24位于通道内，一端抵接在通道的内壁上，另一端抵接在夹持臂22上，用于推动夹持臂22复位。

请参阅图6，上文中提到的环形电磁感应加热器32由加热环321和电磁线圈322组成，加热环321固定安装在第三驱动器31的活塞上，电磁线圈322安装在加热环321的内壁上。

在一些可能的实现方式中，加热环321使用陶瓷材料制作，或者在金属材料内壁上粘贴一层陶瓷材料制作，目的是绝缘。

请参阅图2和图6，摆动平台2上设有绝缘通道25，绝缘通道25供给电磁线圈322使用，电磁线圈322的两端穿过绝缘通道25后与驱动器连接，驱动器可以安装在固定平台1上。这种部署方式中，电磁线圈322的两端与驱动器之间还存在一段柔性线缆，以使得电磁线圈322能够随着加热环321的移动而移动。

电磁线圈322与绝缘通道25的内壁间存在间隙，使得电磁线圈322位于绝缘通道25内的部分能够在绝缘通道25内移动。

请参阅图2，作为申请提供的工序间转移机器人的一种具体实施方式，在摆动平台2上加装了温度传感器26，温度传感器26的检测端伸入到抓取仓21内，用于检测锻件的表面温度，温度传感器26的反馈温度用于调整电磁线圈322的加热功率。

请参阅图2，作为申请提供的工序间转移机器人的一种具体实施方式，在摆动平台2上增加了插槽41和固定件42，插槽41的数量为多个，这些插槽41均布在摆动平台2上并与抓取仓21连通，用于固定的限位板可以通过插槽41进入到抓取仓21内。

限位板的作用是对抓取仓21内的锻件进行进一步的固定。应理解，夹持臂22仅能够抵接在锻件的侧面上，图9所示，如果二者出现相对滑动，锻件存在从抓取仓21内滑落的风险。

增加了插槽41后，工作人员可以将限位板通过插槽41塞入到抓取仓21内，此时限位板的一端会托住锻件的底面，图10所示，这样在锻件升高和转动的过程中，限位板能够起到有效的拦截作用，使锻件能够始终位于抓取仓21内。

限位板使用固定件42进行固定，固定件42的数量与插槽41的数量相同且一一对应。在一些可能的实现方式中，固定件42使用螺栓，螺栓的螺杆伸入到摆动平台2上的连接孔内，摆动平台2上的连接孔穿过插槽41，也就是插槽41将连接孔分为两段，第一段连接孔为光孔，第二段连接孔带有内螺纹。

限位板的一端通过插槽41塞入到抓取仓21内后，螺栓的螺杆会穿过限位板上的孔后通过带有内螺纹的连接孔与摆动平台2连接。

或者，连接孔的两段均为光孔，螺栓的螺杆穿过限位板后，螺栓头部使用辅助螺栓固定在摆动平台2上，这种方式可以使固定处远离锻件，用以避免热变形。

请参阅图11，进一步地，摆动平台2上设有至少一个观察窗43，观察窗43与抓取仓21连通且靠近插槽41，作用是供给工作人员观察限位板与锻件的相对位置。

本发明还公开了一种锻造工作站，包括上述内容中记载的任意一种工序间转移机器人。锻造工作站由加热设备、一次锻造设备、二次锻造设备和本发明公开的工序间转移机器人组成，工序间转移机器人负责带动锻件由加热设备转移到一次锻造设备和由一次锻造设备转移到二次锻造设备。

对于环形电磁感应加热器32的供电，使用架空滑动的方式提供或者使用电弓进行供电，供电线缆位于生产车间内的空中部分，使用这种供电方式的目的是避免干扰工序间转移机器人的移动。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种工序间转移机器人，其特征在于，包括：

固定平台（1）；

摆动平台（2），铰接在固定平台（1）上，摆动平台（2）上设有抓取仓（21）；

多个夹持臂（22），围绕摆动平台（2）的轴线均匀设在摆动平台（2）上，夹持臂（22）与摆动平台（2）滑动连接；

电动转环（23），与摆动平台（2）转动连接，电动转环（23）的内壁抵接在夹持臂（22）上，驱动夹持臂（22）向靠近摆动平台（2）轴线的方向移动；

第三驱动器（31），设在摆动平台（2）上，第三驱动器（31）的活塞伸入到抓取仓（21）内；以及

环形电磁感应加热器（32），设在第三驱动器（31）的活塞上，环形电磁感应加热器（32）能够沿抓取仓（21）的轴线进行直线往复运动；

其中，夹持臂（22）位于抓取仓（21）内且位于环形电磁感应加热器（32）内侧。

2.根据权利要求1所述的工序间转移机器人，其特征在于，夹持臂（22）上设有金属陶瓷垫层（221），金属陶瓷垫层（221）用于抵接在工件的表面上。

3.根据权利要求1所述的工序间转移机器人，其特征在于，还包括两端分别固定在摆动平台（2）和夹持臂（22）上的复位弹簧（24），复位弹簧（24）用于推动或拉动夹持臂（22）复位。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的工序间转移机器人，其特征在于，环形电磁感应加热器（32）包括：

加热环（321），设在第三驱动器（31）的活塞上；以及

电磁线圈（322），设在加热环（321）的内壁上；

其中，摆动平台（2）上设有绝缘通道（25），电磁线圈（322）的两端穿过绝缘通道（25）且与绝缘通道（25）的内壁间存在间隙。

5.根据权利要求4所述的工序间转移机器人，其特征在于，还包括设在摆动平台（2）上的温度传感器（26），温度传感器（26）的检测端伸入到抓取仓（21）内；

温度传感器（26）的反馈温度用于调整电磁线圈（322）的加热功率。

6.根据权利要求1所述的工序间转移机器人，其特征在于，抓取仓（21）的内壁上设有隔热层（211）。

7.根据权利要求1所述的工序间转移机器人，其特征在于，还包括：

插槽（41），均布在摆动平台（2）上，插槽（41）与抓取仓（21）连通；以及

固定件（42），设在摆动平台（2）上，用于固定伸入到插槽（41）内的限位板。

8.根据权利要求7所述的工序间转移机器人，其特征在于，摆动平台（2）上设有至少一个观察窗（43），观察窗（43）与抓取仓（21）连通且靠近插槽（41）。

9.一种锻造工作站，其特征在于，包括如权利要求1至8中任意一项所述的工序间转移机器人。

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