一種U型梁浮動(dòng)夾緊送進(jìn)機(jī)構(gòu)

王菁華，王易楠，楊新文，于學(xué)軍，武曉東

(國(guó)機(jī)鑄鍛機(jī)械有限公司，山東 濟(jì)南 250022)

0 前言

U型梁廣泛應(yīng)用于輕卡、重卡等卡車車架的制造加工中[1]，在卡車車架U型梁自動(dòng)加工制造生產(chǎn)線上，設(shè)備的前、后端一般都會(huì)安裝U型梁數(shù)控夾緊及長(zhǎng)距離送進(jìn)機(jī)構(gòu)。

U型梁在生產(chǎn)時(shí)，其結(jié)構(gòu)外形在全長(zhǎng)范圍內(nèi)會(huì)有合理的尺寸公差，如翼面高度尺寸公差、腹面縱向直線度公差、扭曲撓度等。通常在U型梁二次加工時(shí)，在送進(jìn)過(guò)程中是靠一個(gè)翼面做側(cè)基準(zhǔn)面，內(nèi)腹面做底面支撐基準(zhǔn)面[2]，對(duì)兩個(gè)基準(zhǔn)面實(shí)施定位的機(jī)構(gòu)是有一定間距的若干個(gè)在一條直線上的旋轉(zhuǎn)支撐輪，如圖1所示。因此U型梁在緊靠?jī)山M旋轉(zhuǎn)支撐輪送進(jìn)時(shí)，U型梁定位的翼面、內(nèi)腹面上的支撐點(diǎn)不斷后移，而這些支撐點(diǎn)的位置尺寸會(huì)因U型梁的外形尺寸公差產(chǎn)生波動(dòng)，所以U型梁在全長(zhǎng)送進(jìn)過(guò)程中，反映到整個(gè)U型梁上就是其上每個(gè)結(jié)構(gòu)部分都是在微量振動(dòng)或擺動(dòng)。負(fù)責(zé)夾緊輸送U型梁的夾鉗，在U型梁全長(zhǎng)送進(jìn)中存在一定量的上下、左右方向運(yùn)動(dòng)以及微量扭轉(zhuǎn)擺動(dòng)。國(guó)機(jī)鑄鍛機(jī)械有限公司研發(fā)出一種U型梁浮動(dòng)夾緊送進(jìn)機(jī)構(gòu)，用于U型梁數(shù)控加工設(shè)備生產(chǎn)線，可大大提高U型梁加工的成品率和精度。

1 U型梁的外形和制造精度公差

U型梁在送進(jìn)過(guò)程中對(duì)兩個(gè)基準(zhǔn)面實(shí)施定位的旋轉(zhuǎn)支撐輪如圖1所示。U型梁的外形如圖2所示，一般U型梁的腹面內(nèi)開口尺寸180～360 mm，公差A(yù)±0.5；翼面高度50～108 mm，偏差C±2；腹面縱向直線度偏差0.1%(10 m內(nèi)小于7 mm)，翼面縱向直線度偏差0.1%(10 m內(nèi)小于5 mm)，端頭200 mm范圍外角度偏差±0.7°，全長(zhǎng)最大扭曲撓度4 mm(10 m內(nèi))，材料厚度4～10 mm[3]。

圖1 U型梁浮動(dòng)夾緊送進(jìn)工作圖

圖2 U型梁外形圖

2 U型梁浮動(dòng)夾緊送進(jìn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

2.1 浮動(dòng)夾鉗設(shè)計(jì)依據(jù)

在U型梁的二次加工過(guò)程中，通常會(huì)使用夾鉗對(duì)各種梁工件進(jìn)行長(zhǎng)距離夾持并通過(guò)送進(jìn)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)梁工件的轉(zhuǎn)移運(yùn)輸，如果夾鉗直接固定安裝在送進(jìn)裝置上，在夾裝諸如長(zhǎng)梁工件時(shí)，長(zhǎng)梁工件長(zhǎng)度方向上因本身制造產(chǎn)生的公差或誤差會(huì)給工件的夾持送進(jìn)夾鉗帶來(lái)很大的受力，使夾鉗在送進(jìn)過(guò)程中發(fā)生偏扭，與夾鉗結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相互擠壓，輕則降低夾鉗的使用壽命，重則使夾鉗發(fā)生損壞。

浮動(dòng)夾鉗[4]能在夾持工件的同時(shí)，配合工件產(chǎn)生三個(gè)方向自由度的浮動(dòng)，避免由于工件外形偏差原因?qū)е滤瓦M(jìn)過(guò)程中與夾鉗發(fā)生擠壓的情況，不僅使夾鉗傳動(dòng)靈活自如，還能在一定程度上提高夾鉗的使用壽命。

2.2 浮動(dòng)夾鉗結(jié)構(gòu)

U型梁浮動(dòng)夾緊送進(jìn)結(jié)構(gòu)主要由浮動(dòng)夾鉗[5]、懸臂梁、氣液增壓缸[6]、上、下驅(qū)動(dòng)部分、移動(dòng)梁、縱向驅(qū)動(dòng)部分、橫向驅(qū)動(dòng)部分、底座部件、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等組成。如圖3所示。

圖3 U型梁浮動(dòng)夾緊送進(jìn)結(jié)構(gòu)

浮動(dòng)夾鉗主要由夾鉗座和浮動(dòng)座等組成，夾鉗座相對(duì)于浮動(dòng)座和懸臂梁之間具有三個(gè)自由度的相對(duì)浮動(dòng)，能夠消除U型梁工件精度公差給移送機(jī)構(gòu)帶來(lái)的不利影響[7]。在夾鉗座前面板的一側(cè)安裝固定夾頭，在夾鉗座內(nèi)安裝驅(qū)動(dòng)油缸，驅(qū)動(dòng)油缸的活塞桿上安裝有滑板，夾鉗座連接導(dǎo)向軌，滑板與導(dǎo)向軌相配合，滑板上安裝活動(dòng)夾頭，夾鉗座的前面板上開設(shè)有與活動(dòng)夾頭相配合的避讓槽，活動(dòng)夾頭經(jīng)由避讓槽伸出夾鉗座，驅(qū)動(dòng)油缸的活塞桿伸出時(shí)能帶動(dòng)活動(dòng)夾頭向固定夾頭移動(dòng)靠近，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的夾緊固定。如圖4、圖5所示。

圖4 浮動(dòng)夾鉗及送進(jìn)示意

圖5 夾鉗鉗口結(jié)構(gòu)示意

2.2.1 夾鉗的左右浮動(dòng)結(jié)構(gòu)

浮動(dòng)座的后側(cè)面上安裝有兩組左右浮動(dòng)機(jī)構(gòu)，保證了夾鉗座和浮動(dòng)座相對(duì)夾鉗送進(jìn)裝置上的連接臂產(chǎn)生左右浮動(dòng)，以滿足工件移送過(guò)程中由于生產(chǎn)制造公差而造成的的左右輕微晃動(dòng)。每組左右浮動(dòng)機(jī)構(gòu)均包括安裝在浮動(dòng)座上的直線軸承，直線軸承與光軸配合[8]，浮動(dòng)座和直線軸承均能沿光軸長(zhǎng)度方向移動(dòng)。光軸的兩端均設(shè)有軸支座，軸支座與送進(jìn)裝置上的連接臂固定連接，在軸支座上有浮動(dòng)護(hù)罩，浮動(dòng)護(hù)罩能避免灰塵等雜物進(jìn)入到左右浮動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)，軸支座和直線軸承之間的光軸外周套裝有彈簧，通過(guò)彈簧的彈力來(lái)使直線軸承與軸支座之間產(chǎn)生相互作用力來(lái)驅(qū)動(dòng)左右浮動(dòng)，使浮動(dòng)座能相對(duì)軸支座發(fā)生相對(duì)左右移動(dòng)[9]。如圖6、圖7所示。

圖6 夾鉗左右浮動(dòng)結(jié)構(gòu)剖分圖

圖7 浮動(dòng)夾鉗后視圖

2.2.2 夾鉗的上下浮動(dòng)結(jié)構(gòu)

浮動(dòng)座上有焊接平板，導(dǎo)向套和平板為一體焊接而成，導(dǎo)向套內(nèi)配合安裝有銅套，銅套的上端設(shè)有折邊，折邊配合在導(dǎo)向套的上端面上。銅套內(nèi)配合安裝有浮動(dòng)軸[10]，浮動(dòng)軸能在銅套內(nèi)豎向移動(dòng)，浮動(dòng)軸穿出銅套的上端設(shè)有螺柱，螺柱上配合安裝有圓螺母，圓螺母底部的的螺柱外周套裝有墊片，墊片位于折邊上，從而將浮動(dòng)軸吊裝在銅套上。浮動(dòng)軸的下端穿出導(dǎo)向套并連接有第一法蘭盤，第一法蘭盤和浮動(dòng)軸可以為一體焊接而成，第一法蘭盤固定安裝在夾鉗座的上面板，相當(dāng)于通過(guò)浮動(dòng)軸將夾鉗座吊裝在浮動(dòng)座上。如圖6所示。

夾鉗座的上面板上還開設(shè)有與浮動(dòng)軸相配合的孔，第一法蘭盤上安裝有下防護(hù)罩，其中導(dǎo)向套位于下防護(hù)罩內(nèi)，在夾鉗座的重力作用下，墊片始終壓緊在折邊上，導(dǎo)向套的底部與第一法蘭盤之間留有間距。平板上安裝有第二法蘭盤，中間的結(jié)構(gòu)孔，限位環(huán)的材料為紅銅，此件能更好的為圓螺母提供預(yù)緊力，較軟的材質(zhì)可以減少上下浮動(dòng)的沖擊，降低噪音[11]。結(jié)構(gòu)孔的內(nèi)徑大于墊片的外徑，螺柱及墊片能在第二法蘭盤內(nèi)自由進(jìn)出，在第二法蘭盤上安裝有上防護(hù)罩。

在夾持工件的情況下，由于重力作用，墊片壓緊在折邊上，導(dǎo)向套與第一法蘭盤之間的間距最大，當(dāng)工件移送過(guò)程中產(chǎn)生上下微動(dòng)，導(dǎo)致夾鉗座相對(duì)浮動(dòng)座上移時(shí)，第一法蘭盤和浮動(dòng)軸能帶動(dòng)螺柱、墊片和圓螺母同步上移，螺柱在上防護(hù)罩內(nèi)上升一定距離，第一法蘭盤和下防護(hù)罩相對(duì)導(dǎo)向套上移，第一法蘭盤與導(dǎo)向套之間的間距減小，從而實(shí)現(xiàn)夾鉗座和浮動(dòng)座之間的豎向浮動(dòng)。

軸支座安裝在夾鉗送進(jìn)裝置上，也就是整體浮動(dòng)夾鉗安裝在夾鉗送進(jìn)裝置上，通過(guò)夾鉗送進(jìn)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)浮動(dòng)夾鉗帶動(dòng)工件的移動(dòng)。而夾鉗送進(jìn)裝置能分別實(shí)現(xiàn)橫向、縱向及豎向的位置移動(dòng)。

2.2.3 夾鉗的旋轉(zhuǎn)浮動(dòng)結(jié)構(gòu)

夾鉗座連同軸及夾鉗下部可以相對(duì)浮動(dòng)座產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。夾鉗的旋轉(zhuǎn)浮動(dòng)結(jié)構(gòu)在浮動(dòng)座前側(cè)面上設(shè)置有兩個(gè)立板，對(duì)應(yīng)于每個(gè)立板的位置，在夾鉗座的上面板上安裝有固定板，固定板位于立板外側(cè)，固定板上均配合安裝有球面端緊定螺釘[12]，調(diào)節(jié)螺釘?shù)那蛎媾c立板的間隙，就可以調(diào)整浮動(dòng)轉(zhuǎn)角量。如圖5所示。

2.2.4 夾鉗的橫向、縱向和垂直進(jìn)給結(jié)構(gòu)

夾鉗送進(jìn)裝置包括橫向底座，橫向移動(dòng)座上安裝有能沿橫向移動(dòng)座長(zhǎng)度方向移動(dòng)的橫移板，橫向移動(dòng)座上設(shè)有橫移滑軌和橫移齒條，橫移板上安裝有與橫移滑軌相配合的橫移滑塊以及橫移電機(jī)。橫移齒條嚙合橫移齒輪，橫移電機(jī)啟動(dòng)能帶動(dòng)橫移板在橫向移動(dòng)座上移動(dòng)。如圖4所示。

在橫移板上安裝有縱向移動(dòng)座，縱移座底部設(shè)有縱移滑軌和縱移齒條，橫移板上安裝有與縱移滑軌相配合的縱移滑塊以及縱移電機(jī)，縱移電機(jī)的輸出軸上安裝的縱移齒輪與縱移齒條相嚙合，縱移電機(jī)啟動(dòng)能帶動(dòng)縱移座在橫移板上縱移。在縱移座上安裝有豎移座，豎移座的一端與軸支座相連接，豎移座的另一端設(shè)有豎移滑塊和豎移齒條，縱移座上安裝有與豎移滑塊相配合的豎移滑軌以及豎移電機(jī)，豎移電機(jī)的輸出軸上安裝有與豎移齒條相嚙合的豎移齒輪，豎移電機(jī)啟動(dòng)能帶動(dòng)豎移座在縱移座上豎向移動(dòng)。夾鉗送進(jìn)裝置通過(guò)三個(gè)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)浮動(dòng)夾鉗在橫向、縱向及豎向的移動(dòng)，以便于將工件移送至合適的加工位置。如圖8、圖9、圖10、圖11所示。

圖8 移動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖9 豎移結(jié)構(gòu)示意圖

圖10 橫移結(jié)構(gòu)示意圖

圖11 縱移結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 送進(jìn)結(jié)構(gòu)

U型梁在二次加工時(shí)，一般是開口向下，依靠?jī)蓚€(gè)基準(zhǔn)面進(jìn)行支撐和定位[13-16]，通過(guò)上文所述的浮動(dòng)夾鉗夾緊U型梁，依靠夾鉗的橫移機(jī)構(gòu)進(jìn)行輸送。U型梁的支撐和定位由多組支撐組成，如圖1所示。在每組支撐上均安裝有三個(gè)旋轉(zhuǎn)支撐輪，每個(gè)旋轉(zhuǎn)支撐輪均由軸承和包膠輥組成。三個(gè)旋轉(zhuǎn)支撐輪分別為：U型梁翼面基準(zhǔn)側(cè)水平支撐輪、U型梁內(nèi)腹面豎直方向支撐輪、U型梁翼面非基準(zhǔn)側(cè)水平支撐輪，如圖12所示。翼面基準(zhǔn)側(cè)水平支撐輪和豎直方向支撐輪為固定基準(zhǔn)輪，設(shè)備安裝時(shí)要求所有支撐上的水平基準(zhǔn)輪、豎直方向支撐輪均需在同一平面上，以保證梁送進(jìn)時(shí)的精度；非基準(zhǔn)側(cè)的水平支撐輪可活動(dòng)，當(dāng)梁放入支撐時(shí)非基準(zhǔn)側(cè)水平支撐輪壓緊梁，把梁壓緊在基準(zhǔn)輪上，根據(jù)梁的腹面開口尺寸不同，非基準(zhǔn)側(cè)水平支撐輪的停止位置不同。

圖12 送進(jìn)支撐

3 結(jié)束語(yǔ)

(1)本文的浮動(dòng)夾鉗能在夾持工件的同時(shí)，配合工件產(chǎn)生三個(gè)方向自由度的浮動(dòng)，避免由于工件外形偏差原因?qū)е滤瓦M(jìn)過(guò)程中與夾鉗發(fā)生擠壓的情況，不僅使夾鉗傳動(dòng)靈活自如，還能在一定程度上提高夾鉗的使用壽命。

(2)浮動(dòng)夾鉗可有效避免因U型梁自身公差原因所造成的二次加工成品工件誤差。浮動(dòng)夾鉗可極大提高U型縱梁二次加工的成品率，節(jié)約生產(chǎn)成本。