基于气动与伺服技术结合的气门通用机械手设计与应用

李昌平，赵雷，杨川

（1.重庆永丰精锐气门有限公司，重庆 401120；2.重庆机电职业技术学院，重庆 402760）

气门是内燃机上的重要零部件，气门加工属于大批量生产，工艺过程较为复杂，加工工序较多，余量小，节拍快，质量要求高。部分气门生产企业已经开始自动化改造，采用简易气动机械手替代人工。如车床上下料、磨床上下料、切断上下料等都采用了简易气动机械手。简易气动机械手能够替代人工，但送料精度低，稳定性不高，维护频率高，经常会出现送料不到位，导致气门报废的情况。为解决这一问题，重庆永丰精锐气门有限公司和重庆机电职业技术学院合作，以气门生产工序中的锥面磨床为对象，使用气动伺服控制结合的方式重新设计了上下料机械手。

简易机械手由气缸驱动，并且使用旋转连杆结构，气缸的推力受气压影响较大。企业的气源系统气压波动较大，导致气缸输出推力不稳定，影响定位精度。摆臂机械手和接料结构使用旋转连杆结构，定位误差较大，同时当气缸使用出现一定的磨损后误差更大，导致稳定下降，故障率增高。

1 气门通用机械手整体结构设计

根据对简易机械手的分析，简易机械手问题存在的主要原因在于核心定位结构采用气动驱动，核心传动采用连杆结构导致。故针对以上原因，重新设计了机械手，采用气动与伺服驱动结合的方式，核心定位结构采用伺服电机带动滚珠丝杆驱动，同时取代连杆结构，全部使用直线传动。

如图1所示，气动与伺服技术结合的气门通用机械手主要由三大部分构成：支架系统，自动料仓系统，抓取机械手系统。支架系统主要起支撑整个机械手系统，具有良好的刚性和强度，保证自动料仓满载负荷时能够稳定支撑，抓取机械手在高速运行的时候能够保持刚性，将震动控制在稳定的范围内。自动料仓系统具备储存气门的功能，可以根据气门的大小进行调整，可以适应不同大小的气门。还具备分料功能，将存储的气门一个一个的分离出来。还具有流水线接口，可以适用于人工装料，也适于自动流水线连接自动进料。

图1 气动与伺服技术结合的气门通用机械手结构图

2 关键部件结构设计

2.1 抓取机械手系统的设计

如图2所示，抓取机械手主要作用是将自动料仓里的气门，精确的抓取到机床气门装夹位置。抓取机械手系统主要由伺服电机、直线模组、缓冲器、上下气缸、送料气缸、气动夹爪构成。伺服电机驱动直线滑台左右做直线运动，直线滑台主要由直线导轨和滚珠丝杠。直线滑台带动上下气缸左右运动。上下气缸主要做上下直线运动，带动送料气缸和气动夹爪。在上气缸上端装有缓冲器，主要起行程缓冲和行程调整的作用。

图2 抓取机械手系统

2.2 直线滑台设计

直线滑台采用直线导轨支撑导引，使用滚珠丝杠驱动，采用水平壁挂式结构，保证直线滑台的稳定性和可靠性。需对滑块负荷和与寿命进行计算并结合导轨生产厂商的参数进行选型。本设备选择台湾上银科技股份有限公司的直线导轨产品。

3 气动系统设计

气门通用机械手气动回路图如图3所示，表1为电磁铁动作顺序表。

4 结语

基于气动与伺服技术结合的气门通用机械手除了能够满足锥面磨床的上下料要求外，还能适用于气门车床上下料工序，切断上下料工序等，已经在重庆永丰精锐气门有限公司大量使用，送料精度高，稳定性高，故障率低。

图3 气门通用机械手气动回路图

表1 电磁铁动作顺序表