浇铸机械手夹具快换机构设计

车元朋 王博爽 李金梁

沈阳新松机器人自动化股份有限公司 辽宁沈阳 110169

目前国内多数浇铸企业依然靠人工进行作业，为了减轻工人作业强度，铸造企业引进助力式浇铸机械手进行浇筑作业，但是浇筑作业往往存在多种夹具，而目前市场上的助力机械手仅能以叉取钢包的方式进行浇铸，设备使用率低，灵活性较差[1]。

基于这一现状，对夹具改进设计，将夹具前端设计成可快速拆卸的结构，就可以快速更换和使用不同功能的夹具，达到一台助力式浇铸机械手可完成多种作业的效果，设备的利用率得到提高。

1 基本结构及说明

夹具部分与主体部分构成“一公一母”式快插配合，并通过手柄锁紧。只要接口统一，还可以定制多种不同的夹具，节省成本，灵活性强。

主体部分的结构如图1所示。外壳体上端通过一根立柱法兰与浇铸机械手连接，空心转轴通过后端的把手可以在外壳体内转动，止转销可使空心转轴在水平位置定位，并能承受一定扭矩。锁轴安装在空心转轴内，并可通过离合杆操作锁轴90°转动，控制与夹具头的“锁止”与“解除”。锁轴与空心转轴在轴向方向安装有弹簧，可以确保锁轴始终向前伸出，便于锁止操作。在夹具头插入时，弹簧又可以起到缓冲作用。锁轴后端通过双螺母锁紧，并可调节锁轴在空心转轴轴向方向上的位置，即使锁轴磨损，也可通过调节双螺母紧紧将夹具头锁住。主体部分的连接头称为“母头”，在母头最前端有两个凸起的止转块，防止夹具头在母头内转动[2-3]。

2 空心转轴的设计

空心转轴为此款夹具的核心部件，并直接承载各种夹具头传递来的载荷，本文仅对空心转轴的设计进行说明。

2.1 空心转轴的结构设计

夹具快速更换功能主要体现在空心转轴上。接口设计成锥形孔，有利于装卸和锁紧。转轴的中通孔用于安装锁轴，锁轴前端安装弹簧，因此中通孔需要做成阶梯状。空心转轴与外壳体之间相对转动。

2.2 空心转轴的强度计算

图2为使用某型壳夹具时的受力简图，该情况受力最大，其中D点为承载型壳位置，C点为夹具重心位置，A、B两点为空心转轴的轴承支撑点。

其中，N为最大型壳重量Nmax=100kg，G为夹具自身重量，初估G=40kg，则轴承支反力

取D=φ60mm，并以此为最小外轴径，确定空心转轴其它部位尺寸。

2.3 空心转轴轴承受力计算

3 结语

夹具快换机构设计能够提高助力机械手的利用率，不但可以为企业节省开支，更是一种节约能源的做法，应予提倡。