基于优先数的一种堆料机分度系数标准化研究

齐亚文，冶生有

（宁夏共享机床辅机有限公司，宁夏 银川 750021）

0 引言

循环式多工位堆料机是一种强大的物料存储、物料交换设备，为机床母机持续提供角相要求定制、供料节拍稳定、交换位置精确的托板工装，通过工装快速换夹实现盘、套、轴、齿轮、齿轮轴等多种物料供给。一般用于单机齿轮加工机床配套使用，如滚齿机、剃齿机和磨齿机。此外也有用于单机关节机械手配套多台机床或者桁架机械手配套工艺产线的使用方案[1]。

现行的自动循环式多工位堆料机不再是通过多层码垛来实现大装载量，而是简化托盘工装结构，在有限空间内实现工装托盘数量最大化。在此基础上，每个工装只码垛一层工件，这样的码垛方式可对传统堆料机结构进一步简化，上料位和下料工位可进行复合设计，简化成一套常规的顶升结构。通过简化改进以上堆料机的顶升结构，使用更佳简便、快速、精准的电动执行器替换滚珠丝杠的模块结构或者替换链轮链条、齿形带模块结构，进一步提高机构动作效率，降低堆料机顶升机构空间占用率。

为了更好地应对不同型号机床对应的适用工件范围，在设计堆料机时，主要参数系列应最大限度采用优先系数。对规格杂乱、规格尺寸多的链轮齿数、链条节数、工位数，应通过调查分析加以整顿，从优先数系中选用合适的系列，通过优化改进，作为堆料机的主要参数系列。在其零部件的系列设计中应选取一些主要尺寸作为自变量选用优先数系。然后针对上述主要参数系列，在范围值内选取代表数值，进行标准化设计，从而实现设计方法的统一和规范，减少产品设计周期，推动建立最佳秩序，促进相关系列产品在技术上的互相协调和配合[2]。

1 研究过程

1.1 工作原理

循环式多工位堆料机以固定链条节数搭载一定数量的托板工装，由托板工装装夹物料以固定或变频率的输送速度，将物料运转至物料交换位置，实现了物料在机床与堆料机之间精确、快速的交换动作。

1.2 工艺路线

毛培物料手动上料→工装托盘定节距旋转→工装托盘到位检测→物料检测→物料移载→物料交换→物料移载→工装托盘定节距旋转→成品物料手动下料

1.3 堆料机外形尺寸的确定

堆料机的外形尺寸主要分为两种，一种是标准尺寸，根据机型指定的尺寸和人体工程学考虑的标准尺寸；另一种是设计尺寸，根据得到标准尺寸进行设计计算后，得出的。如图1、图2、图3所示，是标准机型堆料机三视图。

图1 堆料机主视图

图2 堆料机俯视图

图3 堆料机右视图

1.4 堆料机主参数计算

为了更好地统一设计参数，调研多家机床不同型号的机床所对应的加工能力，将堆料机运载工装托板的链条，选取16B牌号的链条[3]。

如表二所示，链轮选取牌号16B，齿数分别为32齿和48齿，链轮的分度圆直径由下式计算确认：

式中d为分度圆直径，Z为链轮齿数；

如图四所示，d1为工件外径，F2为链条附板高度，W1、W2为工件在两种链轮齿数规格下的最大宽度运动轨迹尺寸，W3为链条附板高度最大宽度运动轨迹尺寸，由此堆料机宽度尺寸由下式计算确认：

式中K1=30mm为堆料机防护围板厚度，K2=5mm为最小安全间隙；

表1 外形尺寸

表2 链轮与堆料机参数对应表

由此计算可得堆料机宽度尺寸。

图4 堆料机宽度参数图

1.5 链节数计算

链条节数和理论中心距根据堆料机本身工位数要求确定，如表3所示：

表3 工位数与链条节数对应表

链条节数LP计算公式：

1.6 工位间距链节数优化

为统一设备外形尺寸，优选LP=240，由约数和定理将240分解质因数可得：

由约数和定理可知：

即240的约数有1，2，3，4，5，6，8，10，12，15，16，20，24，30，40，48，60，80，120，240，n取4，6，8，10，12，16，P=25.4，由此工件外径参数值由下式计算确认：

K取95，96，97，98，其中R5=1.6，R10=1.25，R20=1.12，R40=1.06；其中d1为工件外径，K为基础数值，RX为优先系数，如表4所示，计算获得d1的四个区间范围值。

表4 工件外径参数计算确认表

如表4所示，选取R10优先系数，K=98，作为堆料机适用工件理论范围值，进一步地优化，选定适用工件优化范围值，最后得出分度系数d/st。

2 技术创新点

（1）对于外形差异问题，确定链轮大小分类，明确链轮标号和齿数。进一步地本生产的丰田汽车在固定链条节数，得出两种标准的链轮中心距，即可固定化、标准化堆料机整体的长度和宽度尺寸；

（2）引用约数和定理和RX优先系数，应用合理的计算公式，获得工件理论范围值，再选定适用工件优化范围值，得出分度系数。

表5 堆料机主参数计算确认表

3 结语

通过本次研究确认并发现了堆料机分度系数，并得出工位数、工件外径、工位节距之间对应的固定优选数值，为堆料机主参数计算提供可靠统一的理论数值参考[4]。对于外形差异问题，从设计建模开始使用参数化建模，通过分析计算确定不同母机厂家对应的不同标准系数，实现快速建模[5]。