轴承套圈自动化双夹具上下料输送线平台设计

段 建， 王 伟， 许晓东

（扬州工业职业技术学院， 江苏 扬州 225127）

0 引言

在生产一线进行轴承套圈的加工过程中， 需要不断进行轴承套圈的上下料操作， 以方便加工平台能持续进行加工。以轴承套圈的冷挤压成型为例：在执行冷挤压之前，需要将待挤压坯件放入挤压模中（上料）；在执行冷挤压之后， 需要将成型的轴承套圈从而挤压模中取出 （下料）。 然而在传统加工中，轴承套圈的上下料操作大多依赖于人工完成，存在加工效率低，加工安全性差等问题。针对该问题， 生产中提出利用机械手代替人工进行上下料操作的方式， 但是现有的机械手设备大多需要靠气体或是液压进行驱动，因此需要设置额外的驱动设备，导致生产成本大大增加；另外，在进行多个轴承套圈的同步传送时，现有机械手难以准确进行一个轴承套圈的抓取，由此还存在上下料失误率较大的问题[1-3]。 笔者结合多年实践经验， 设计了一种轴承套圈自动化双夹具上下料输送线可有效解决这些痛点问题。

1 整体结构设计

轴承套圈自动化双夹具上下料输送线整体结构设计，主要由导料装置、加工盘、出料带和夹具组件等部分组成，如图1 所示。 导料装置包括持续进料的进料带、持续转动的导料盘组件和持续送料的导料带； 进料带与导料带垂直配合，且进料带以导料盘组件为终点进行进料，导料带以导料盘组件为起点进行送料；导料盘组件每转动一周，将进料带上的一个轴承套圈导送至导料带上，且导料盘组件与进料带配合进料时，为导料盘组件的转动起点；加工盘上对称设有加工位和卸料位；本装置相比于现有的机械手而言，无需增加额外的驱动设备，具有结构简单、成本低等优点[4-6]。

图1 输送线的整体结构设计示意图

2 导料装置设计

导料装置主要用于传送物料， 主要包括持续进料的进料带、 持续转动的导料盘组件和持续送料的导料带，如图2 所示。导料盘组件包括相互连接的驱动转轴和转盘，转盘通过驱动转轴驱动转动，且转盘的一侧开设有仅可容纳一个轴承套圈的槽口； 进料带向导料盘组件进料时，槽口朝向进料带，且进料带向槽口内导入一个轴承套圈；导料盘组件向导料带导料时，槽口朝向导料带，且导料带将槽口内的一个轴承套圈带出； 在转盘下方设有固定盘，且固定盘顶部与转盘底部接触，驱动转轴贯穿固定盘，且驱动转轴与固定盘转动配合；进料带的进料终端和导料带的导料始端均嵌入于固定盘内[7-8]。

图2 导料装置结构示意图

转盘包括半圆形的上盘和下盘， 驱动转轴与下盘固定连接，且下盘的中心处嵌入固定有转动电机，转动电机的输出端与上盘连接， 并用于驱动上盘与下盘产生相对转动，以调整槽口尺寸。驱动转轴上套设固定有同尺寸的第一转轮和第二转轮。

第一转轮的表壁上外凸形成有一个第一弧形齿条，且第一弧形齿条的长度为1/8 第一转轮弧长； 第二转轮的表壁上外凸形成有两个第二弧形齿条， 第二弧形齿条的长度均为1/4 第二转轮弧长， 且两个第二弧形齿条一端之间的间隔距离为1/8 第二转轮弧长， 两个第二弧形齿条另一端与第一弧形齿条两端的平面距离均为1/8 第一转轮弧长。

3 加工盘设计

加工盘是轴承套圈加工的执行部位， 在其上对称设有加工位和卸料位，如图3 所示。加工盘与导料盘组件之间连接有第一传动机构， 且第一传动机构用于在导料盘组件从转动角度为180°处转动至225°处的过程中带动加工盘转动180°，以实现加工位和卸料位的切换；设置于加工盘与导料带之间的出料带，且三者顶部平齐；出料带与导料带平行，且两者的送料方向相同[9-10]。

图3 加工盘和夹具组件结构示意图

4 夹具组件设计

夹具组件包括偏心连接的驱动轴和转板，如图3 所示。 在实际应用中，该驱动轴作为驱动传动部件，采用与上述驱动转轴相同的原理实现对转板的偏心转动驱动；驱动轴位于加工盘与出料带之间，转板位于加工盘上方，且转板底部固定有两个夹具，两个夹具分别为第一夹具和第二夹具， 且第一夹具和第二夹具分别靠近转板的两端， 以此使得驱动轴在驱动转板转动的过程中带动两个夹具形成偏心转动。夹具组件每偏心转动一周，则通过第一夹具将导料带上的轴承套圈上料至加工盘的加工位处， 通过第二夹具将加工盘卸料位上的轴承套圈下料至出料带上[11-12]。

为确保装置的正常工作， 将夹具设置为被动取料的结构形式。 如图3 所示， 加工盘上的加工位和卸料位处均安装有用于限定轴承套圈的限位板，其限位板可为用于磁吸限定金属轴承套圈的永磁板或电磁板，还可为能限定非金属轴承套圈的负压吸板。 夹具包括U 型框和对称设置于U 型框内的两个夹板， 且每个夹板与U 型框的内壁之间均连接有夹紧弹簧，如图4（a）所示；在每个夹板上均设有两个相互配合的导料斜面， 两个导料斜面分别为外斜面和内斜面， 外斜面长度小于内斜面长度，且外斜面与内斜面的连接处为外凸结构， 由此方便实现轴承套圈与夹具的配合或分离。 同时，如图3 和图4 可以看出， 两个U 型框的开口方向相同， 且加工盘在执行加工位与卸料位的180°转动切换时，卸料位从U 型框的开口侧转动切换至加工位[13]。

图4 夹具组件结构示意图

5 工作过程分析

5.1 导料盘组件处于转动角度为0°的初始位置

整体导料盘组件处于转动角度为0°的初始位置，如图5 所示。 在该位置下，转盘槽口朝向进料带，进料带向转盘的槽口进料，且进料的同时，转盘会在驱动转轴的驱动下形成顺时针转动。 另外，在该位置下，第二弧形齿条b 的始端与第二齿轮啮合， 加工位与卸料位的连线垂直于出料带，第一夹具d 定位于加工位f 处，第二夹具e 定位于出料带上，实现双向下料。 由上可知，在转盘进行顺时针转动时， 通过槽口带动完成进料的轴承套圈进行转动，在此过程中通过固定盘对轴承套圈底部进行限定，以实现轴承套圈的稳定导送；另外，还通过第二弧形齿条b与第二齿轮的啮合会带动第二齿轮进行逆时针转动，以此使得第二传动皮带或第二传动链条进行逆时针传动，而在第二传动皮带或第二传动链条中， 设有与夹具组件的驱动轴进行啮合传动的第二辅助齿轮， 由此使得驱动轴及转板、两个夹具形成图5 中所示的顺时针转动。

图5 整体导料盘组件处于初始位置时转动示意图

值得说明的是， 该位置下第一夹具d 的U 型框开口朝向转盘所在的反方向， 加工盘上限位板对轴承套圈产生的限位作用力大于两个夹紧弹簧及夹板对轴承套圈产生的夹紧力，以金属轴承套圈为例，限位板为磁吸板，则在两个夹具顺时针转动的过程中， 将第一夹具d 内的轴承套圈磁吸限定至加工盘的加工位f 处。

5.2 导料盘组件转动90°后的定位位置

在图5 状态下，整体导料盘组件继续顺时针90°， 以形成图6所示状态， 即整体导料盘组件顺时针转动90°后的定位位置。 在该位置下， 转盘槽口朝向导料带， 由此通过导料带的传送可将轴承套圈从槽口内带出， 而第二齿轮则啮合传动至第二弧形齿条b 的终端处。 第二转轮与第二齿轮的传动比为2∶1， 以保证导料盘组件转动90°后第二齿轮可转动180°。

图6 导料盘组件顺时针转动90°后的定位位置示意图

在形成图5-图6 的转动后：第一夹具d 按顺时针方向转动至导料带上， 第二夹具e 按顺时针方向转动至加工盘的卸料位g 处， 且此时第一夹具d 的U 型框开口朝向转盘， 由此保证轴承套圈从槽口内带出后即可被导送至第一夹具d 内。 同时对处于加工位f 处的轴承套圈进行加工。

5.3 导料盘组件顺时针转动180°后的定位位置

在图6 状态下，整体导料盘组件继续顺时针90°，以形成图7 所示状态， 即整体导料盘组件顺时针转动180°后的定位位置。 在形成图6-图7 的转动过程中，第一齿轮和第二齿轮均不被驱动， 由此则使得加工盘和夹具组件定位与图6 的所示位置， 而轴承套圈则在导料带上导送，以为第一夹具d 的夹取上料提供时间；值得说明的是， 导料带与轴承套圈之间产生的摩擦力大于两个夹紧弹簧及夹板对轴承套圈产生的夹紧力， 由此保证轴承套圈在导料带的导送下能顺利卡入第一夹具d 内。 在卡入时，两个夹板上的外斜面相互配合，以将轴承套圈准确导入两个夹板之间，而在卡入后，轴承套圈限定于两个内斜面之间。在图7 所示位置下，轴承套圈已卡入第一夹具d 内，同时完成处于加工位f 处的轴承套圈的加工；另外第一弧形齿条a 的始端与第一齿轮啮合。

图7 导料盘组件顺时针转动180°后的定位位置示意图

5.4 导料盘组件顺时针转动225°后的定位位置

在图7 状态下，整体导料盘组件继续顺时针45°， 以形成图8 所示状态，即整体导料盘组件顺时针转动225°后的定位位置。 在该位置下，第一齿轮则啮合传动至第一弧形齿条a 的终端处，在啮合传动的过程中，带动第一齿轮进行逆时针转动，以此使得第一传动皮带或第一传动链条进行逆时针传动， 而在第一传动皮带或第一传动链条中，设有与加工盘的转动轴进行啮合传动的第一辅助齿轮，由此使得加工盘形成图6 中所示的顺时针转动。第一转轮与第一齿轮的传动比为4∶1，以保证导料盘组件转动45°后第一齿轮可转动180°， 以此完成加工位f 与卸料位g的切换，同时通过限位板的带动， 使得上述加工位f 上已完成加工的轴承套圈被卡入至第二夹具e 内，由此则形成图8 位置；另外在该位置下，第二弧形齿条c 的始端与第二齿轮啮合。

图8 导料盘组件顺时针转动225°后的定位位置示意图

5.5 导料盘组件顺时针转动315°后的定位位置

在图10 状态下，整体导料盘组件继续顺时针90°，以形成图9 所示状态， 即整体导料盘组件顺时针转动315°后的定位位置。在形成图8-图9 的转动过程中，第二齿轮啮合传动至第二弧形齿条c 的终端处，由此带动两个夹具再次顺时针转动180°，从而形成图9 所示位置，在该位置下，第一夹具d 带动待加工的轴承套圈定位于加工位（180°切换后的g）处，第二夹具e 带动已加工的轴承套圈定位于出料带上，实现双向下料。

图9 导料盘组件顺时针转动315°后的定位位置示意图

值得说明的是： 两个夹紧弹簧及夹板对轴承套圈产生的夹紧力大于轴承套圈本身的重力， 以此实现夹具对轴承套圈的稳定夹持； 出料带与轴承套圈之间产生的摩擦力大于两个夹紧弹簧及夹板对轴承套圈产生的夹紧力， 由此保证轴承套圈在出料带的导送下能顺利脱离第二夹具e。

在图9 状态下， 整体导料盘组件继续顺时针45°，则使得导料盘组件完成一周360°的转动， 并复位至图5 所示的初始位置。而在该转动过程中，第一齿轮和第二齿轮均不被驱动， 以此为第二夹具e 与出料带之间的卸料提供时间。

在整体导料盘组件持续转动的过程中， 往复执行图5-图9-图5 的切换，从而实现轴承套圈的持续上下料。

6 结论

通过实践证明，本文设计的轴承套圈自动化双夹具上下料输送线装置与现有技术相比[5-6]，具有以下有益效果：

（1）设置了相互配合的导料装置和夹具组件，其中导料装置每转动一周仅完成一个轴承套圈的导送， 由此保证夹具组件能精准完成轴承套圈的夹取， 从而避免出现上下料失误的问题；另外，在其导料装置与夹具组件之间设有第二传动机构，以此在导料装置转动的过程中，通过第二传动机构带动夹具组件进行转动或暂停， 从而精准完成上下料操作，相比于现有的机械手而言，无需增加额外的驱动设备，具有结构简单、成本低的优点。

（2）本文设计的装置包括两个夹具，且在导料装置转动时实现两个夹具的偏心转动， 由此可利用两个夹具分别实现加工盘的上料和下料， 以使得上料操作和下料操作同时执行，大大提高了工作效率。

（3）本文设计的加工盘，设有对称分布的加工位和卸料位，且加工盘与导料装置之间连接有第一传动机构，以此在导料装置转动的过程中， 通过第一传动机构带动加工盘进行转动或暂停， 从而有效实现加工位与卸料位的切换，并方便夹具组件进行轴承套圈的夹取。

（4）本文设计的第一传动机构和第二传动机构分别实现夹具组件和加工盘的间歇转动， 由此合理为夹具组件的取料、下料、以及轴承套圈在加工盘上的加工提供了操作时间。

（5）本文设计的夹具，主要通过两个弹性夹板进行轴承套圈的夹持， 且每个夹板上均设有两个相互配合的导料斜面，以此方便实现夹具与轴承套圈配合及分离。