热冲压自动线及其传送机械手的制作方法

本实用新型属于热冲压加工生产领域，具体涉及一种热冲压自动线传送机械手及使用方法。

背景技术：

机械手是一种能够自动定位控制，并可重新编程改变的多功能设备，广泛用于机械制造、冶金、电子和轻工等部门。热冲压生产技术面向着高速化、自动化、柔性化、精密化的方向发展。将机械手应用于热冲压生产技术中，从根本上改变传统机械化生产，是现代热冲压生产技术的重要发展方向。目前，国内市场上尚无报道过热冲压加工中心。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种热冲压自动线传送机械手及使用方法，该热冲压自动线传送机械手是热冲压生产过程中的关键设备，也可作为整套机加系统有机连接的核心机构。该热冲压自动线传送机械手可满足高机械性能待加工料热加工工艺要求，使其生产的零件具有更高的静强度和疲劳强度，以满足研制生产的新标准、新要求，并且提高生产效率、材料利用率。该实用新型还可柔性调整，还能满足其他高机械性能标准件热加工工艺要求。

本实用新型采用的技术方案为：

热冲压自动线传送机械手，包括可移动支撑机构(1)，X轴移动机构(2)，Z轴升降机构(3)，A轴旋转机构(4)和夹紧机构(5)；

所述X轴移动机构(2)具有设置在可移动支撑机构(1)上的X轴滑道(2.1)，X轴伺服电机(2.2)和X轴传动机构(2.3)；所述X轴滑道(2.1)支撑Z轴升降机构(3)并限定Z轴升降机构(3)在X轴上的走行轨迹；所述X轴伺服电机(2.2)和X轴传动机构(2.3)用于带动Z轴升降机构(3)在X轴滑道(2.1)上移动；

所述Z轴升降机构(3)具有设置在X轴滑道(2.1)上并与X轴传动机构(2.3)连接的Z轴底座(3.1)，Z轴底座(3.1)上垂直设有Z轴安装板(3.2)，Z轴安装板(3.2)上设有Z轴伺服电机(3.3)、Z轴滑道(3.4)和Z轴传动机构；所述A轴旋转机构(4)设置在Z轴滑道(3.4)上，并在Z轴伺服电机(3.3)和Z轴传动机构的作用下沿Z轴滑道(3.4)作升降移动；

所述A轴旋转机构(4)具有设置在Z轴滑道(3.4)上并与Z轴传动机构连接的A轴底座(4.1)，A轴底座(4.1)上垂直设有A轴安装板(4.2)，A轴安装板(4.2)上设有用于控制夹紧机构(5)旋转的旋转电机(4.3)；

所述夹紧机构(5)具有机械臂(5.1)，所述机械臂(5.1)的一端通过轴承组件(5.2)安装在旋转电机(4.3)的转轴上，机械臂(5.1)的一端装有夹紧气缸(5.3)和卡爪(5.4)，通过夹紧气缸(5.3)控制卡爪(5.4)的开启和闭合。

所述的热冲压自动线传送机械手，所述可移动支撑机构(1)具有箱体(1.1)，箱体(1.1)上设有台体(1.2)，箱体(1.1)下方四角分别设有走行轮(1.3)，每个走行轮(1.3)的外侧均设有支撑地脚(1.4)；所述箱体(1.1)设有用于控制X轴伺服电机(2.2)、Z轴伺服电机(3.3)、旋转电机(4.3)和夹紧气缸(5.3)工作的总控系统。

所述的热冲压自动线传送机械手，所述可移动支撑机构(1)上还设有柔性放料装置(6)，所述柔性放料装置位于X轴滑道(2.1)的一侧；所述柔性放料装置具有底板(6.1)，底板(6.1)的中部设有螺纹导柱(6.3)，底板(6.1)上位于螺纹导柱(6.3)的周边设有数个光滑导柱(6.2)，螺纹导柱(6.3)的顶端设有用于夹持坯料(8)的V型夹块(6.5)和盖板(6.6)，螺纹导柱(6.3)上设有带螺母的支撑平台(6.4)，所述支撑平台(6.4)上的螺母通过与螺纹导柱(6.3)配合控制支撑平台(6.4)上下移动；所述支撑平台(6.4)上还设有与光滑导柱(6.2)配合的导孔。

所述的热冲压自动线传送机械手，所述盖板(6.6)为L型盖板(6.6)并配有可调顶丝，盖板(6.6)一侧壁通过螺栓安装在V型夹块(6.5)上，盖板(6.6)另一侧壁位于V型夹块(6.5)的上方，所述盖板(6.6)另一侧壁具有一豁口；V型夹块(6.5)具有V型开口，所述豁口与V型开口相对设置，所述可调顶丝安装在盖板(6.6)一侧壁上，与V型开口配合；所述坯料(8)通过豁口、可调顶丝和V型开口的作用定位在支撑平台(6.4)上。

所述的热冲压自动线传送机械手，所述夹紧气缸(5.3)和卡爪(5.4)之间设有隔热陶瓷片(5.5)，所述卡爪(5.4)为高温合金钢卡爪(5.4)。

所述的热冲压自动线传送机械手，所述可移动支撑机构(1)的一端还设有连接组件(7)，所述可移动支撑机构(1)通过连接组件(7)与金属挤压机(9)连接。

所述的热冲压自动线传送机械手，所述旋转电机(4.3)通过减速器与机械臂(5.1)连接，即所述机械臂(5.1)的一端通过轴承组件(5.2)安装在减速器的输出轴上。

一种热冲压自动线，采用所述的传送机械手，还包括金属挤压机(9)，金属挤压机操作柜(10)和高频感应加热器(11)，所述金属挤压机(9)设置在地基(12)上位于传送机械手的前端，所述高频感应加热器(11)和金属挤压机操作柜(10)分别位于传送机械手的两侧。

一种所述热冲压自动线传送机械手的使用方法，包括如下步骤：

1)通过可移动支撑机构(1)将传送机械手推至金属挤压机(9)前，并通过连接组件(7)与金属挤压机(9)连接固定；

2)将坯料(8)放置在柔性放料装置(6)上，并通过支撑平台(6.4)上的螺母调节坯料(8)的高度，确定坯料(8)高度后，利用V型夹块(6.5)和盖板(6.6)的夹持将坯料(8)定位在支撑平台(6.4)上；

3)通过X轴伺服电机(2.2)、Z轴伺服电机(3.3)和旋转电机(4.3)，在速度模式下手动将夹持有光滑棒料的夹紧机构(5)分别调整至柔性放料装置(6)的坯料(8)待夹持位置、高频感应加热器(11)的坯料(8)待加热位置、金属挤压机(9)的坯料(8)待加工位置，进行类似机床的对刀工作，同时记录下三个位置的空间坐标位置；把待加工坯料尺寸参数、运行速度参数、三个位置的空间位置参数写入总控系统；

4)智能运行过程：一键式启动停止，首先通过X轴伺服电机(2.2)、Z轴伺服电机(3.3)和旋转电机(4.3)将夹紧机构(5)调整至坯料(8)待夹持位置；通过夹紧机构(5)中夹紧气缸(5.3)控制卡爪(5.4)开启和闭合夹持坯料(8)；然后通过Z轴伺服电机(3.3)控制夹紧机构(5)上升使坯料(8)脱离柔性放料装置(6)，通过X轴伺服电机(2.2)、Z轴伺服电机(3.3)和旋转电机(4.3)将夹紧机构(5)调整至坯料(8)待加热位置，通过控制夹紧气缸(5.3)将夹持坯料(8)的卡爪(5.4)伸至高频感应加热器(11)中，开始加热；加热完成后，通过夹紧气缸(5.3)控制夹持加热坯料(8)的卡爪(5.4)脱离高频感应加热器(11)；通过X轴伺服电机(2.2)、Z轴伺服电机(3.3)和旋转电机(4.3)控制夹紧机构(5)将加热后的坯料(8)送至金属挤压机(9)中待加工位置，再下降进入模具，通过控制夹紧气缸(5.3)开启卡爪(5.4)完成下料；最后，将夹紧机构(5)从金属挤压机(9)中退回，系统回零；

5)最后通过金属挤压机操作柜(10)控制金属挤压机(9)工作，完成坯料(8)的加工。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型一种热冲压自动线传送机械手主要包括可移动支撑机构和总控系统、柔性放料装置、X轴移动机构、Z轴升降机构、A轴旋转机构、夹紧机构(气动)、连接组件等。其中可移动支撑机构主要用来定位支撑和安放气动元件、电气元件；总控系统可以批量写入坯料型号尺寸，可以由上位机管控，并周期性存储了报警信息，各个电机的力矩速度输出情况、位置状况，气缸的位置状况；柔性放料装置可以扩展成基于振动盘等的自动上料线，附加自动下料线可以形成具有一定节拍的加工中心；三坐标机构(X轴移动机构、Z轴升降机构、A轴旋转机构)完成定位与运输；连接组件是用来将机械手与金属挤压机相连，不仅固定了机械手在Z方向上的位置，还保证了机械手在X方向上线性精度。本实用新型主要是 指以伺服电机和气源作为动力源。三个运动机构中都是由伺服电机和传动机构组成，完成预定的空间位置的移动。X轴、Z轴可采用丝杠模组，Z轴通过减速器带动机械臂旋转。

本实用新型一种热冲压自动线传送机械手采用可移动式支撑机构作为平台适用于不固定的生产现场。机械手、加热设备，加工设备成分体式结构，具有通用性，便于维护。柔性上料装置保证待加料有一定通用性；气动夹紧机构配有不同范围的专用夹具保证待加工料通用性实际可行。三坐标机械手采用绝对位置监测系统使得机械定位更加精准、安全可靠。

标准件热冲压自动线传送机械手可满足高机械性能待加工料热加工工艺要求，使其生产的零件具有更高的静强度和疲劳强度，以满足研制生产的新标准、新要求，并且提高生产效率、材料利用率。该实用新型还可柔性调整，还能满足其他高机械性能标准件热加工工艺要求。

本实用新型一种热冲压自动线传送机械手操作简便大致包括(1)准备工作：查看设备各接头无松动、机械位置安全后系统上电，无报警的话开始手动打点(相对于三坐标机械手三维参考零点测出上料装置、加热设备、冲床空间参考点的相应坐标)，并且写入，进行参数化。(2)工作方式：各设备连接信号正常后，上料准备工作，点击自动启动，系统按参数顺序完成到位取料、送料夹持加热、等待加热完成、送料加工、到位下料并退回、完成冲压加工，回零等系列动作。

附图说明

图1为本实用新型热冲压自动线传送机械手的结构示意图。

图2为本实用新型热冲压自动线传送机械手的侧视图。

图3为本实用新型热冲压自动线传送机械手相对工作位置图。

图4柔性放料装置的结构示意图。

图5气动夹紧机构的结构示意图。

其中：可移动支撑机构1，箱体1.1，台体1.2，走行轮1.3，支撑地脚1.4，X轴移动机构2，X轴滑道2.1，X轴伺服电机2.2，X轴传动机构2.3，Z轴升降机构3，Z轴底座3.1，Z轴安装板3.2，Z轴伺服电机3.3，Z轴滑道3.4，A轴旋转机构4，Z轴底座4.1，A轴安装板4.2，旋转电机4.3，夹紧机构5，机械臂5.1，轴承组件5.2，夹紧气缸5.3，卡爪5.4，隔热陶瓷片5.5，柔性放料装置6，底板6.1，光滑导柱6.2，螺纹导柱6.3，支撑平台6.4，V型夹块6.5，盖板6.6，连接组件7，坯料8，金属挤压机9，金属挤压机操作柜10，高频感应加热器11，地基12。

具体实施方式

如图1-5所示一种热冲压自动线传送机械手，包括可移动支撑机构1，X轴移动机构2，Z轴升降机构3，A轴旋转机构4和夹紧机构5；

所述X轴移动机构2具有设置在可移动支撑机构1上的X轴滑道2.1，X轴伺服电机2.2和X轴传动机构2.3；所述X轴滑道2.1支撑Z轴升降机构3并限定Z轴升降机构3在X轴上的走行轨迹；所述X轴伺服电机2.2和X轴传动机构2.3用于带动Z轴升降机构3在X轴滑道2.1上移动；

所述Z轴升降机构3具有设置在X轴滑道2.1上并与X轴传动机构2.3连接的Z轴底座3.1，Z轴底座3.1上垂直设有Z轴安装板3.2，Z轴安装板3.2上设有Z轴伺服电机3.3、Z轴滑道3.4和Z轴传动机构；所述A轴旋转机构4设置在Z轴滑道3.4上，并在Z轴伺服电机3.3和Z轴传动机构的作用下沿Z轴滑道3.4作升降移动；

所述A轴旋转机构4具有设置在Z轴滑道3.4上并与Z轴传动机构连接的A轴底座4.1，A轴底座4.1上垂直设有A轴安装板4.2，A轴安装板4.2上设有用于控制夹紧机构5旋转的旋转电机4.3；

如图5所示夹紧机构5具有机械臂5.1，所述机械臂5.1的一端通过轴承组件5.2安装在旋转电机4.3的转轴上，机械臂5.1的一端装有夹紧气缸5.3和卡爪5.4，通过夹紧气缸5.3控制卡爪5.4的开启和闭合。所述夹紧气缸5.3和卡爪5.4之间设有隔热陶瓷片5.5，所述卡爪5.4为高温合金钢卡爪5.4。所述旋转电机4.3通过减速器与机械臂5.1连接，即所述机械臂5.1的一端通过轴承组件5.2安装在减速器的输出轴上。由于待加工坯料的第二个工艺过程是在高频感应加热器11里加热到600℃以上，才能达到待加工料的性能要求，因此采用高温合金钢卡爪，并采用隔热陶瓷片5.5将卡爪和夹紧气缸隔离，保护夹紧气缸以免高温损坏。夹紧机构5采用气动夹紧机构5，气源经二位四通电磁换向阀控制夹紧气缸的伸缩，进而控制卡爪的开启和闭合，然后调节速度控制阀的开度可以控制压缩空气的流量，就可以控制卡爪的开启和闭合的速度。

所述可移动支撑机构1具有箱体1.1，箱体1.1上设有台体1.2，箱体1.1下方四角分别设有走行轮1.3，每个走行轮1.3的外侧均设有支撑地脚1.4；所述箱体1.1设有用于控制X轴伺服电机2.2、Z轴伺服电机3.3、旋转电机4.3和夹紧气缸5.3工作的总控系统。总控系统以主PLC和运动控制模块为控制核心；触摸屏及面板按钮开关指示灯为操作系统；利用检测传感器形成闭环绝对值系统。

所述可移动支撑机构1上还设有柔性放料装置6，所述柔性放料装置位于X轴滑道2.1的一侧；如图4所示柔性放料装置具有底板6.1，底板6.1的中部设有螺纹导柱6.3，底板 6.1上位于螺纹导柱6.3的周边设有数个光滑导柱6.2，螺纹导柱6.3的顶端设有用于夹持坯料8的V型夹块6.5和盖板6.6，螺纹导柱6.3上设有带螺母的支撑平台6.4，所述支撑平台6.4上的螺母通过与螺纹导柱6.3配合控制支撑平台6.4上下移动；所述支撑平台6.4上还设有与光滑导柱6.2配合的导孔。所述盖板6.6为L型盖板6.6并配有可调顶丝，盖板6.6一侧壁通过螺栓安装在V型夹块6.5上，盖板6.6另一侧壁位于V型夹块6.5的上方；所述盖板6.6另一侧壁具有一豁口，V型夹块6.5具有V型开口，所述豁口与V型开口相对设置，所述可调顶丝安装在盖板6.6一侧壁上，与V型开口配合；所述坯料8通过豁口、可调顶丝和V型开口的作用定位在支撑平台6.4上。通过调节带螺母的支撑平台6.4上的螺母，使整个支撑平台6.4在光滑导柱6.2的导向下，可以在螺纹导柱6.3上，作上下移动，主要用来适应不同长度的待加坯料的支撑，根据实际工况，其调节范围可在0～85mm之间。采用盖板6.6和V型夹块6.5夹持待加工坯料，并保证每次上料夹持待加工坯料时夹持高度一致。

所述可移动支撑机构1的一端还设有连接组件7，所述可移动支撑机构1通过连接组件7与金属挤压机9连接。

一种热冲压自动线，采用上述传送机械手，还包括金属挤压机9，金属挤压机操作柜10和高频感应加热器11，所述金属挤压机9设置在地基12上位于传送机械手的前端，所述高频感应加热器11和金属挤压机操作柜10分别位于传送机械手的两侧。

一种上述热冲压自动线传送机械手的使用方法，包括如下步骤：

1)通过可移动支撑机构1将传送机械手推至金属挤压机9前，并通过连接组件7与金属挤压机9连接固定；

2)将坯料8放置在柔性放料装置6上，并通过支撑平台6.4上的螺母调节坯料8的高度，确定坯料8高度后，利用V型夹块6.5和盖板6.6的夹持将坯料8定位在支撑平台6.4上；

3)通过X轴伺服电机2.2、Z轴伺服电机3.3和旋转电机4.3，在速度模式下手动将已经夹持了光滑棒料(模拟坯料8)的夹紧机构5分别调整至柔性放料装置6的坯料8待夹持位置上方、高频感应加热器11的坯料8待加热位置、金属挤压机9的坯料8待加工位置，进行类似机床的对刀工作，同时记录下三个位置的空间坐标位置；把待加工坯料8尺寸参数、运行速度参数、三个位置的空间位置参数写入总控系统；

4)智能运行过程：一键式启动停止，首先通过X轴伺服电机2.2、Z轴伺服电机3.3和旋转电机4.3将夹紧机构5调整至坯料8待夹持位置上方，再下降；通过夹紧机构5中夹紧 气缸5.3控制卡爪5.4开启和闭合夹持坯料8；然后通过Z轴伺服电机3.3控制夹紧机构5上升使坯料8脱离柔性放料装置6，通过X轴伺服电机2.2、Z轴伺服电机3.3和旋转电机4.3将夹紧机构5调整至坯料8待加热位置下方，再上升，通过控制夹紧气缸5.3将夹持坯料8的卡爪5.4伸至高频感应加热器11中，开始加热；再然后，加热完成，通过夹紧气缸5.3控制夹持加热坯料8的卡爪5.4脱离高频感应加热器11；通过X轴伺服电机2.2、Z轴伺服电机3.3和旋转电机4.3控制夹紧机构5将加热后的坯料8送至金属挤压机9中待加工部位上方，再下降进入模具，通过控制夹紧气缸5.3开启卡爪5.4完成下料；最后，将夹紧机构5从金属挤压机9中退回，系统回零；

5)最后通过金属挤压机操作柜10控制金属挤压机9工作，完成坯料8的加工。