全封闭式铁锹生产自动化成型系统的制作方法

本发明涉及铁锹制造领域，具体说是一种全封闭式铁锹生产自动化成型系统。可有效提高生产效率和产品质量。

背景技术

目前在铁锹制造领域还是采用传统的生产方式，即铁锹板下料、送加热炉、取加热料、印制l0g0、铁锹初成型、锹把库成型、沾火后为成品。上述中的每一工序均是由人工手握夹钳操作完成。由于工作现场温度高，环境恶，生产劳动强度大，并且时刻伴有烫伤危险。由于采用人工操作，导致生产出来的铁锹彼此形状具有偏差，影响产品的质量。因此，采用自动化改造传统的手工生产工艺，已成为该领域迫切需要解决的问题。

技术实现要素：

鉴于上述现状，本发明提供了一种全封闭式铁锹生产自动化成型系统，采用机械自动成型，解决了生产工艺中的人工操作的一系列问题，大大提高了生产效率及产品质量。

本发明的技术解决方案是：一种全封闭式铁锹生产自动化成型系统，包括：料坯自动上料单元、坯料拾取及定位摆放机械手单元、料坯加热炉及辊道单元、多级冲压成型机单元和多工位联动自动机械手单元；所述料坯自动上料单元与坯料加热炉辊道单元并列，坯料拾取及定位摆放机械手单元位于坯料加热炉及辊道单元之上，多级成型压力机单元与坯料加热炉及辊道单元垂直，多工位联动机械手单元并列于多级成型压力机单元一侧或两侧。

上述中，料坯自动上料单元，包括两条并列设置的满料筐运行轨道和空料筐返回轨道，在所述满料筐运行轨道和空料筐返回轨道上设有链传动机构；还包括在有料筐运行轨道一侧设有有料筐运筐车准备工位a和有料筐运筐车卸料工位b；在空料筐返回轨道一侧设有空料筐运筐车拉出工位c和空料筐运筐车卸筐工位d；所述的每一个工位的运筐车彼此进行90度的运行换位；在所述有料筐运筐车准备工位a纵向设有推至有料筐运筐车卸料工位b的有料筐运筐车推车气缸；在所述有料筐运筐车卸料工位b横向设有推至空料筐运筐车推车工位c的空料筐运筐车换位气缸；在所述空料筐运筐出推车工位c纵向设有推至空料筐运筐车卸筐工位d的空料筐运筐车推车气缸；在所述空料筐运筐车卸筐工位d横向设有推至有料筐运筐车准备工位a的运筐车换位气缸；所述运筐车在上述四个工位及运行轨道进行位置转换,上述的满料筐和空料筐分布在满料筐运行轨道和空料筐返回轨道上运行。

上述中，所述坯料拾取及定位摆放机械手单元，包括框架，该框架上固定设有活塞杆，该活塞杆上安装有移动缸体构成的双向移动水平气缸，该移动缸体上装有向下垂直的升降气缸，通过升降气缸与吸盘机械手连接，吸盘机械手与外设的气源连接，在活塞杆两侧的框架上设有行程开关，所述的坯料拾取定位摆放机械手单元横跨坯料加热炉辊道单元之上。

上述中，坯料加热炉及辊道单元，包括承载坯料的输料辊道，该输料辊道平行穿过加热炉，料坯在辊道上运行至通过加热炉加热后被输送出来，通过多工位联动机械手单元送至多级成型压力单元。

上述中，多级成型压力单元，包括并列成一排的一级成型压力机、二级成型压力机和三级成型压力机，多级成型压力单元垂直于坯料加热炉辊道单元的辊道出口一侧。

上述中，多工位联动机械手单元，包括轨道机架，该轨道机架上安装有纵向行走大车，通过机架上的纵向气缸与纵向行走大车连接，以及安装在纵向行走大车上的升降气缸，通过升降气缸与升降托架连接，所述升降托架上分别设有横向气缸、横向轨道，在所述横向轨道上安装有横向行走小车，所述的横向行走小车与升降托架上设置的横向气缸连接，在横向行走小车上安装有彼此间隔的多级机械手，所述多工位联动机械手单元并列在多级成型压力机单元及对应于送料轨道出口及多级成型压力单元。

进一步地，所述每一工位的机械手它是一种衍梁结构的多工位联动机械手，衍梁横向按间隔设置安装多个机械手臂，每个手臂的端部装有夹爪气缸，该夹爪气缸的活塞杆一端分别铰接剪式双指夹爪，通过夹爪气缸的活塞杆的伸长或是缩短控制双指夹爪夹紧抓起铁锹料坯或松开料坯。

进一步地，具有一运筐车，该运筐车包括带四个万向滚珠底轮的行走车，该车可以在各个换车位随不同气缸推动可四个方向行走（行走过程筐体位置方向不改变），该行走车内部设有涡轮蜗杆升降机构及安装其上的托盘，行走车上部两侧横向设有与料筐底部对称的v凸型轨道，位于v凸型轨道其中一侧端部安装限位挡块。

进一步地，具有一坯料筐，该坯料筐是一个按铁锹坯形状制作的金属框架，该金属框架底部两侧设有对称的四个v凹型地脚车轮，该坯料筐底部的v凹型地脚车轮与运筐车上的v凸型轨道配合，通过铁锹料坯自动上料单元，使铁锹坯料筐送入运筐车上端的v凸型轨道并以挡块定位。

进一步地，所述链传动机构，包括安装在满料筐运行轨道和空料筐返回轨道内的链条及链轮，其中一个链轮与驱动装置（减速电机），所述链条按一定间隔分布有拨片，通过链条沿链轮作循环运转，通过拨片作用满料筐运行轨道和空料筐返回轨道上的满料筐或是空料筐在两个轨道上按着两个相反的方向运行。

本发明的有益效果是：本发明涉及的封闭式铁锹成型自动生产线使铁锹生产是完全无人化操作，避免人工操作的疲劳和危险，并提高了生产效率及质量。同时，封闭条件下，使铁锹生产加工过程产生的氧化铁削全部回收，避免环境污染又能减少资源浪费。

附图说明

图1是本发明的各设备单元配置示意图；

图2是图1料坯自动上料单元主视图；

图3是图2俯视图；

图4是图1坯料拾取及定位摆放机械手单元a、坯料加热炉辊道单元b示意图；

图5是运筐车示意图；

图6是坯料筐示意图；

图7是图1多工位联动机械手单元示意图；

图8是图7右视图。

具体实施方式

下面将结合附图实施例对本发明作进一步说明。

见图1至图8所示的一种全封闭式铁锹生产自动成型系统，包括料筐上坯料单元ⅰ、坯料拾取及定位摆放机械手单元ⅱ、坯料加热炉及辊道单元ⅲ、压力成型单元ⅳ、ⅴ、ⅵ、多工位联动机械手单元ⅶ、以及将冲压最后成型的铁锹送入成品收集热处理工序（见图1）。本实施例所述铁锹料坯自动上料单元、与坯料加热炉辊道单元并列，料坯自动拾取单元位于坯料加热炉及辊道单元之上，多级成型压力机单元与坯料加热炉及辊道单元垂直，多工位联动机械手单元并列于多级成型压力机单元一侧或两侧。本实施例中的坯料加热炉将料坯加热到1100度，压力成型单元中的一级成型压力机ⅰ为铁锹logo成型，二级成型压力机ⅱ为锹面和把库初成型，三级成型压力机ⅲ为锹把库圆成型，上述多级冲压成型单元属已有技术，故省略表述。本实施例中所述的坯料筐上坯料单元ⅰ，包括两组并列设置的有料筐运行轨道8和空料筐返回轨道5，所述有料筐运行轨道8和空料筐返回轨道5构成的轨道支架安装在距地面有一定高度的基础上，在所述的有料筐运行轨道8和空料筐返回轨道5上装有链传动装置，该链传动装置包括链条6及链轮9，在所述链条6的链节上按一定间隔分布有拨片4，通过拨片4带动有料筐运行轨道8上的坯料筐3运行，其中一链轮9连接驱动装置7（减速电机），通过链条6输送在有料筐运行轨道8上沿一个方向往复运行；因空料筐返回轨道5上装有与有料筐运行轨道8相同的链传动装置，因此，通过链传动装置在空料筐返回轨道5上向沿一个方向往复运行（与有料筐运行轨道8上的运行方向相反），即有料筐运行轨道8与空料筐返回轨道5上的链传动装置中的链传动方向为两个相反的运动方向。上述中所述有料筐运行轨道8一侧设置有料筐运筐车准备工位a和有料筐运筐车卸料工位b；在空料筐返回轨道5一侧设有空料筐运筐车拉出工位c和空料筐运筐车卸筐工位d，所述的每一个工位的运筐车彼此进行90度的运行换位。在所述有料筐运筐车准备工位a纵向设有第一运筐车1，该第一运筐车1将其上装载的坯料筐3推至有料筐运筐车卸料工位b准备卸去坯料筐3内的坯料。上述的第一运筐车1通过有料筐运筐车准备工位a纵向设置的有料筐运筐车推车气缸12作用移位到有料筐运筐车卸料工位b；在所述空料筐运筐出推车工位c纵向设有第二运筐车2，该第二运筐车2为备用空载转换车。在所述有料筐运筐车卸料工位b横向设有推至空料筐运筐车推车工位c的空料筐运筐车换位气缸14，通过空料筐运筐车换位气缸14作用是将已卸料的第一运筐车1及空料筐3从有料筐运筐车卸料工位b经换向推至空料筐运筐出推车工位c；在所述空料筐运筐出推车工位c纵向设有空料筐运筐车推车气缸15，通过空料筐运筐车推车气缸15作用空料筐运筐出推车工位c的第一运筐车1及空料筐3推至空料筐运筐车卸筐工位d，再由空料筐返回轨道5上的链传动装置将空料筐卸下送至装料工位；在所述空料筐运筐车卸筐工位d横向设有运筐车换位气缸16，通过运筐车换位气缸16将已卸去空料筐的第一运筐车1和第二运筐车2轮流转换推至有料筐运筐车准备工位a。所述第一运筐车1和第二运筐车2在上述四个工位及“回”字形换向轨道13上进行位置转换。上述的坯料筐、空料筐分别在有料筐车运行轨道8和空料筐返回轨道5上运行。本实施例的有料筐运筐车准备工位a、有料筐运筐车卸料工位b、有空料筐运筐车拉出工位c和空料筐运筐车卸筐工位d的基础低于有料筐运行轨道8和空料筐返回轨道5，各工位上放置的第一运筐车1和第二运筐车2的高度与有料筐运行轨道8和空料筐返回轨道5相等。在所述有料筐运筐车准备工位a、有料筐运筐车卸料工位b、有空料筐运筐车拉出工位c和空料筐运筐车卸筐工位d的基础上设有“回”字形换向轨道13或是“#"字换向轨。通过“回”字形换向轨道13使其第一运筐车1和第二运筐车2在有料筐运筐车推车气缸12、空料筐运筐车换位气缸14、空料筐运筐车推车气缸15和运筐车换位气缸16作用下沿“回”字形换向轨道13上自由换位（见图2、3）。上述中，有料筐运筐车卸料工位b的取料是通过坯料拾取及定位摆放机械手单元进行精准取料。上述运行轨道取料区域设有四个工位（准备位、取料位、拉出位和推出位），及两台料筐运筐车，一台在满料筐取料工位，一台在取空后空料筐拉出工位。这台运筐车在空料筐返回轨道上放出空料筐后，再进入满料筐轨道重新加载满料筐，待取料位料筐取空后，自动进入取空位，在准备位的料车，进入取料位。两台车循环换位，完成满料筐\空料筐交换过程。满料筐送到取料位取料，空料筐送到空料筐轨道，拉出后重新装料。在满料筐取料工位上，取料机械手在plc控制与各种传感器配合下，不断有序地从料筐中一片一片取出铁锹料坯，准确定位地放到料坯加热炉进口辊道上，铁锹料坯随加热炉辊道进入料坯加热炉加热。本实施例中，所述坯料拾取及定位摆放机械手单元ⅱ，包括框架17，该框架17为门式机架，在框架17上固定设有活塞杆18，该活塞杆18上固定安装有移动连接件19，通过移动连接件19安装在活塞杆18上构成了双向移动水平气缸；在所述移动连接件19上装有向下垂直的升降气缸21，通过升降气缸21与吸盘机械手22连接，吸盘机械手22与外设的气源连接，位于活塞杆18两侧的框架17上设有左右行程开关20（见图4中的a）。本实施例所述的坯料拾取定位摆放机械手单元ⅱ横跨坯料加热炉及辊道单元ⅲ之上。本实施例的坯料加热炉及辊道单元ⅲ，包括承载坯料的输料辊道24，该输料辊道24平行穿过加热炉23（见图4中的b）。因此，当料坯在输料辊道24上运行后通过加热炉23加热后被输送出来，通过多工位联动机械手单元送至多级成型压力单元。上述中的坯料拾取及定位摆放机械手单元ⅱ主要是通过吸盘机械手抓取坯料筐中的铁锹坯料逐一的放在输料辊道24上运行后通过加热炉23进行加热处理。坯料拾取机械手的拾取料坯条件是坯料筐处于高位、输料辊道24处于有坯料位或无坯料位：第一步，吸盘机械手22在原始位发生真空；第二步，吸盘机械手22下降到位，自动吸取料坯；第三步，吸盘机械手22上升；第四步，吸盘机械手22移动到下料位；第五步，吸盘机械手22真空结束下料完毕；第六步，吸盘机械手22退回到原始位。

上述中所述坯料加热炉及辊道单元ⅲ，主要作用是将铁锹坯料在加热炉内加热烧红，为后续的成型工序做准备（属已有技术略去描述）。

料片自动拾取及定位摆放到加热炉轨道上工作原理：

料坯片在坯料筐里一片片有序放置，通过有坯料筐在有料筐运行轨道13上运行至运筐车上，运筐车在气缸11推动下推至取料位b，进入上料机械手吸盘位置，上料吸盘根据plc上料程序自动上料，当上限传感器检测不到料坯片时，plc输出驱动信号驱动蜗轮蜗杆提升托盘，当托盘把料坯片提升到上限传感器感应到信号后,提升驱动停止，如此周而复始直到坯料筐里的坯料片全部拾取完毕，空料筐传感器得到信号，驱动托盘下降。同时运筐车将空坯料筐拉出位行走到b位，与此同时，有料筐位的运筐车在气缸推动下进到坯料上料位b位，周而复始实现全自动上料过程。本实施例所述运筐车（见图5），包括运筐车本体25，该运筐车本体25底部设有四个滚珠万向轮26，在所述运筐车本体25内部设有涡轮蜗杆升降机构27及安装其上的托盘28，运筐车本体25上部两侧纵向设有对称的v凸型轨道29，位于v凸型轨道29一端的横向设有限位挡块30。当坯料筐在有料筐运行轨道运行至运筐车位置时，通过链轮传动装置，将坯料筐推送到运筐车的v凸型轨道29上，坯料筐上的v凹型轮滑动配合使坯料筐移至运筐车上，通过限位挡块30保证坯料筐在运筐车本体25上的定位。

上述的运筐车首先进入准备位a。该运筐车的作用是承接有料筐运行轨道13上输送来的有料坯料筐从a准备位运至坯料卸料工位b，经卸料后推至空料筐拉出工位c，最后推至空料筐卸筐工位d之后，再将空料筐经链传动装置送至空料筐返回轨道上进行装料。当运筐车转运至坯料卸料工位b时，随着坯料拾取及定位摆放机械手单元（见图4中的a）逐一卸料，至全部坯料卸完后，运筐车换位，将空料筐送入下一工序。

本实施例中，所述坯料筐31，具有一个多条竖直定位边框的金属架，该金属框架底部设有四个v凹型车轮32（见图6）。该坯料筐底部的v凹型车轮31与运筐车上的v凸型轨道为同一形状，通过v凹型轮32在运筐车的v凸型轨道上滚动进入定位位置。上述的坯料筐31主要用于装载铁锹坯料，通过坯料筐31进入坯料拾取及定位摆放机械手单元ⅱ。

本实施例中，所述压力成型单元ⅳ、ⅴ、ⅵ，是将加热后的铁锹料坯送入每个压力成型单元ⅳ、ⅴ、ⅵ的模具中，通过压力成型单元ⅳ、ⅴ、ⅵ上的多道模具冲压成型，该压力成型单元属已有设备，故省略表述。

本实施例中，所述多工位联动机械手单元ⅶ（见图7），包括机架33，沿机架33描述的纵向两侧设有对称的大车直线轨道34，机架33中部纵向设有大车驱动气缸35，该大车驱动气缸35与行走大车44下部固定连接，在所述行走大车44装有直线轴承41，在大车驱动气缸35的作用下，通过行走大车44的直线轴承41在大车直线轨道34上往返行走位移，在所述行走大车44上面固定设有一个小车提升气缸45，该小车提升气缸37的升降端与行走大车36连接，为了保证小车托板38的稳定性，且在小车托板38上装有升降导向轴46，利用升降导向轴46与行走大车44上的导向孔滑动配合。在所述小车托板38横向对称设有小车导轨40，该小车导轨40上安装有带有滑槽的行走小车39，所述的行走小车39与固定在小车托板38上的小车驱动气缸37连接，通过小车驱动气缸37作用，控制行走小车39在小车导轨40上作横向往复位移。上述中的行走小车39上按间隔设有四个手臂47，每个手臂47上连接一个夹爪气缸42，每一夹爪气缸42上对应装有剪式双指夹爪43。本实施例所述的多工位联动机械手单元ⅶ，包含了可横向行走、纵向行走和提升下降的行走小车39，同时所述在行走小车39上安装的多工位机械手是由夹爪气缸42的缸体及活塞杆上分别铰接有剪式双指夹爪43，通过夹爪气缸42活塞杆的伸长或是缩短控制双指夹爪夹爪43的加紧或松开。本实施例采用四个多工位联动机械手的功能是：第一机械手对应于加热炉轨道出料一端，将送料轨道输送来的加热坯料进行抓取，之后送入一级成型压力机ⅳ的模具上进行初级成型印制l0g0；第二机械手是将经一级成型压力机ⅳ初级成型后的坯料进行抓取送至二级成型压力机ⅴ的模具上进行再次成型；第三机械手是将经二级成型压力ⅴ成型的坯料进行抓取送至三级成型压力机ⅵ的模具上进行最后成型；第四机械手是将三级成型压力机ⅵ的最后成型的铁锹进行抓取送至产品工作台上，整个生产过程如此反复。上述中的四个多工位联动机械手夹爪的横向往复、纵向往复、提升、下降、夹紧、松开均通过可以纵向行走和横向行以及可以提升/下降的小车，在plc控制下带动四个机械夹爪实现。

行走小车39工作过程：通电后原始状态,行走小车39左移到位，剪式双指夹爪张开；辊道坯料传器信号--行走小车39前进--夹爪闭合--行走小车39升起--行走小车39右移--行走小车39下降--行走小车39后退--夹爪张开--行走小车39左移（等待），在整个循环周期中，四个夹爪共同完成一张坯料从加热炉取出经过1#压力机，2#压力机，3#压力机的无人成型冲压过程。