六模冷墩机换模辅助机械手系统

摘要

本发明涉及一种六模冷墩机换模辅助机械手系统。其特征在于：所述辅助机械手系统包括大臂、小臂、主抓手、次抓手、气动扳手、气动控制器和其他链接零件。所述大臂通过螺母固定在冷墩机上，旋转连杆的圆管端直接套在中间连接柱上，实现水平面的旋转运动，大臂长、短连杆实现在竖直平面摆动；所述小臂通过对称布置的推力轴承与大臂连接杆链接在一起，实现小臂相对于大臂连接杆轴线做水平旋转运动，本发明设计合理、结构紧凑且使用方便。

说明书

技术领域

本发明涉及六模冷墩机换模辅助机械手系统。

背景技术

目前，随着国家经济的飞速发展，社会对紧固件和异形件的需求日益扩大。紧固件和异形件是国家战略基础机械元件，冷墩工艺是加工这类零件的主要方式，由于冷加工通常需要几十、几百吨的力，所使用的模具通常也比较沉重，冷墩部位结构复杂，模具更换的空间狭窄，导致手动换模劳动强度大，容易损坏整机的其他关联零件，模具更换周期长，一般要2名以上熟练工人合作半天以上才能完成，而且由于工人技术熟练程度不同影响装配精度，工人自身也容易受伤。例如DBP206冷墩机使用的单个模具质量就超过40kg，动模和定模之间最大的距离不超过700mm, 且冷墩机实现冷墩动作部位结构复杂，组成零件超过千个。而如何实现低成本，高精度，高效率，安全换模一直都是困扰冷墩机换模工作的问题。国内目前还没有专门针对冷墩机快速、安全换模机械手产，相关的专利和论文成果也不多。例如，《装备》期刊发表了一种多工位冷镦成形机专用离线换模装置，将模具和型腔组成一个部件，实现一次换模。但是这种结构需要很高的加工精度，而大件高精度加工成本很高，且接触面精度也容易损坏，而冷墩机模具安装精度达到2丝以下，所实现较困难。

发明内容

为了克服技术背景的不足，本发明公开了一种六模冷墩机换模辅助机械手系统。不仅可以快速换模，还可以确保高精度和安全。为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：一种六模冷墩机换模辅助机械手系统，包括设置在冷墩机一侧的大臂、在大臂上端且其悬臂端上下摆动设置的小臂、 在水平面转动且设置在小臂悬臂端下方的主抓手、以及在主抓手上水平伸缩设置且用于夹持模具的次抓手；次抓手位于冷墩机型腔上方。

大臂包括安装在冷墩机上的主立柱、设置在主立柱上的中间连接柱、下部转动或固定设置在中间连接柱上部的旋转连杆、两个平行设置在旋转连杆顶部的第一U型座内的转动轴、以及相互平行且根部套装在相对应的转动轴上的大臂长连杆与大臂短连杆；大臂长连杆位于大臂短连杆的正上方，大臂长连杆的根部露出于第一U型座，在大臂长连杆的根部下端以及中间连接柱上分别设置有连接支耳，在两个连接支耳之间设置有限位弹簧；小臂包括连接杆、水平设置在连接杆下方的小臂主梁、以及设置在连接杆下端轴与小臂主梁之间的推力轴承；在连接杆的第二U型座内插装有两个平行的连接销轴，连接销轴与第二U型座通过销轴螺母背紧连接；大臂长连杆的首部以及大臂短连杆的首部分别套装在相对的连接销轴上；大臂长连杆与大臂短连杆与所述两个连接销轴的两个交点以及大臂长连杆与大臂短连杆与所述两个转动轴的两个交点，这四个交点连线在竖直平面形成平行四边形结构；在小臂主梁下端设置有连接转轴，在连接转轴与小臂主梁之间设置有推力轴承，在推力轴承上方设置有轴承端盖，在连接转轴上端设置有用于背紧轴承端盖下方推力轴承的转轴固定螺母，在设置在连接杆下端轴的下方安装有用于背紧推力轴承的转轴固定螺母；连接杆与连接转轴分别竖直位于小臂主梁的左右两端，且连接杆与连接转轴分别位于小臂主梁的上下两侧。在大臂上设置有配电箱；在小臂主梁上悬挂有气动扳手，在小臂主梁上设置有与配电箱电连接的三孔按钮盒；在三孔按钮盒上分别设置有主抓手气动开关、次抓手气动开关、以及气动扳手气源开关。 次抓手包括上部与连接转轴连接的抓手安装架；在抓手安装架下端设置有两个导轨支座，在两个导轨支座之间水平设置有直线导轨，在直线导轨水平滑动设置有直线轴承固定座，在直线轴承固定座两侧通过固定螺母连接有L型连接板，在L型连接板下端设置有旋转夹紧气缸安装架，在旋转夹紧气缸安装架一侧设置有水平放置的旋转夹紧气缸，旋转夹紧气缸通过气缸螺栓与气缸螺母和旋转夹紧气缸安装架连接，旋转夹紧气缸的活塞杆连接有联轴器，旋转夹紧气缸安装架的另一侧设置有与联轴器传动连接的两个同轴的夹爪安装架，在两个同轴的夹爪安装架内设置有之间设置有限位套筒，限位套筒 与夹爪安装架通过螺母和螺栓连接；在夹爪安装架上圆周阵列分布有至少三个夹爪；至少三个夹爪用于夹持模具；在夹爪安装架与夹爪安装架之间固定设置有圆弧导轨盘，在圆弧导轨盘与联轴器的输出轴之间设置有径向轴承，在圆弧导轨盘上圆周阵列分布有至少三个圆弧轨道，圆弧轨道沿其轨道长度方向在圆弧导轨盘上沿从圆外周到轴心渐进设置；夹爪的根部分别位于对应的圆弧轨道中； 主抓手包括设置在抓手安装架一侧的箱体、至少两个水平穿过箱体的直线导轨、以及设置在箱体内且与直线导轨接触的衬套；在箱体的两侧对称设置有链板，在链板上竖直设置有两个导向槽，在每个链板的内侧均设置有两个V型的夹爪，夹爪背面连接有穿过对应导向槽的螺栓，在链板外侧设置有与螺栓连接的螺母与垫片；在直线导轨与链板之间设置有直线轴承，在所述两个链板之间设置有与直线导轨平行的圆柱轴，在箱体内设置有套装在圆柱轴上的直线轴承，在箱体一侧设置有与气缸导杆与直线导轨平行的气缸；所述两个气缸反向设置，每个气缸的气缸导杆分别与对应的链板通过固定螺母连接；所述V型的夹爪用于夹持模具；所述V型的夹爪所在的轴向中心线与三个夹爪所在的轴向中心线同轴。 在夹爪的一侧设置有夹爪限位条。 在抓手安装架上设置有主把手。在旋转夹紧气缸安装架一侧设置有次把手。

采用上述方案在进行冷墩机换模时，通过辅助机械手系统可以快速、安全、可靠的实现冷墩机模具更换，即降低换模的成本，又提高换模的安全性和效率。本发明旋转连杆的圆管端直接套在中间连接柱上，结构简单可靠，大臂和小臂的连接方式是可以保证模具轴线始终保持水平状态，方便装配，为实现模具夹取和装配所设计专用夹具中，将直线夹爪和旋转夹爪联合使用，既可以保证重型模具的挟持强度，又可以满足模具安装行程要求，引入气动扳手既可以实现快速螺钉螺母的松紧，又可以控制速螺钉螺母的预紧力，多个推力轴承的使用，既可以顺利实现辅助机械手臂转动，又可以减小手臂的装配尺寸，使用限位弹簧可以控制机械手大臂的升降。

附图说明

图1 为本发明专利主抓手结构示意图。

图2 为本发明专利次抓手结构示意图。

图3 为本发明专利小臂手结构示意图。

图4 为本发明专利大臂手结构示意图。

图5 为本发明专利六模冷墩机换模辅助机械手系统手结构示意图。

图6 为本发明专利夹持模具后结构示意图。

图7为本发明专利次抓手另一视角结构示意图。

图8 为本发明专利大臂手另一视角结构示意图。

具体实施方式

如图1-8所示，如图1所示，本实施例的六模冷墩机换模辅助机械手系统，包括设置在冷墩机一侧的大臂400、在大臂400上端且其悬臂端上下摆动设置的小臂300、 在水平面转动且设置在小臂300悬臂端下方的主抓手100、以及在主抓手100上水平伸缩设置且用于夹持模具211的次抓手200；次抓手200位于冷墩机型腔001上方。 大臂400包括安装在冷墩机上的主立柱408、设置在主立柱408上的中间连接柱407、下部转动或固定设置在中间连接柱407上部的旋转连杆403、两个平行设置在旋转连杆403顶部的第一U型座内的转动轴、以及相互平行且根部套装在相对应的转动轴上的大臂长连杆401与大臂短连杆402；大臂长连杆401位于大臂短连杆402的正上方，大臂长连杆401的根部露出于第一U型座，在大臂长连杆401的根部下端以及中间连接柱407上分别设置有连接支耳406，在两个连接支耳406之间设置有限位弹簧404；小臂300包括连接杆301、水平设置在连接杆301下方的小臂主梁306、以及设置在连接杆301下端轴与小臂主梁306之间的推力轴承304；在连接杆301的第二U型座内插装有两个平行的连接销轴302，连接销轴302与第二U型座通过销轴螺母303背紧连接；大臂长连杆401的首部以及大臂短连杆402的首部分别套装在相对的连接销轴302上；大臂长连杆401与大臂短连杆402与两个连接销轴302的两个交点以及大臂长连杆401与大臂短连杆402与两个转动轴的两个交点，这四个交点连线在竖直平面形成平行四边形结构；在小臂主梁306下端设置有连接转轴312，在连接转轴312与小臂主梁306之间设置有推力轴承，在推力轴承上方设置有轴承端盖313，在连接转轴312上端设置有用于背紧轴承端盖313下方推力轴承的转轴固定螺母314，在设置在连接杆301下端轴的下方安装有用于背紧推力轴承304的转轴固定螺母315；连接杆301与连接转轴312分别竖直位于小臂主梁306的左右两端，且连接杆301与连接转轴312分别位于小臂主梁306的上下两侧。在大臂400上设置有配电箱405；在小臂主梁306上悬挂有气动扳手305，在小臂主梁306上设置有与配电箱405电连接的三孔按钮盒307；在三孔按钮盒307上分别设置有主抓手气动开关308、次抓手气动开关309、以及气动扳手气源开关310。 次抓手200包括上部与连接转轴312连接的抓手安装架202；在抓手安装架202下端设置有两个导轨支座203，在两个导轨支座203之间水平设置有直线导轨204，在直线导轨204水平滑动设置有直线轴承固定座219，在直线轴承固定座219两侧通过固定螺母218连接有L型连接板217，在L型连接板217下端设置有旋转夹紧气缸安装架220，在旋转夹紧气缸安装架220一侧设置有水平放置的旋转夹紧气缸208，旋转夹紧气缸208通过气缸螺栓206与气缸螺母207和旋转夹紧气缸安装架220连接，旋转夹紧气缸208的活塞杆连接有联轴器221，旋转夹紧气缸安装架220的另一侧设置有与联轴器221传动连接的两个同轴的夹爪安装架213，在两个同轴的夹爪安装架213内设置有之间设置有限位套筒216，限位套筒216 与夹爪安装架213通过螺母214和螺栓215连接；在夹爪安装架213上圆周阵列分布有至少三个夹爪212；至少三个夹爪212用于夹持模具211；在夹爪安装架213与夹爪安装架213之间固定设置有圆弧导轨盘210，在圆弧导轨盘210与联轴器221的输出轴之间设置有径向轴承209，在圆弧导轨盘210上圆周阵列分布有至少三个圆弧轨道2101，圆弧轨道2101沿其轨道长度方向在圆弧导轨盘210上沿从圆外周到轴心渐进设置；夹爪212的根部分别位于对应的圆弧轨道2101中； 主抓手100包括设置在抓手安装架202一侧的箱体109、至少两个水平穿过箱体109的直线导轨105、以及设置在箱体109内且与直线导轨105接触的衬套107；在箱体109的两侧对称设置有链板101，在链板101上竖直设置有两个导向槽，在每个链板101的内侧均设置有两个V型的夹爪114，夹爪114背面连接有穿过对应导向槽的螺栓104，在链板101外侧设置有与螺栓104连接的螺母102与垫片103；在直线导轨105与链板101之间设置有直线轴承106，在两个链板101之间设置有与直线导轨105平行的圆柱轴，在箱体109内设置有套装在圆柱轴上的直线轴承108，在箱体109一侧设置有与气缸导杆111与直线导轨105平行的气缸110；两个气缸110反向设置，每个气缸110的气缸导杆111分别与对应的链板101通过固定螺母112连接；V型的夹爪114用于夹持模具211；V型的夹爪114所在的轴向中心线与三个夹爪212所在的轴向中心线同轴。 在夹爪114的一侧设置有夹爪限位条113。 在抓手安装架202上设置有主把手201。在旋转夹紧气缸安装架220一侧设置有次把手205。

如图1-8，作为详细描述，本发明主要包括主抓手100、次抓手200、小臂300、大臂400、气动扳手305，气动控制器等部件。大臂400一端连接冷墩机，大臂400另一端连接小臂300，在小臂300的另一端下端连接次抓手200，主抓手100安装在次抓手安装架202上。气动控制器安装在小臂主梁306上，气动扳手305放置在小臂主梁306一侧。

主抓手100包括链板101、水平设置的直线导轨105、直线轴承106、衬套107、直线轴承108、箱体109、气缸110、气缸导杆111、导杆固定螺母112、夹爪限位条113、夹爪114。夹爪114通过螺母102、垫片103、螺栓104与链板101相连，链板101通过直线轴承106与直线导轨105相连，链板101对称布置在箱体109前后两侧；直线导轨105通过衬套107与箱体109相连；气缸110对称布置在箱体109左右两侧，链板101通过气缸导杆111和导杆固定螺母112与气缸109相连，在气缸110伸缩运动时，带动箱体109前后侧链板101同步运动。

其中夹爪在链板上的位置可以在一定范围内调整；夹爪限位条113通过若干螺母、若干垫片和若干螺栓与夹爪连接，夹爪限位条113的一侧面与夹爪的一测面接触。

本发明在夹取模具时，先调整夹爪114与模具211的相对位置，使夹爪114对称线与模具211轴线重合，按下主抓手气动开关308，对称布置气缸110带动气缸导杆111做收缩运动，牵连链板101沿着直线导轨105做相向运动，两连板101之间距离缩小，从而牵连夹爪114夹紧模具211。在松开模具时，按下主抓手气动开关308，对称布置气缸110带动气缸导杆111做伸展运动，牵连链板101沿着直线导轨105做反向运动，两连板101之间距离增大，从而牵连夹爪114放开模具211。

所述次抓手200包括主把手201、抓手安装架202、导轨支座203、直线导轨204、次把手205、气缸螺栓206、气缸螺母207、旋转夹紧气缸208、径向轴承209、圆弧导轨盘210、夹爪212、夹爪安装架213、螺母214、螺栓215、限位套筒216、L型连接板217、固定螺母218、直线轴承固定座219。主把手201与抓手安装架202连接，导轨支座203对称安装在抓手安装架202上，直线导轨204与导轨支座203过盈配合，L型连接板217通过直线轴承固定座219在直线导轨204滑动，次把手205焊接在L型连接板217上，旋转夹紧气缸安装架220与L型连接板217焊接，圆弧导轨盘210的圆弧轨道与夹爪212的圆柱面相切，夹爪安装架213通过限位套筒216与旋转夹紧气缸208相连接，夹爪212与夹爪安装架213移动副间隙配合。

次抓手通过抓手安装架与连接转轴焊接在一起，主把手通过螺栓与抓手安装架连接；若干直线导轨与直线轴承固定座轴向配合；直线轴承固定座与若干L型连接板通过若干固定螺母连接，其中若干L型连接板对称布置在直线轴承固定座两侧，若干L型连接板与旋转夹紧气缸安装架焊接；旋转夹紧气缸通过若干螺母和若干螺栓与旋转夹紧气缸架连接；圆弧导轨盘通过径向轴承与旋转夹紧气缸架连接，通过联轴器与旋转夹紧气缸连接；夹爪安装架通过若干螺母、若干螺栓和若干限位套筒与旋转夹紧气缸架连接，其中限位套筒圆周等间距配置；若干夹爪的肩部平面与夹爪安装架上的直线轨道间隙配合，夹爪圆周等间距配置。

旋转夹紧气缸安装架220与L型连接板217焊接，旋转夹紧气缸208安装在旋转夹紧气缸安装架220上，圆弧导轨盘210通过联轴器221与旋转夹紧气缸208转轴连接，圆弧导轨盘210的圆弧轨道2101与夹爪212的根部圆柱导向端相内切，夹爪安装架213通过限位套筒216与旋转夹紧气缸208相连接，夹爪212与夹爪安装架213移动副间隙配合。夹爪212的圆柱导向端在圆弧轨道2101内做靠近或远离旋转夹紧气缸208轴心的运动。

在夹取模具时，主抓手100夹紧模具211后，通过牵引次把手205，夹爪212与模具211水平相对合适夹持位置，按下次抓手气动开关309，旋转夹紧气缸208做逆时针转动，通过联轴器221带动圆弧导轨盘210做定轴转动，从而带动夹爪212沿着夹爪安装架213直轨道做向心收缩运动，从而夹紧模具。

在松开模具时，主抓手100松开模具211后，按下次抓手气动开关309，旋转夹松开缸208做顺时针转动，通过联轴器221带动圆弧导轨盘210做定轴转动，从而带动夹爪212沿着夹爪安装架213直轨道做向外扩展运动，从而松开模具，然后通过牵引次把手205将次抓手牵引到水平相对合适距离。

所述小臂300包括连接杆301、连接销轴302、销轴螺母303、推力轴承304、小臂主梁306、连接转轴312、轴承端盖313和、转轴固定螺母314和315。连接杆301一侧通过若干连接销轴302，连接杆301下端轴通过推力轴承304、推力轴承、轴承端盖、转轴固定螺母314、转轴固定螺母315、销轴螺母303与小臂主梁306连接，在运动的过程中小臂主梁306上平面始终保持与连接杆301的联结轴轴线垂直，连接转轴312通过转轴固定螺母314、推力轴承、轴承端盖313和小臂主梁306连接；由于连接转轴312轴线始终垂直小臂主梁306上平面，从而保证模具轴线在挟持状态始终保持与小臂主梁306上平面始终保持平行，轴承端盖313和销轴螺母303配合使用，控制模具与小臂主梁306的高度差始终为定值。

在实现模具空间转移的过程中，在主把手201的牵引下牵引转手运动，从而牵引连接转轴312做圆周运动，同时牵引小臂主梁做空间运动。

进一步说，小臂通过连接杆、若干连接销轴和若干销轴螺母连接在大臂上；连接杆另一侧通过若干推力轴承、轴承端盖和转轴固定螺母与小臂主梁连接，其中推力轴承对称布置小臂主梁配合轴的两端面，实现小臂主梁绕连接杆轴端的圆周水平运动，轴承端盖和转轴固定螺母的配合使用限定小臂主梁相对连接杆的竖直高度；小臂主梁的另一端推力轴承、轴承端盖和转轴固定螺母与连接转轴连接，实现连接转轴绕小臂主梁的圆周水平运动，轴承端盖和转轴固定螺母的配合使用限定连接转轴相对小臂主梁的竖直高度；连接转轴与抓手安装架焊接在一起。

所述大臂400包括大臂长连杆401、大臂短连杆402、旋转连杆403、限位弹簧404、配电箱405、连接支耳406、 中间连接柱407、主立柱408。

大臂长连杆401与大臂短连杆402平行连接在旋转连杆403和连接杆301，在实现大臂摆动时旋转连杆403的上端面和连接杆301的上端面始终保持平行。

大臂400一端连接小臂300，小臂300的另一端连接次抓手200，主抓手安装在次抓手安装架上。在运动过程中同，通过按动不同的气动开关实现气源地供给断开，通过主把手的牵引运动实现机械手的大距离空间运动，通过次把手的牵引运动实现模具装入和拉出型腔。

主立柱408与冷墩机螺栓连接，主立柱408与中间连接柱407同轴线焊接，旋转连杆403同轴套装在中间连接柱407上，大臂长连杆401、大臂短连杆402通过连接销轴302、销轴螺母303与旋转连杆403连接，限位弹簧404连接大臂长连杆401和旋转连杆403。在小臂300的牵引运动作用下，大臂400做绕中间连接柱407轴线的圆周运动和绕连接销轴302轴线摆动，通过限位弹簧404来限制大臂400的摆动角度。

气动扳手通过进气管路与气动扳手气源开关连接。气动扳手闲置时放置小臂主梁的一侧面盛放架上。

气动控制器包括三孔按钮盒、主抓手气动开关、次抓手气动开关、气动扳手气源开关和其他若干气动元件。主抓手气动开关通过进气管路与主抓手气缸相连；次抓手气动开关通过进气管路与旋转夹紧气缸相连；气动扳手气源开关通过进气管路与气动扳手相连；三孔按钮盒与小臂主梁的一端通过螺栓来连接

冷墩机换模流程：分两步，第一步是将冷墩机上的模具取下放置一边，第二步是将备换模具装入冷墩机，具体操作流程如下：

第一步，从冷墩机上取下模具。从小臂主梁306一侧取下气动扳手305，按下气动扳手气源开关310，用气动扳手305将冷墩机模具型腔上用来固定模具的紧定螺钉拧松合适行程，再将模具限位块和限位块紧定螺钉拧松取走，再将气动扳手305放在小臂主梁306一侧。通过牵引主把手201将次抓手200牵引到合适位置，通过次抓手205微调调整夹爪212与模具211的合适挟持距离，按下次抓手气动开关309，旋转夹紧气缸208带动圆弧导轨盘210做逆时针圆周运动，牵连夹爪212沿着夹爪安装架213直轨道做向心收缩运动，从而夹紧模具211，牵引次抓手205做直线运动，将模具大部分牵引出冷墩机型腔，按下主抓手气动开关308，对称布置气缸110带动气缸导杆111做收缩运动，牵连链板101沿着直线导轨105做相向运动，两连板101之间距离缩小，牵连夹爪114夹紧模具211，将模具完全牵引出冷墩机型腔001，牵引主把手201将模具转移到盛放架，按下主抓手气动开关308，对称布置气缸110带动气缸导杆111做伸展运动，牵连链板101沿着直线导轨105做反向运动，两连板101之间距离增大，从而牵连夹爪114放开模具211。主抓手100松开模具211后，按下次抓手气动开关309，旋转夹松开缸208做顺时针转动，通过联轴器221带动圆弧导轨盘210做定轴转动，从而带动夹爪212沿着夹爪安装架213直轨道做向外扩展运动，从而松开模具，然后通过牵引次把手205将次抓手牵引到水平相对合适距离，完成取下面具动作。

第二步，通过牵引主把手201将主抓手100牵引到合适位置，按下主抓手气动开关308，牵连夹爪114夹紧模具211，通过次抓手205微调调整夹爪212与模具211的合适挟持距离，按下次抓手气动开关309，从而夹紧模具211，牵引主把手201将模具转移到距离冷墩机型腔合适距离，调整模具211的空间位置，使其轴线与型腔轴线重合，缓慢牵引主把手201将模具部分装入冷墩机型腔，按下主抓手气动开关308牵连夹爪114放开模具211，牵引次抓手205做直线运动，将模具装入冷墩机型腔合适距离，按下次抓手气动开关309松开模具211，然后通过牵引次把手205将次抓手牵引到水平相对合适距离，从小臂主梁306一侧取下气动扳手305，按下气动扳手气源开关310，用气动扳手305将冷墩机模具型腔上用来固定模具的紧定螺钉拧紧合适行程，再将模具限位块和限位块紧定螺钉拧松装入冷墩机，再将气动扳手305放在小臂主梁306一侧，完成模具装配动作。