陳劍欽，張東升，楊王杰，張惠明，汪 泓，曾浩彬，何穎祺，李怡菲，朱均豪，沈明生

（華南理工大學(xué)廣州學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，廣東 廣州 510800）

引言

水冷機(jī)殼螺旋砂芯大且重，現(xiàn)鑄造企業(yè)大都采用人工搬運(yùn)的方法，但是人工搬運(yùn)勞動(dòng)強(qiáng)度較大，人工成本較高，且整個(gè)搬運(yùn)過(guò)程存在一定的高溫風(fēng)險(xiǎn)，效率較低，而普通的機(jī)器人手爪夾具普遍通過(guò)連桿進(jìn)行裝夾，裝夾和搬運(yùn)過(guò)程有一定的不穩(wěn)定性，容易對(duì)砂芯造成一定的壓縮變形，對(duì)砂芯表面造成一定的摩檫損傷，無(wú)法做到有效的移動(dòng)防護(hù)，并且裝夾不是十分穩(wěn)定，搬運(yùn)速度慢，效率偏低[1]。因此，設(shè)計(jì)一種針對(duì)性更好的專用螺旋砂芯機(jī)器人手爪夾具，使螺旋砂芯在搬運(yùn)過(guò)程中不會(huì)受損，并提升螺旋砂芯搬運(yùn)的效率[2]。

1 水冷機(jī)殼螺旋砂芯機(jī)器人手爪搬運(yùn)工藝流程

大且重的水冷機(jī)殼螺旋砂芯如圖1 所示，由于其比較脆而易碎裂的物理特性，要求其機(jī)器人搬運(yùn)夾具較普通的機(jī)器人搬運(yùn)夾具需要更加穩(wěn)定。

圖1 水冷機(jī)殼螺旋砂芯

水冷機(jī)殼螺旋砂芯是低壓鑄造水冷機(jī)殼產(chǎn)品的砂芯，需要由射芯機(jī)射芯完成，經(jīng)檢驗(yàn)合格后，再被搬運(yùn)至鑄造模具處進(jìn)行低壓鑄造。本夾具就是為完成其由射芯完成后到低壓鑄造模具處的搬運(yùn)過(guò)程而設(shè)計(jì)的，其搬運(yùn)工藝流程如圖2 所示。為了保證砂型鑄造搬運(yùn)砂芯時(shí)砂芯在移動(dòng)中的平穩(wěn)性和安全性，需要設(shè)計(jì)專門的機(jī)器人手爪搬運(yùn)夾具[3]。

圖2 機(jī)器人手爪的搬運(yùn)工藝流程

2 水冷機(jī)殼螺旋砂芯機(jī)器人手爪夾具結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1 結(jié)構(gòu)

如圖3 所示，機(jī)器人搬運(yùn)手爪由機(jī)器人安裝位、氣缸、氣缸連桿、固定架、壓緊橡膠、抓手六部分組成。

圖3 水冷機(jī)殼螺旋砂芯的機(jī)器人手爪夾具結(jié)構(gòu)圖

2.2 工作原理

本搬運(yùn)手爪采用單氣缸、雙電機(jī)、兩齒輪同步傳動(dòng)的聯(lián)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)氣缸帶動(dòng)控制氣缸連桿左右滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)抓手的左右平移，再由抓手內(nèi)部的電機(jī)驅(qū)動(dòng)同軸連桿上的齒輪，同步帶動(dòng)控制二次夾板對(duì)水冷機(jī)殼螺旋砂芯進(jìn)行二次夾取，實(shí)現(xiàn)對(duì)螺旋砂芯的雙重裝夾，以提高手爪在裝夾砂芯移動(dòng)時(shí)的平穩(wěn)性[4]。

該夾具可以通過(guò)機(jī)器人安裝位被安裝在機(jī)器人手爪末端，當(dāng)氣缸的活塞軸抽動(dòng)時(shí)，氣缸連桿開(kāi)始動(dòng)作，抓手便會(huì)在固定架上的滑動(dòng)軸上滑動(dòng)，從而左右?jiàn)A緊螺旋砂芯。需要強(qiáng)調(diào)的是，專門在抓手上安裝了壓緊橡膠，防止夾緊時(shí)壓壞螺旋砂芯，以降低螺旋砂芯在裝夾和搬運(yùn)過(guò)程中產(chǎn)生的塑性變形[5]。

為了保證水冷機(jī)殼螺旋砂芯機(jī)器人手爪裝夾部分的夾取能力和移動(dòng)平穩(wěn)性，在該夾具的抓手部分設(shè)計(jì)了同步齒輪帶動(dòng)二次夾板進(jìn)行二次裝夾，如圖4 所示。其工作原理為：在抓手殼體上設(shè)計(jì)了抓手殼體滑動(dòng)孔，實(shí)現(xiàn)抓手在固定架上滑動(dòng)。在抓手內(nèi)部安裝了電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)同步齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)、帶動(dòng)二次夾板轉(zhuǎn)動(dòng)，夾住螺旋砂芯兩側(cè)的固定位置，實(shí)現(xiàn)二次夾緊。需要強(qiáng)調(diào)的是，在二次夾板上也安裝了二次夾板橡膠，防止夾緊時(shí)壓壞螺旋砂芯[6-7]。

圖4 水冷機(jī)殼螺旋砂芯的機(jī)器人手爪夾具抓手結(jié)構(gòu)圖

3 水冷機(jī)殼螺旋砂芯機(jī)器人手爪夾具的特點(diǎn)

1）采用本文設(shè)計(jì)的水冷機(jī)殼螺旋砂芯機(jī)器人手爪進(jìn)行搬運(yùn)的方法，可替代人工搬運(yùn)螺旋砂芯的方法，能夠降低人工成本，提高搬運(yùn)效率和安全性；

2）該機(jī)器人搬運(yùn)氣動(dòng)手爪被安裝于搬運(yùn)機(jī)器人末端，在對(duì)螺旋砂芯裝夾的過(guò)程中，通過(guò)氣缸驅(qū)動(dòng)連桿進(jìn)行一次裝夾，電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪、齒輪驅(qū)動(dòng)二次夾板對(duì)水冷機(jī)殼螺旋砂芯進(jìn)行二次裝夾和自動(dòng)搬運(yùn)，更利于實(shí)現(xiàn)整套機(jī)械系統(tǒng)的平穩(wěn)化；

3）該機(jī)器人的二次夾板可根據(jù)需要更換，完成對(duì)更多形狀砂芯零部件的平穩(wěn)搬運(yùn)，能夠降低損毀率。

4 結(jié)論

手工搬運(yùn)螺旋砂芯的方法，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，人工成本較高，且由于低壓鑄造過(guò)程溫度高，使整個(gè)搬運(yùn)過(guò)程有一定的風(fēng)險(xiǎn)，人工搬運(yùn)的效率也較低，而本文設(shè)計(jì)的水冷機(jī)殼螺旋砂芯機(jī)器人手爪搬運(yùn)夾具，被應(yīng)用于砂芯機(jī)器人搬運(yùn)領(lǐng)域，可以提升砂芯鑄造搬運(yùn)的效率，降低水冷機(jī)殼螺旋砂芯在裝夾和搬運(yùn)過(guò)程中的損壞率，提升水冷機(jī)殼鑄造的產(chǎn)量，同時(shí)減少材料浪費(fèi)。