车沛远，赵自强
（连云港天田机械有限公司，江苏 连云港 222000）
摘要：利用单气缸动作，实现在传动机构上通过连杆机构抓紧工件，同时实现90°旋转传送。夹紧动作与传送动作同步进行，有效节约动作耗费时间。此装置可以应用在自动生产线、机床加工中心、特殊物料搬送翻转等场合。
关键词：连杆机构；夹紧；工件旋转
在当今经济形势下，现代化制造工厂面临严重挑战，怎样降低生产成本、提高劳动效率成为企业的首要问题。在自动化工厂中需要使用大量的气缸、电磁阀、机械手等，不仅投入成本大，后期维护成本费用也很高。本文利用机械结构减少复杂执行元件的使用量，不仅节约成本，而且能够大幅提升其使用效率。
如图1，在实际生产中会出现这样的情况，工件在上一道工序加工完后，通过输送带运输到下一个工序，但是下一道工序所要加工的是相邻的侧面，这就需要机械手进行工件翻转。
图1 普通物料传送系统
1.水平输送机构 2.工件 3.导杆伸缩气缸 4.夹紧翻转机构5.垂直升降机构 6.竖立工件 7.竖立输送机构
工件通过水平输送机构传送到导杆伸缩气缸正前方时，夹紧翻转机构通过垂直升降机构升起，将工件夹紧并翻转，之后落到竖立输送机构上进行传送，以便下一道工序的加工处理。
为达到翻转夹紧的目的，需要气动执行元件共四个，其夹紧力大小受工厂气源及气缸质量的影响，且气缸等特殊执行件价格均比较昂贵，后期也难以进行维护更换。
如图2所示，当水平输送机构将工件依次步进式向前传送，工件移动到导杆伸缩气缸正前方处时，气缸通过电磁感应器向前伸出，推动工件移动到夹紧翻转机构上，此时夹紧翻转机构通过电磁感应开关控制，气缸伸出，夹紧工件后将其翻转到垂直输送机构上，此时工件从水平输送变为竖立输送，动作完成后夹紧翻转机构回到初始位置，至此，工件完成一次夹、取动作。
图2 简易翻转、夹紧传送系统
1.水平输送机构 2.工件 3.导杆伸缩气缸4.夹紧翻转机构 5.垂直输送机构
图3为装置的初始位置，夹紧装置张开等待工件送入。图4为装置的终了位置，夹紧装置缓慢张开将工件竖直放置。气缸伸出时，通过转轴旋转，使得水平撞块转到水平位置；通过连杆1及旋转轴使得Z型转臂旋转，夹紧后摆臂倾倒，当接触到支座时便停止。当气缸缩回时，松开工件后摆动臂立起，水平撞块底部接触到支座后停止。以此往复循环运动。本装置设计时选用气缸缸径 16 mm，气源压力 0.5 MPa，机械效率80%，重力加速度为常用值9.8 m/s2，工件重量设定为0.03 kg，解除夹紧时气缸轴与转轴之间距离 L1＝38.4 mm，移动工件后气缸轴与转轴之间距离 L2＝17.3 mm，查的选用气缸推力为101 N，拉伸力为75 N，产生气缸推力的力矩＝101×38.4＝3879 N·mm，旋转工件后拉起臂时力矩＝75×17.3＝1297.5 N·mm，可发现夹紧时比松开空载力矩仅增大3倍。在使用杠杆原理设计此机构时，考虑到为了达到省力目的，使用动力臂比阻力臂长，而要想节省空间，就要动力臂比阻力臂短，因此使用杠杆原理可以省力，也可以省空间距离，但是要想既省力又减少移动距离则不可能实现。在此机构设计中，考虑到这点后，充分将两者结合，使用了三点杠杆板，如图5所示，有效减小了阻力臂F1的长度，使气缸驱动力更直接地作用在夹紧装置上。
图3 夹紧、翻转机构初始位置
1.支座 2.水平撞块 3.工件 4.尼龙板 5.Z型转臂6.旋转轴 7.连杆1 8.连杆2 9.伸缩气缸
这种结构可将小型工件快速准确地夹紧并旋转，转移到下一个输送机构上，效率高且成本低。其主要核心零件为普通气缸，后期维护便宜。设计时需特别注意水平撞块及Z型转臂、连杆2的定位用肩部接触部分的形状和大小；另外气缸夹具打开角度和夹具关闭角度的夹具连杆形状也需要根据实际情况进行设计，其夹持工件的重量主要依据气缸缸径的选择。
图4 夹紧、翻转机构终了位置
1.支座 2.水平撞块 3.工件 4.尼龙板 5.Z型转臂6.旋转轴 7.连杆1 8.连杆2 9.伸缩气缸
转臂在夹持重物旋转时，从初始位置气缸夹紧后，转臂旋转至中间位置时其夹紧力为最大，当接近水平位置时其夹紧装置自动松开，节省了其他自动化装置。
此机构装置主要有以下优点：①采用单一气缸，降低制造成本，结构简单；②实现夹紧与旋转同步进行，缩短工序动作时间，提高效率；③维修成本低廉，仅有气缸需要维护，其余均为机械结构件；④夹持力增大，使用杠杆原理后比气缸本身夹持力增大，抗干扰能力强，工作时更加有效。
图5 杠杆板
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[2]王先逵. 机械制造工艺学[M]. 北京：清华大学出版社，1989.
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图8 超声波洗箱机的虚拟样机
对现有的超声波洗箱机进行了结构改进。对水箱结构和主传动装置进行了改进，对进出箱装置和箱笼重新设计，提高了回收空瓶及空瓶塑料周转箱的洁净度。利用SolidWorks对改进后的全自动超声波洗箱机的洗箱主机、进箱装置和出箱装置进行三维结构设计，最后完成全自动超声波洗箱机的虚拟样机。
参考文献：
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[7]唐东林，任杰，赵江，等. 管道缺陷超声波内检测机器人运动特性仿真[J]. 机械，2015，42（1）：58-61.
A Simple Clamping Transfer Means
CHE Peiyuan，ZHAO Ziqiang
( Tian Tian Machinery Co., Ltd. Lianyungang, Lianyungang 222000, China )
Abstract：In this paper, single-cylinder operation, implemented on the transmission mechanism gripping the workpiece through a link mechanism, while achieving 90 degree rotation transmission. Clamping operation and transmission operation simultaneously, saving time-consuming operation. This device can be used in automated production lines, machining centers, special materials transport and other occasions.
Key words：linkage；clamp；workpiece rotation
中图分类号：TP23
文献标志码：A
doi：10.3969/j.issn.1006-0316.2017.02.017
文章编号：1006-0316 (2017) 02-0061-03
收稿日期：2016－08－30
作者简介：车沛远（1988－），男，江苏连云港人，本科，工程师，主要从事机械设计制造及其自动化方面的工作；赵自强（1987－），男，江苏连云港人，本科，工程师，主要从事机械设计制造与知识产权方面的工作。
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