КОВОЧНЫЙ МАНИПУЛЯТОР Российский патент 2021 года по МПК F16H21/26 B21J13/10 B25J11/00 

Изобретение относится к машиностроению, и в частности к манипуляторам для захвата и последующего перемещения заготовки в технологическом процессе ковки, и может найти применение в многопозиционных автоматических линиях и технологических центрах обработки металлов давлением.

Известен пространственный манипулятор, содержащий подвижную платформу с рабочим органом, кинематически связанную с опорным основанием через три подвижные стержневые опоры параллельной структуры и сферические шарниры (статья Мирзаев Р.А., Смирнов Н.А. «Исследование кинематики манипулятора параллельной структуры (дельта-механизм)» / Вестник Сибирского госуд. университета, 2012, Вып. 4, с. 46-50, рис. 1) - аналог.

Недостатками известного манипулятора являются сложность конструкции и ограниченная до нуля узким конусом рабочая зона перемещения установленного рабочего органа (график на рис. 4 в указанной статье Мирзаева Р.А. и др. / Вестник СГАУ, 2012, Вып. 4).

Наиболее близким по своей сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является ковочный манипулятор, содержащий приводное исполнительное устройство для захвата и перемещения заготовки, выполненное в виде хобота, подвешенного на тягах к двум ползунам с их приводом через многозвенный рычажный механизм, реечный механизм и передачу гибкой связью через упругое звено (Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. Издание второе. - Москва, «Машиностроение», 1987 г., стр. 158, рисунки а), б) со схемой манипулятора) - прототип.

Недостатками указанного ковочного манипулятора являются сложность конструкции, а также ограниченная рабочая зона и низкая точность прямолинейного перемещения заготовки, что ограничивает области применения данного манипулятора в многопозиционных автоматических технологических линиях обработки металлов давлением на прессах.

В основу изобретения положена техническая задача, заключается в упрощении конструкции и обеспечении точного горизонтального позиционирования перемещаемой заготовки с увеличением ее рабочей зоны в многопозиционных автоматических линиях.

Получение технического результата достигается за счет того, что приводное исполнительное устройство ковочного манипулятора выполнено в виде двух сблокированных между собой четырехзвенных кривошипно-шатунных параллелограммных механизмов, собираемых на основе цилиндрических шарниров с параллельными между собой осями вращения, в которой один из упомянутых параллелограммных механизмов установлен на поворотную платформу с горизонтальной осью вращения, а другой параллелограммный механизм сблокирован с рычажным устройством зажима заготовки.

Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4.

На фиг. 1 представлен общий вид ковочного манипулятора, в котором приводное исполнительное устройство для захвата и перемещения заготовки при ее обработке выполнено в виде двух сблокированных между собой четырехзвенных кривошипно-щатунных параллелограммных механизмов O₁ABO₂ и ABCD, собираемых в замкнутую кинематическую цепь на основе цилиндрических шарниров O₁, O₂, A, B, C, D и N, выполненных с параллельными между собой осями вращения соединяемых звеньев.

Один из параллелограммных механизмов O₁ABO₂ состоит из ведущего кривошипа 1, ведомого кривошипа 2, соединяющего их шатуна АВ и установлен посредством стойки O₁O₂ на поворотную платформу 4 с горизонтальной осью вращения «O₃O₄» с приводом от двигателя 5. Другой параллелограммный механизм ABCD состоит из шатунов 3, 6, 7 и 8, где шатун 3 является общим для обоих параллелограммных механизмов O₁ABO₂ и ABCD, а шатун 8 сблокирован с рычажным устройством зажима заготовки, выполненным в виде симметричного шестизвенного рычажного механизма с подвижным пневмоцилиндром 9, который содержит поршень 10 и кинематически связан с зажимными рычагами 11 и 12 через двойной цилиндрический шарнир М.

Движение поршня 10 относительно пневмоцилиндра 9 в одну сторону (влево) обеспечивает зажим заготовки 13, а движение в другую сторону (вправо) приводит к ее освобождению. Поворотная платформа 4 с горизонтальной осью вращения установлена на дополнительную поворотную платформу 14 с вертикальной осью вращения «O₅O₆» с приводом от двигателя 15. Дополнительно параллелограммные механизмы O₁ABO₂ и ABCD кинематически связаны между собой через общий шатун 3 (длиной АВ) и ползун 16, установленный на вертикальной направляющей 17, которая сблокирована с общим шатуном 3, а ползун 16 через шарнир N соединен с шатуном 7.

На фиг. 2 представлен вариант выполнения ковочного манипулятора, в котором параллелограммные механизмы O₁ABO₂ и QDCT кинематически связаны между собой через цилиндрические шарниры Q и Т, которые расположены на кривошипах 1 и 2 параллелограммного механизма O₁ABO₂ и образуют в нем трехшарнирные соединительные рычаги O₁QA и O₂TB с расположением соответственно шарниров О₂, Q и A на одной прямой линии О₁А, а шарниров O₂, Т и В - на одной прямой линии O₂B.

На фиг. 3 представлен вариант выполнения ковочного манипулятора, в котором параллелограммные механизмы O₁ABO₂ и ABCD кинематически связаны между собой через шарнирный ромб O₁EDA с приводной вращательной кинематической парой О₁, расположенной на поворотной платформе 4 с горизонтальной осью вращения.

На фиг. 4 представлен вариант выполнения ковочного манипулятора, в котором кривошипно-шатунные параллелограммные механизмы O₁O₂AB и O₇O₈CD взаимно-перпендикулярно расположены и сблокированы между собой и с ведущим кривошипом 18 через четырехкратный цилиндрический шарнир G для координации одновременного перемещения четырех заготовок 19, 20, 21 и 22 в технологическом цикле ковки. При этом приводное исполнительное устройство манипулятора установлено внутри круговой многопозиционной технологической линии с последовательно расположенными по окружности рабочими позициями: загрузки (I), нагрева в печи (II), ковки (III) и выгрузки (IV).

Дополнительно исполнительное устройство технологической линии с манипулятором снабжено шаговым приводом углового поворота с шагом, равным угловому расположению рабочих позиций I, II, III и IV в данном цикле ковки.

Работа представленного ковочного манипулятора заключается в следующем.

Сообщаемое приводными двигателями вращение ведущего кривошипа параллелограммных механизмов в сочетании с вращением одной из поворотных платформ вокруг горизонтальной оси «O₃-O₄» и вращением другой поворотной платформы вокруг вертикальной оси «O₅-O₆» приводит к требуемому угловому повороту вокруг указанных горизонтальной и вертикальной осей, а также к поступательному перемещению заготовки вдоль этих осей с сохранением точного горизонтального позиционирования перемещаемой заготовки в увеличенном рабочем пространстве автоматической линии ковки.

Достигаемый в предлагаемом ковочном манипуляторе положительный эффект заключается в упрощении конструкции за счет выполнения исполнительного устройства на основе сблокированных между собой двух простых параллелограммных механизмов, обеспечивающих точное горизонтальное позиционирование при поступательном перемещении заготовки в расширенном рабочем пространстве, а также в повышении производительности многопозиционной автоматической линии ковки (фиг. 4) за счет параллельного совмещения отдельных технологических операций при одновременном перемещении нескольких заготовок.

Изобретение относится к машиностроению. Ковочный манипулятор содержит приводное исполнительное устройство для захвата и перемещения заготовки при ее обработке, которое выполнено в виде двух сблокированных между собой кривошипно-шатунных параллелограммных механизмов, собираемых в замкнутую кинематическую цепь на основе цилиндрических шарниров с параллельными между собой осями вращения, в которой один из параллелограммных механизмов установлен на поворотную платформу с горизонтальной осью вращения, а другой параллелограммный механизм сблокирован с подвижным рычажным устройством зажима заготовки. Обеспечивается упрощение конструкции и точного горизонтального позиционирования перемещаемой заготовки в расширенном ее рабочем пространстве и повышение производительности манипулятора. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Ковочный манипулятор, содержащий приводное исполнительное устройство для захвата и перемещения заготовки при ее обработке, отличающийся тем, что приводное исполнительное устройство выполнено в виде двух сблокированных между собой четырехзвенных кривоширно-шатунных параллелограммных механизмов, собираемых в замкнутую кинематическую цепь на основе цилиндрических шарниров с параллельными между собой осями вращения, в которой один из упомянутых параллелограммных механизмов установлен на приводную поворотную платформу с горизонтальной осью вращения, а другой параллелограммный механизм сблокирован с подвижным рычажным устройством зажима заготовки.

2. Ковочный манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что параллелограммные механизмы кинематически связаны между собой через общий шатун и ползун, установленный на вертикальной направляющей, которая сблокирована с общим шатуном упомянутых параллелограммных механизмов.

3. Ковочный манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что параллелограммные механизмы кинематически связаны между собой через цилиндрические шарниры, которые расположены на обоих кривошипах одного из параллелограммных механизмов и образуют трехшарнирные соединительные рычаги.

4. Ковочный манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что параллелограммные механизмы кинематически связаны между собой через шарнирный ромб с приводной вращательной кинематической парой, расположенной на поворотной платформе с горизонтальной осью вращения.

5. Ковочный манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что поворотная платформа с горизонтальной осью вращения установлена на дополнительную поворотную платформу с вертикальной осью вращения.

6. Ковочный манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что рычажное устройство зажима заготовки выполнено в виде симметричного шестизвенного рычажного механизма с подвижным пневмоцидиндром, который кинематически связан с зажимными рычагами через двойной цилиндрический шарнир и сблокирован с шатуном одного из параллелограммных механизмов.

7. Ковочный манипулятор по пп. 1 и 6, отличающийся тем, что кривошипно-шатунные параллелограммные механизмы взаимно перпендикулярно расположены и сблокированы между собой и с ведущим кривошипом через четырехкратный цилиндрический шарнир для координации одновременного перемещения четырех заготовок в технологическом цикле ковки.

8. Ковочный манипулятор по пп. 1 и 7, отличающийся тем, что приводное исполнительное устройство установлено внутри круговой многопозиционной технологической линии с последовательно расположенными по окружности рабочими позициями загрузки, нагрева в печи, ковки и выгрузки, а также снабжено шаговым приводом углового поворота с шагом, равным угловому расположению отдельных рабочих позиций в данном технологическом цикле ковки.