基于機(jī)器人控制的軸承套圈及套類零件自動淬火的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于機(jī)器人控制的軸承套圈及套類零件自動淬火機(jī)，其特征在于：包括RGV自動引導(dǎo)運輸車系統(tǒng)、機(jī)器人及淬火設(shè)備與控制子系統(tǒng)，其中：待加工部件放置在RGV自動引導(dǎo)運輸車系統(tǒng)的RGV小車，由RGV自動引導(dǎo)運輸車系統(tǒng)實現(xiàn)待加工部件的自動運輸；由機(jī)器人抓取RGV小車上的待加工部件并放入淬火設(shè)備與控制子系統(tǒng)，由淬火設(shè)備與控制子系統(tǒng)完成待加工部件的加熱及淬火，再由機(jī)器人自淬火設(shè)備與控制子系統(tǒng)中取出淬火后的部件放置在RGV小車上。本實用新型提供了一種既能節(jié)約成本又可提高效率和淬火質(zhì)量并能與企業(yè)柔性制造系統(tǒng)實現(xiàn)對接與集成的軸承內(nèi)外圈自動化淬火系統(tǒng)。
【專利說明】基于機(jī)器人控制的軸承套圈及套類零件自動淬火機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種基于機(jī)器人控制的軸承圈及套類零件自動淬火機(jī)，可實現(xiàn)軸 承內(nèi)外圈及回轉(zhuǎn)套類零件的入料搬運、上料、加熱、淬火和下料和出料搬運等生產(chǎn)過程的自 動化，廣泛用于軸承套圈及回轉(zhuǎn)類零件淬火過程的柔性加工自動生產(chǎn)線，并實現(xiàn)工廠淬火 柔性制造系統(tǒng)的對接與集成。

【背景技術(shù)】
[0002] 滾動軸承是通用和專用機(jī)械的關(guān)鍵部件，主要由軸承外圈、內(nèi)圈、滾子、保持架等 組成。軸承的精度和耐磨性直接影響到機(jī)械的運動精度和壽命。要保證高軸承具有高的硬 度和耐磨性，軸承套圈淬火是必不可少的環(huán)節(jié)。
[0003] 目前國內(nèi)不少企業(yè)為節(jié)約成本，其軸承套圈的淬火機(jī)構(gòu)簡陋，操作還主要有人力 來完成，不符合機(jī)械制造自動化發(fā)展的要求。因此有如下弊端：
[0004] 1、淬火裝置易泄露：
[0005] 淬火機(jī)的外置電機(jī)驅(qū)動獨立的傳動軸，傳動軸從下面穿過淬火槽底部，傳動軸和 淬火水槽底部采用滾動軸承和密封圈機(jī)構(gòu)驅(qū)動淬火裝置，獨立傳動軸從水槽底部穿入，傳 動軸不僅承擔(dān)多工位旋轉(zhuǎn)任務(wù)，還要因加熱、淬火兩個工序而上下移動，所以安裝在水槽底 部和傳動軸之間的軸承密封圈，因承受頻繁的旋轉(zhuǎn)和移動，而很容易磨損，時常發(fā)生密封失 效，淬火液易從水槽和傳動軸之間運動副的縫隙中泄漏，造成頻繁停機(jī)，且易發(fā)生生產(chǎn)事 故，給生產(chǎn)現(xiàn)場帶來極大不便。
[0006] 2、人工操作勞動強(qiáng)度大：
[0007] 淬火的上下料作業(yè)完全采用人工操作，工人重復(fù)作業(yè)，勞動強(qiáng)度高，易引起加熱、 淬火和上下料等工藝過程的操作失誤，淬火質(zhì)量得不到保證，生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本居高不 下。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本實用新型的目的提供一種既能節(jié)約成本又可提高效率和淬火質(zhì)量的軸承內(nèi)外 圈自動化淬火系統(tǒng)。
[0009] 為了達(dá)到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是提供了 一種基于機(jī)器人控制的軸承 套圈及套類零件自動淬火機(jī)，其特征在于：包括RGV自動引導(dǎo)運輸車系統(tǒng)、機(jī)器人及淬火設(shè) 備與控制子系統(tǒng)，其中：待加工部件放置在RGV自動引導(dǎo)運輸車系統(tǒng)的RGV小車，由RGV自 動引導(dǎo)運輸車系統(tǒng)實現(xiàn)待加工部件的自動運輸；由機(jī)器人抓取RGV小車上的待加工部件并 放入淬火設(shè)備與控制子系統(tǒng)，由淬火設(shè)備與控制子系統(tǒng)完成待加工部件的加熱及淬火，再 由機(jī)器人自淬火設(shè)備與控制子系統(tǒng)中取出淬火后的部件放置在RGV小車上；淬火設(shè)備與控 制子系統(tǒng)包括盛有冷卻液的槽體，槽體頂部具有至少三個開口，分別為進(jìn)料口、加熱口及出 料口，在槽體內(nèi)設(shè)有至少三個用于在其頂部放置部件的載料機(jī)構(gòu)，每個開口對應(yīng)一個載料 機(jī)構(gòu)，由驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動各個載料機(jī)構(gòu)在所有開口間循環(huán)交替轉(zhuǎn)動，當(dāng)某一載料機(jī)構(gòu)運動至 進(jìn)料口位置處，由機(jī)器人將抓取自RGV小車的待加工部件放置在該載料機(jī)構(gòu)頂部；在加熱 口附近設(shè)有加熱機(jī)構(gòu)，在槽體上設(shè)有提升機(jī)構(gòu)，由提升機(jī)構(gòu)上撥轉(zhuǎn)動至出料口下方的載料 機(jī)構(gòu)至一定高度，使得位于該載料機(jī)構(gòu)頂部的部件能夠被加熱機(jī)構(gòu)加熱，且加熱完成后，由 提升機(jī)構(gòu)下?lián)茉撦d料機(jī)構(gòu)，使得位于該載料機(jī)構(gòu)頂部的部件能夠完全被冷卻液浸沒；當(dāng)某 一載料機(jī)構(gòu)運動至出料口位置處，由機(jī)器人抓取位于該載料機(jī)構(gòu)頂部的已淬火部件后放置 在RGV小車上。
[0010] 優(yōu)選地，所述載料機(jī)構(gòu)包括支撐桿，支撐桿頂部設(shè)有用于放置所述部件的承料臺。
[0011] 優(yōu)選地，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括可旋轉(zhuǎn)的凸臺，所有所述載料機(jī)構(gòu)均設(shè)于凸臺上，由主 電機(jī)驅(qū)動凸臺旋轉(zhuǎn)。
[0012] 優(yōu)選地，在所述主電機(jī)的輸出軸上設(shè)有主摩擦輪，在每個所述載料機(jī)構(gòu)上設(shè)有上 摩擦輪及下摩擦輪，當(dāng)所述載料機(jī)構(gòu)被所述提升機(jī)構(gòu)上撥動到位后主摩擦輪與下摩擦輪相 接觸，當(dāng)所述載料機(jī)構(gòu)被所述提升機(jī)構(gòu)下?lián)軇拥轿缓笾髂Σ凛喤c上摩擦輪相接觸，所述驅(qū) 動機(jī)構(gòu)還包括輔助電機(jī)，輔助電機(jī)的輸出軸上設(shè)有傳動齒輪一，在所述主電機(jī)的輸出軸上 設(shè)有傳動齒輪二，傳動齒輪一與傳動齒輪二相哨合，由輔助電機(jī)驅(qū)動各所述載料機(jī)構(gòu)自轉(zhuǎn)。
[0013] 優(yōu)選地，所述加熱機(jī)構(gòu)采用線圈加熱機(jī)構(gòu)。
[0014] 優(yōu)選地，所述提升機(jī)構(gòu)包括氣缸及設(shè)置在每個所述載料機(jī)構(gòu)上的固定盤，由氣缸 撥動固定盤使得相應(yīng)的所述載料機(jī)構(gòu)上升或下降。
[0015] 本實用新型具有如下創(chuàng)新之處：
[0016] 第一、基于行星傳動的多工位傳動裝置，通過電機(jī)以行星傳動的方式使淬火軸承 均勻轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了軸承在淬火過程中的均勻轉(zhuǎn)動，更使水槽中的水轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，保證軸承的均 勻淬火，提高淬火質(zhì)量。
[0017] 第二、采用電機(jī)和液壓缸上位安裝，通過水槽上部的動力源進(jìn)行淬火機(jī)構(gòu)的傳動， 避免了傳動軸傳動以及淬火工位上下移動過程中由于軸承密封圈磨損而產(chǎn)生的淬火液泄 露，使生產(chǎn)現(xiàn)場安全整潔，提高生產(chǎn)效率。
[0018] 第三、采用研究和開發(fā)了機(jī)械手及其控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了淬火工藝流程與企業(yè)產(chǎn)業(yè) 柔性自動化生產(chǎn)線的對接，通過PLC及步進(jìn)電機(jī)自動控制淬火機(jī)構(gòu)的工位移動和加熱時間 的自動控制，大幅度提高企業(yè)生產(chǎn)加工質(zhì)量，并減少勞動力降低成本，促進(jìn)精益生產(chǎn)過程。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1為本實用新型提供的一種基于機(jī)器人控制的軸承套圈及套類零件自動淬火 機(jī)的總體示意圖；
[0020] 圖2為圖1中的局部示意圖；
[0021] 圖3為淬火設(shè)備與控制子系統(tǒng)示意圖；
[0022] 圖4為淬火設(shè)備與控制子系統(tǒng)加熱狀態(tài)示意圖；
[0023] 圖5為淬火設(shè)備與控制子系統(tǒng)取部件狀態(tài)示意圖；
[0024] 圖6為機(jī)器人示意圖。

【具體實施方式】
[0025] 為使本實用新型更明顯易懂，茲以優(yōu)選實施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。
[0026] 如圖1及所示，本實用新型提供的一種基于機(jī)器人控制的軸承套圈及套類零件自 動淬火機(jī)，其總共包括三個子系統(tǒng)，分別是RGV自動引導(dǎo)運輸車系統(tǒng)1、機(jī)器人4及淬火設(shè)備 與控制子系統(tǒng)19,其中：
[0027] 待加工部件16 (在本實施例中部件16為軸承）放置在RGV自動引導(dǎo)運輸車系統(tǒng) 1的RGV小車20,由RGV自動引導(dǎo)運輸車系統(tǒng)1實現(xiàn)待加工部件16的自動運輸；
[0028] 由機(jī)器人4抓取RGV小車20上的待加工的軸承并放入淬火設(shè)備與控制子系統(tǒng)19， 由淬火設(shè)備與控制子系統(tǒng)19完成軸承的加熱及淬火，再由機(jī)器人4自淬火設(shè)備與控制子系 統(tǒng)19中取出淬火后的軸承放置在RGV小車20上。
[0029] 機(jī)器人4主要由機(jī)械手構(gòu)成。機(jī)械手主要任務(wù)是放入軸承與取出軸承，其中取出 軸承示意圖如圖4所示。機(jī)器人基座是一個轉(zhuǎn)盤，它是此機(jī)械手控制系統(tǒng)中重要的運動部 分。在執(zhí)行不同的工序時，機(jī)器人基座與其他關(guān)節(jié)驅(qū)動器配合工作，使之能按照預(yù)定的運動 規(guī)律運動。機(jī)器人手臂如圖6所示。視角機(jī)器人本體子系統(tǒng)由機(jī)器人基座、機(jī)器人驅(qū)動機(jī) 構(gòu)、機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。此機(jī)器人手臂由A、B、C、D、E5個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)形成了 6個自由度，可 實現(xiàn)X、Y、Z方向的轉(zhuǎn)動與平移動作。機(jī)器人驅(qū)動機(jī)構(gòu)通過伺服電機(jī)驅(qū)動來實現(xiàn)。機(jī)器人 執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括一套執(zhí)行機(jī)構(gòu)用來完成拿出軸承、放入軸承的動作。機(jī)器人的末端執(zhí)行器由 3個"手指"組成，通過氣動夾緊的方式拿取軸承。
[0030] RGV自動引導(dǎo)運輸車系統(tǒng)1是一種無人駕駛搬運車，可根據(jù)預(yù)先設(shè)計的程序依照 車載傳感器確認(rèn)位置信號，即沿著規(guī)定的行駛路線和停靠位置自動行駛。生產(chǎn)現(xiàn)場采用自 動引導(dǎo)小車控制半成品的發(fā)放與成品的收回。
[0031] 結(jié)合圖2至圖5,淬火設(shè)備與控制子系統(tǒng)19包括盛有冷卻液5(在本實施例中，冷 卻液5選用水）的槽體6。槽體6頂部具有三個開口，分別為進(jìn)料口 6-1、加熱口 6-2及出料 口 6-3,在槽體6內(nèi)設(shè)有三根支撐桿15,每根支撐桿15的頂部設(shè)有用于放置軸承的承料臺， 所有支撐桿15均支撐在可旋轉(zhuǎn)的凸臺11上，凸臺11底部有滾子軸承10,由主電機(jī)2驅(qū)動 凸臺11旋轉(zhuǎn)，當(dāng)凸臺11旋轉(zhuǎn)到位后，三根支撐桿15分別與槽體6的一個開口對應(yīng)，凸臺11 繼續(xù)轉(zhuǎn)動120度后，三根支撐桿15分別運動至與其相鄰的下一個開口處，如此，三根支撐桿 15在三個開口間循環(huán)交替轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)軸承在加熱及淬火工位的移動。每根支撐桿15即 可上下運動，也可以繞自身軸線自轉(zhuǎn)，在每根支撐桿15上由下至上依次設(shè)有下摩擦輪12、 上摩擦輪13及固定盤14。在主電機(jī)2的輸出軸上由下至上依次設(shè)有主摩擦輪9及傳動齒 輪二8,主摩擦輪9與下摩擦輪12或上摩擦輪13接觸，傳動齒輪二8與傳動齒輪一 7相嚙 合，傳動齒輪一 7設(shè)于輔助電機(jī)3的輸出軸上，當(dāng)輔助電機(jī)3轉(zhuǎn)動后，通過傳動齒輪一 7、傳 動齒輪二8、主摩擦輪9及下摩擦輪12或上摩擦輪13傳動至支撐桿15,實現(xiàn)支撐桿15繞自 身軸線的自轉(zhuǎn)，實現(xiàn)淬火后的軸承在槽體6中的轉(zhuǎn)動，保證軸承淬火均勻。支撐桿15的上 下運動由氣缸1控制，由氣缸1通過固定盤14上撥轉(zhuǎn)動至出料口 6-3下方的支撐桿15至 一定高度，使得位于該支撐桿15頂部的軸承能夠被出料口 6-3附近的線圈加熱機(jī)構(gòu)17加 熱。待加熱到一定時間后，再由氣缸1通過固定盤14下?lián)苤螚U15帶動摩擦輪12與摩擦 輪13使待淬火的軸承完全浸入水中淬火。淬火過程中，通過支撐桿15的自轉(zhuǎn)，實現(xiàn)淬火后 的軸承在槽體6中的轉(zhuǎn)動，保證軸承淬火均勻。通過上述結(jié)構(gòu)可控制軸承的加熱、淬火、空 轉(zhuǎn)這3種狀態(tài)，達(dá)到自動控制軸承加熱淬火工藝的過程。本實用新型中使用的線圈加熱機(jī) 構(gòu)17為超音頻感應(yīng)加熱設(shè)備是淬火工序中最重要的設(shè)備，主要由它控制加熱管的加熱時 間、冷卻時間，其時間長短對軸承的表面硬度變化起著關(guān)鍵的作用。
[0032] 進(jìn)料口 6-1及出料口 6-3分別用于放入軸承及取出軸承，當(dāng)支撐桿15運動至進(jìn)料 口 6-1位置處，由機(jī)器人4將抓取自RGV小車20的待加工的軸承放置在支撐桿15頂部；當(dāng) 支撐桿15運動至出料口 6-3位置處，由機(jī)器人4抓取位于該支撐桿15頂部的已淬火軸承 后放置在RGV小車20上。
[0033] 本實用新型提供的基于機(jī)器人控制的軸承套類零件的淬火機(jī)主要包括入料搬運、 上料、加熱、淬火、下料、出料轉(zhuǎn)移六個工序：
[0034] 1、入料搬運
[0035] 人工將上一道工序完成的待淬火軸承取出放入RGV小車20, RGV小車20沿預(yù)定軌 道將待淬火軸承送入指定位置。
[0036] 2、上料
[0037] 當(dāng)RGV小車20到達(dá)指定位置時，由機(jī)械人4通過圖像識別技術(shù)識別小車內(nèi)的待淬 火軸承，并通過機(jī)械手手指伸入軸承內(nèi)圈張緊來抓取軸承，將待淬火軸承放入進(jìn)料口 6-1。
[0038] 3、加熱
[0039] 淬火裝置底部的凸臺11其上的支撐桿15及其上的待淬火軸承做順時針轉(zhuǎn)動，當(dāng) 軸承到達(dá)淬火位時，由氣缸1帶動撥叉控制支撐桿15的上下移動，支撐桿15帶動軸承先上 升至線圈加熱機(jī)構(gòu)17附近對軸承內(nèi)圈進(jìn)行淬火前的加熱處理（適當(dāng)改變支撐桿結(jié)構(gòu)即可 實現(xiàn)軸承外圈的加熱），如圖3所示。
[0040] 4、淬火
[0041] 經(jīng)過一定時間后由氣缸1帶動撥叉向下移動使支撐桿15連同下降至槽體6里，底 部凸臺11繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)動至出料口 6-3進(jìn)行淬火處理。
[0042] 5、下料
[0043] 待淬火完成后由機(jī)械人4再次識別軸承并將將淬火完成的軸承抓取，并取出。
[0044] 6、出料搬運
[0045] 由機(jī)械人4將取出的淬火完成的軸承放入出料口 6-3附近的RGV小車20,并由RGV 小車運送到下一車間進(jìn)行處理。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于機(jī)器人控制的軸承套圈及套類零件自動淬火機(jī)，其特征在于：包括RGV自 動引導(dǎo)運輸車系統(tǒng)（1)、機(jī)器人（4)及淬火設(shè)備與控制子系統(tǒng)（19)，其中：待加工部件（16) 放置在RGV自動引導(dǎo)運輸車系統(tǒng)（1)的RGV小車（20)，由RGV自動引導(dǎo)運輸車系統(tǒng)（1)實 現(xiàn)待加工部件（16)的自動運輸；由機(jī)器人（4)抓取RGV小車（20)上的待加工部件（16)并 放入淬火設(shè)備與控制子系統(tǒng)（19)，由淬火設(shè)備與控制子系統(tǒng)（19)完成待加工部件（16)的 加熱及淬火，再由機(jī)器人（4)自淬火設(shè)備與控制子系統(tǒng)（19)中取出淬火后的部件（16)放 置在RGV小車（20)上；淬火設(shè)備與控制子系統(tǒng)（19)包括盛有冷卻液（5)的槽體（6)，槽 體（6)頂部具有至少三個開口，分別為進(jìn)料口（6-1)、加熱口（6-2)及出料口（6-3)，在槽 體（6)內(nèi)設(shè)有至少三個用于在其頂部放置部件（16)的載料機(jī)構(gòu)，每個開口對應(yīng)一個載料機(jī) 構(gòu)，由驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動各個載料機(jī)構(gòu)在所有開口間循環(huán)交替轉(zhuǎn)動，當(dāng)某一載料機(jī)構(gòu)運動至進(jìn) 料口（6-1)位置處，由機(jī)器人（4)將抓取自RGV小車（20)的待加工部件放置在該載料機(jī)構(gòu) 頂部；在加熱口 ￠-2)附近設(shè)有加熱機(jī)構(gòu)，在槽體（6)上設(shè)有提升機(jī)構(gòu)，由提升機(jī)構(gòu)上撥轉(zhuǎn) 動至出料口（6-3)下方的載料機(jī)構(gòu)至一定高度，使得位于該載料機(jī)構(gòu)頂部的部件（16)能夠 被加熱機(jī)構(gòu)加熱，且加熱完成后，由提升機(jī)構(gòu)下?lián)茉撦d料機(jī)構(gòu)，使得位于該載料機(jī)構(gòu)頂部的 部件（16)能夠完全被冷卻液（5)浸沒；當(dāng)某一載料機(jī)構(gòu)運動至出料口（6-3)位置處，由機(jī) 器人（4)抓取位于該載料機(jī)構(gòu)頂部的已淬火部件（16)后放置在RGV小車（20)上。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器人控制的軸承套圈及套類零件自動淬火機(jī)，其特 征在于：所述載料機(jī)構(gòu)包括支撐桿（15)，支撐桿（15)頂部設(shè)有用于放置所述部件（16)的 承料臺。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器人控制的軸承套圈及套類零件自動淬火機(jī)，其特 征在于：所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括可旋轉(zhuǎn)的凸臺（11)，所有所述載料機(jī)構(gòu)均設(shè)于凸臺（11)上，由 主電機(jī)⑵驅(qū)動凸臺（11)旋轉(zhuǎn)。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種基于機(jī)器人控制的軸承套圈及套類零件自動淬火機(jī)，其特 征在于：在所述主電機(jī)（2)的輸出軸上設(shè)有主摩擦輪（9)，在每個所述載料機(jī)構(gòu)上設(shè)有上摩 擦輪（13)及下摩擦輪（12)，當(dāng)所述載料機(jī)構(gòu)被所述提升機(jī)構(gòu)上撥動到位后主摩擦輪（9)與 下摩擦輪（12)相接觸，當(dāng)所述載料機(jī)構(gòu)被所述提升機(jī)構(gòu)下?lián)軇拥轿缓笾髂Σ凛啠?)與上摩 擦輪（13)相接觸，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)還包括輔助電機(jī)（3)，輔助電機(jī)（3)的輸出軸上設(shè)有傳動齒 輪一（7)，在所述主電機(jī)（2)的輸出軸上設(shè)有傳動齒輪二（8)，傳動齒輪一（7)與傳動齒輪 二⑶相嚙合，由輔助電機(jī)⑶驅(qū)動各所述載料機(jī)構(gòu)自轉(zhuǎn)。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器人控制的軸承套圈及套類零件自動淬火機(jī)，其特 征在于：所述加熱機(jī)構(gòu)采用線圈加熱機(jī)構(gòu)（17)。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器人控制的軸承套圈及套類零件自動淬火機(jī)，其特 征在于：所述提升機(jī)構(gòu)包括氣缸（1)及設(shè)置在每個所述載料機(jī)構(gòu)上的固定盤（14)，由氣缸 (1)撥動固定盤（14)使得相應(yīng)的所述載料機(jī)構(gòu)上升或下降。
【文檔編號】C21D11/00GK203878180SQ201420189410
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月18日
【發(fā)明者】閆如忠, 賈俊陽, 王建康, 閆夙, 祝賀, 林宇超, 易濤, 熊學(xué)文, 田林林, 楊旭 申請人:東華大學(xué)