金属棒材自动拉拔设备的制作方法

1.本发明属于自动拉拔设备技术领域，具体涉及一种金属棒材自动拉拔设备。


背景技术：

2.现有的金属棒材自动拉拔设备，采用人工将待拉拔的金属件的两端放置到拉拔设备上，金属拉拔过程中包括两端，一端为金属夹持固定端，另一端为活动拉拔端，人工对拉拔设备上下料，人工成本高、容易造成生产的不连续，产品质量参差不齐。现有的金属拉拔一般为单向拉拔。金属拉拔采用单向拉拔，导致拉拔过程中占用沿拉拔方向的空间是双向拉拔的两倍。另外对于成品长度大于10m，直径小于4mm的金属棒材，采用单个工人进行上下料非常繁琐，一般需要两个工人协同作业。传统的金属棒材拉拔设备，辅助人工半自动化作业，生产效率低。对于上述尺寸棒材单向拉拔，导致金属棒材的力学性能较差，棒材沿轴向方向的粗细不均匀，尤其是对于索类产品。


技术实现要素：

3.本发明针对上述技术问题，提出一种金属棒材自动拉拔设备，该设备能够对金属棒材进行自动轧尖、自动拉拔。
4.本发明采用的技术方案：用于金属棒材的自动拉拔设备，包括待加工品放置架、轧尖平台、拉拔平台和机器人滑道，机器人滑道、轧尖平台和拉拔平台相互平行设置，机器人滑道设置在轧尖平台和拉拔平台之间，待加工品放置架设置在轧尖平台的一端；两个六轴协作机器人安装在机器人滑道上；轧尖平台包括轧尖机架、轧尖夹持机构和至少一个轧尖机构，轧尖导轨与机器人滑道平行设置，至少一个轧尖机构分别设置在轧尖机架的端部；轧尖夹持机构能够滑动地设置在轧尖导轨上，拉拔平台包括拉拔机架、两个拉拔机构和至少一个拉拔夹持机构，两个拉拔导轨设置在拉拔机架的两侧，拉拔导轨与机器人滑道平行设置，拉拔夹持机构沿拉拔导轨设置且能够沿其运动，拉拔夹持机构位于两个拉拔机构的外侧，拉拔夹持机构用于将待拉拔的金属棒材送入两个拉拔机构中，两个拉拔机构分别用于夹持金属棒材的两端，一个拉拔机构用于固定金属棒材的一端，另一个拉拔机构沿拉拔导轨方向运动。
5.进一步的，两个拉拔机构均能够沿拉拔导轨运动。
6.进一步的，拉拔机构包括拉拔底板和夹爪气缸，夹爪气缸安装在拉拔底板上，两个夹爪分别安装在夹爪气缸的两个输出端，夹爪的相对内侧开有竖直的卡槽，夹具嵌套在夹爪的卡槽中。
7.进一步的，两个拉拔机构中一个夹具为分体式夹具，另一个夹具为一体式夹具，分体式夹具的两端分别嵌套在两个夹爪的卡槽中，分体式夹具的相对内侧开有圆弧凹槽，一体式夹具的两端分别嵌套在两个卡槽中，一体式夹具中开有通孔。
8.进一步的，一体式夹具和分体式夹具的数量设置多个，一体式夹具与分体式夹具的数量相同。
9.进一步的，拉拔夹持机构的数量设置两个，两个拉拔夹持机构分别位于两个拉拔机构的外侧，两个拉拔机构分别用于从两侧将待拉拔的金属棒材送入两个拉拔机构中。
10.进一步的，拉拔夹持机构包括第二夹持滑动底板、力控机构和夹持部，第二夹持滑动底板的下端面通过滑块嵌套在拉拔导轨上，力控滑轨设置在第二夹持滑动底板的上端面，夹持部的底部通过滑块嵌套在力控滑轨上，力控机构设置在夹持部与第二夹持滑动底板之间。
11.进一步的，轧尖机构的数量设置两个，两个轧尖机构分别设置在轧尖机架的两端。
12.进一步的，力控机构包括双向相离设置的力控部，力控部包括压力传感器和压力弹簧，压力传感器通过连接板固定在夹持部上，压力弹簧的一端固定在第二夹持滑动底板上，压力弹簧的另一端正对压力传感器，第二气缸固定在第二夹持滑动底板上，顶杆与第二气缸的缸杆相连，顶杆朝向压力传感器设置。
13.进一步的，金属棒材初始长度为1—2m，直径为15mm—10mm，所述金属棒材经拉拔后成品长度为10—20m，直径为5mm—2mm。
14.进一步的，上述金属棒材自动拉拔设备尤其适应于索类火工品。
15.本发明具有的有益效果如下：（1）该能够实现金属棒材的自动拉拔，且能够控制拉拔过程中的拉力大小，能够实时监测拉拔过程；（2）在轧尖机架的两端设置两个轧尖机，两个拉拔机构的功能和位置可以进行互换，从而在轧尖过程中不需要对金属棒材进行转向，从而能够连续进行多次拉拔；（3）轧尖过程中，横移机构带动轧尖机沿垂直于成形导轨的方向运动，从而保证轧尖机中待轧尖的辊道与轧尖夹持机构的中心重合，从而保证轧尖质量；（4）拉拔驱动机构带动两个拉拔机构均能够沿拉拔导轨滑动，从而能够对金属棒材进行双向拉拔，改善传统单一方向拉拔中受力状态。
附图说明
16.图1 为本发明装置整体结构的俯视结构示意图。
17.图2 为本发明装置中机器人滑道及其上部件的结构示意图。
18.图3 为本发明装置中轧尖平台的局部结构示意图。
19.图4 为本发明装置中拉拔平台及上部件的局部机构示意图一。
20.图5 为图4中力控部的结构示意图。
21.图6 为本发明装置中拉拔平台及上部件的局部机构示意图二。
22.图中：1.待加工品放置架；2.拉拔平台；2-1.拉拔导轨；2-2.拉拔机架；3.六轴协作机器人；4.轧尖平台；4-1.轧尖机架；4-2.轧尖导轨；5.机器人滑道；5-1.第一电机；5-2.第一齿条；5-3.滑动底座；5-4.机器人导轨；6.拉拔驱动机构；7.轧尖机构；7-1.横移机构；7-2.轧尖机；8.轧尖夹持机构；8-1.第一滑动夹持底板；8-2.第二电机；8-3.双向丝杆；8-4.连接座；8-5.夹持块；8-6.支座；9.拉拔机构9；9-1.夹爪气缸；9-2.夹爪；9-3.一体式夹具；9-4.拉拔底板；9-5.分体式夹具；10.拉拔夹持机构；10-1.第二滑动夹持底板；10-2.夹持部；10-3.力控机构；1001. 压力弹簧；1002.压力传感器； 1003.第二气缸；1004.力控滑轨；11.顶升机构。
具体实施方式
23.如图1-图6所示，用于金属棒材的自动拉拔设备包括待加工品放置架1、轧尖平台4、拉拔平台2和机器人滑道5，机器人滑道5、轧尖平台4和拉拔平台2相互平行设置，机器人滑道5设置在轧尖平台4和拉拔平台2之间，待加工品放置架1设置在轧尖平台4的一端；两个六轴协作机器人3安装在机器人滑道5上；轧尖平台4包括轧尖机架4-1、轧尖夹持机构8和至少一个轧尖机构7，轧尖导轨4-2与机器人滑道5平行设置，轧尖夹持机构8能够滑动地设置在轧尖导轨4-2上。轧尖夹持机构8用于将待轧尖的加工件夹持后，送入轧尖机构7进行轧尖。
24.六轴协作机器人3用于在待加工品放置架1、轧尖平台4和拉拔平台2之间搬运物料，一开始金属棒材的长度较小，直径相对较粗时，单个六轴协作机器人3即可完成物料的抓取，经过数次拉拔之后，金属棒材的长度逐渐增加，尤其在长度大于5米，为了减少搬运过程中金属棒材的悬垂以及提高搬运效率设置两个六轴协作机器人3协同对金属棒材进行搬运。
25.如图2所示，六轴协作机器人3通过齿轮齿条机构设置在机器人滑道5上，机器人滑道5包括机器人机架、机器人导轨5-4和第一齿条5-2，机器人导轨5-4和第一齿条5-2相互平行设置在机器人机架上，滑动底座5-3的下端面通过滑块嵌套在机器人导轨5-4上，第一电机5-1竖直向下安装在滑动底座5-3上，第一电机5-1的输出端贯穿滑动底座5-3设置，齿轮安装在第一电机5-1的输出端，第一电机5-1带动齿轮转动，齿轮与第一齿条5-2啮合，从而将第一电机5-1的旋转转化成直线运动，滑动底座5-3的下端与嵌套在机器人导轨5-4上的滑块固定连接，齿轮与第一齿条5-2啮合带动滑动底座5-3及其上部件沿机器人导轨5-4移动。
26.采用齿轮齿条机构带动夹持沿机器人导轨5-4滑动，能够减少机器人第七轴驱动占用的空间，优选的，轧尖夹持机构8通过齿轮齿条机构来实现沿轧尖导轨4-2滑动。
27.如图3所示，轧尖机构7包括支撑横架，横移机构7-1安装在支撑横架的上端面，轧尖机7-2安装在横移机构7-1的输出端。轧尖机7-2具有多个轧尖辊道，能够轧尖多种规格的棒材，横移机构7-1带动轧尖机7-2沿垂直于轧尖导轨4-2的方向运动，调整轧尖机7-2中轧尖每次使用辊道的中心与轧尖夹持机构10共线，从而保证轧尖夹持机构10每次送料的位置相同。
28.如图3所示，轧尖夹持机构8包括第一滑动夹持底板8-1，第一滑动夹持底板8-1通过齿轮齿条机构带动第一滑动夹持底板8-1及其上部件沿拉拔导轨2-1滑动。两个支座8-6的下端固定安装在第一滑动夹持底板8-1的上端面，双向丝杆8-3的两端通过轴承以安装在两个支座8-6中，第二电机8-2的输出端带动与双向丝杆8-3的一端转动，从而第二电机8-2带动双向丝杆8-3转动，两个连接座8-4分别通过丝杆螺母以安装在双向丝杆8-3旋向不同的两段，两个夹持块8-5分别固定在两个连接座8-4相对内侧的上部，两个夹持块8-5相对的端面开有凹槽，第二电机8-2带动两个夹持块8-5相互靠近或者远离。随着拉拔次数的增加，金属棒材的直径逐渐减小，第二电机8-2调整两个夹持块8-5之间的距离以适应夹持不同直径的金属棒材。
29.随着拉拔次数的增加，金属棒材长度的增加，工件的悬垂增加，在两侧轧尖导轨4-2之间设置顶升机构11，顶升机构11包括多个间隔设置相互独立的顶升模块，多个顶升模块
沿机器人滑道5的方向平行设置。顶升模块相互独立运动，对其上的金属软帮进行支撑。顶升模块包括直行气缸和顶升板，直行气缸固定在轧尖机7-2架4-1上，顶升板安装在直行气缸的输出端，顶升板的两侧设置向上凸起的折边，从而减少金属棒材甩动。
30.六轴协作机器人3将金属棒材搬运到轧尖平台4上，轧尖夹持机构8将待加工件的一端送入轧尖机7-2的辊道中，轧尖完成后，轧尖夹持机构8将待加工件从轧尖机7-2中取出，等待六轴协作机器人3抓取。
31.如图4所示，拉拔平台2包括拉拔机架2-2、两个拉拔机构9和至少一个拉拔夹持机构10，拉拔导轨2-1设置在拉拔机架2-2的两侧，拉拔导轨2-1与机器人滑道5平行设置，拉拔夹持机构10沿拉拔导轨2-1设置且能够沿其运动，优选的，拉拔夹持机构10通过齿轮齿条机构沿拉拔导轨2-1滑动，拉拔夹持机构10位于两个拉拔机构9的外侧，拉拔夹持机构10用于将待拉拔的金属棒材送入两个拉拔机构9中，两个拉拔机构9分别用于夹持金属棒材的两端，一个拉拔机构9固定金属棒材的一端，另一个拉拔机构9沿拉拔导轨2-1方向运动。
32.拉拔机构9包括拉拔底板9-4和夹爪气缸9-1，拉拔底板9-4的下端面通过滑块嵌套在拉拔导轨2-1上，还包括两个拉拔驱动机构6，两个拉拔驱动机构6分别用于驱动两个拉拔机构9沿拉拔导轨2-1方向滑动，拉拔驱动机构6包括旋转电机和同步带传动机构，拉拔底板9-4的一侧与同步带固连，旋转电机通过同步带传动机构带动拉拔底板9-4沿拉拔导轨2-1滑动。两个拉拔机构9均能够沿拉拔导轨2-1运动均能够沿拉拔导轨运动，从而能够在单次拉拔过程中能够实现双向拉拔。夹爪气缸9-1安装在拉拔底板9-4上，两个夹爪9-2分别安装在夹爪气缸9-1的两个输出端，夹爪9-2的相对内侧开竖直的卡槽，夹具嵌套在夹爪9-2的卡槽中。通过卡槽将夹具嵌套在夹爪9-2中，方便六轴协作机器人3对拉拔机构9进行更换模具。另一方面，六轴协作机器人3能够实现两个拉拔机构9中夹具能够互换。为了夹爪运动的稳定性，拉拔底板9-4的上端面开有垂直于拉拔方向的滑槽，夹爪9-2的下端面放置在滑槽中，夹爪气缸9-1带动夹爪9-2在滑槽中相对滑动。
33.两个拉拔机构9中一个夹具为分体式夹具9-5，另一个夹具为一体式夹具9-3，分体式夹具9-5的两端分别嵌套在所述两个夹爪9-2的卡槽中，分体式夹具9-5的相对内侧开有圆弧凹槽，一体式夹具9-3的两端分别嵌套在所述两个卡槽中，一体式夹具9-3中开有通孔。
34.夹爪气缸9-1带动夹爪9-2相互靠近即带动两个分体式夹具9-5相互靠近，拉拔夹持机构8夹持待拉拔的金属棒材靠近轧尖段的一侧依次经一体式夹具9-3穿过分体式夹具9-5，金属棒材的一端经过轧尖机作用后，长度变长直径变小，分体式夹具9-5所在的拉拔机构9夹持金属棒材的扎尖段，金属棒材的非轧尖段的直径较大无法穿过一体式夹具9-3，从而一体式夹具9-3对金属棒材起到夹持作用，一体式夹具9-3中通孔为圆孔，该种夹持方式没有限制金属棒材沿通孔轴向的移动自由度和绕通孔轴向的转动的自由度，从而在拉拔过程，金属棒材能够绕其轴线转动来缓解拉拔过程中受力状态。
35.如图4所示，还包括多个一体式夹具9-3和分体式夹具9-5，多个所述一体式夹具9-3中通孔的孔径呈阶梯排布，多个所述分体式夹具9-5的圆弧凹槽的孔径呈阶梯排布，配套使用的分体式夹具9-3的孔径大于一体式夹具9-3的圆弧凹槽的孔径。设置多个一体式夹具9-3和分体式夹具9-5，六轴协作机器人3对拉拔机构9更换不同孔径的夹具，从而能够对金属棒材进行多次连续拉拔。为了减少六轴协作机器人3的运动行程，将夹具固定在拉拔底板9-4上，方便六轴协作机器人3抓取。
36.拉拔夹持机构10的数量设置两个，两个所述拉拔夹持机构10分别位于两个拉拔机构9的外侧，即两个拉拔机构9位于两个拉拔夹持机构之间，两个所述拉拔机构9分别用于从两侧将待拉拔的金属棒材送入两个拉拔机构9中。拉拔机构9中夹具通过竖直卡槽嵌入，六轴协作机器人3能够对拉拔机构9中夹具进行更换。对金属棒材的两端交替进行轧尖，将拉拔机构9中一体式夹具换成适合孔径的分体式夹具，拉拔机构9中分体式夹具换成适合孔径的一体式夹具，另一端的拉拔夹持机构10从另一侧将待拉拔的金属棒材靠近轧尖段的一侧依次经一体式夹具9-3穿过分体式夹具9-5，从而能够对金属棒材的两端交替进行拉拔。
37.为了避免轧尖过程中金属棒材的转向，将轧尖机构7的数量设置为两个，两个轧尖机构7分别设置在轧尖机架4-1的两端；设置两个轧尖机构7能够对金属棒材的两端分别轧尖，能够避免在轧尖过程中金属棒材转向的问题。
38.拉拔夹持机构10包括第二滑动夹持底板10-1、力控机构10-3和夹持部10-2，优选的，夹持部10-2的结构与轧尖夹持机构8的结构相同，第二夹持滑动底板10-1下端面通过滑块嵌套在拉拔导轨2-1上，力控滑轨1004设置在第二夹持滑动底板10-1的上端面，夹持部10-2的底部通过滑块嵌套在力控滑轨1004上，力控机构10-3设置在夹持部10-2与第二夹持滑动底板10-1之间。
39.力控机构10-3包括双向相离设置的力控部，力控部包括压力传感器1002和压力弹簧1001，压力传感器1002通过连接板固定在第二夹持机构上，压力弹簧1001的一端固定在夹持滑动底板上，压力弹簧1001的另一端正对压力传感器1002，第二气缸1003固定在夹持滑动底板上，顶杆与第二气缸1003的缸杆相连，顶杆朝向压力传感器1002设置。第二气缸1003带动顶杆伸出，顶杆的一端顶住连接板，控制压力弹簧1001与压力传感器1002的之间不接触，使得力控部不发挥作用。双向相离设置的力控部，能够检测沿拉拔所在直线双向的作用力，在双向拉拔过程中均能够检测拉拔力。
40.初始状态，两个拉拔机构9相互靠近，两个拉拔机构9中夹具为一体式夹具9-3，另一个拉拔机构9中夹具为分体式夹具9-5，六轴协作机器人3将金属棒材搬运到靠近一体式夹具9-3所在拉拔机构9的拉拔夹持机构10中，拉拔夹持机构10将待加工件的轧尖端依次经一体式夹具9-3、分体式夹具9-5送入拉拔机构9中，夹爪气缸9-1带动分体式夹具9-5相互靠近夹持金属棒材轧尖端，两个拉拔机构9相对运动将加工件拉伸，优选的，单次拉拔过程中，一体式夹具9-3所在的拉拔机构9沿拉拔导轨2-1运动原理另一个的拉拔机构9。拉伸过程中，夹持金属棒材的拉拔夹持机构10夹持监控拉拔过程的拉力，拉力超过预设值时，拉拔夹持机构10暂时松开，尔后继续夹持。
41.随着拉拔次数的增加，金属棒材长度的增加，工件的悬垂增加，在两侧拉拔导轨2-1之间设置顶升机构11，顶升机构11包括多个间隔设置相互独立的顶升模块，多个顶升模块沿机器人滑道5的方向平行设置。顶升模块相互独立运动，对其上的金属软帮进行支撑。顶升模块包括直行气缸和顶升板，直行气缸固定在拉拔机架2-2上，顶升板安装在直行气缸的输出端，顶升板的两侧设置向上凸起的折边，从而减少金属棒材甩动。
42.本装置的动作过程如下：a.金属棒材整齐排布在待加工品放置架1中；b.单个六轴协作机器人3抓取金属棒材放置到轧尖夹持机构8中，轧尖夹持机构8将金属棒材的一端送入轧尖机7-2中；c.轧尖完成后，轧尖夹持机构8带动金属棒材从轧尖机7-2中退出，六轴协作机器人3从轧尖夹持机构8抓取金属棒材的一端；d.初始状态，两个拉拔机构9之间相互靠
近，六轴协作机器人3将金属棒材放置到拉拔夹持机构10，拉拔夹持机构10将金属棒材从一体式夹具9-3所在拉拔机构9送入分体式夹具9-5所在拉拔机构9中，拉拔机构9夹紧金属棒材轧尖端；e. 夹持轧尖端的拉拔机构9不动，另一侧的拉拔机构9相对运动；f.单次拉拔完成后，两个拉拔机构9相互靠近，拉拔机构9松开轧尖端，轧尖夹持机构8从送入的相反方向将金属棒材取出；g.六轴协作机器人3从力控夹持机构取下金属棒材对另一端进行轧尖；g.轧尖后，将金属棒材放置到另一拉拔夹持机构10中，两个拉拔机构9中夹具互换，拉拔夹持机构10从一体式夹具9-3所在拉拔机构9送入分体式夹具9-5所在拉拔机构9中，拉拔机构9夹紧金属棒材的扎尖端；依次重复上述步骤e-g，直到单个金属棒材轧尖完成。
43.随着单个金属棒材拉拔次数的增多，金属棒材的长度增加，两个六轴协作机器人3协同作业，在拉拔夹持机构10与轧尖夹持机构8之间进行搬运物料。
44.上述金属棒材拉拔设备对金属棒材进适应，尤其适应于小型金属棒材的拉拔，例如金属棒材初始长度为1—2m，直径为15mm—10mm，金属棒材经拉拔后成品长度为10—30m，直径为5mm—2mm，优选的，成品金属棒材的直径为。传统的索类火工品的中间成品的长度在20m，棒材的最大横向宽度小于4mm，尤其适应于索类产品。
45.上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。