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机械工程师MECHANICAL ENGINEER网址：www.jxgcs.com 电邮：hrbengineer@163.com 圆园23 年第 9 期高效锻造喷墨机械手设计及运动学分析周鹏中（连云港杰瑞自动化有限公司，江苏 连云港 222006）0 引言随着“中国制造2025”战略的不断推行，我国的金属锻造产业正朝向设备智能化、产线自动化迈进。在模锻过程中，为了使锻件更容易从模具中取出并完成脱模，需要将配置好的石墨乳 [1] 均匀地喷涂到模具上，以达到润滑、降温、保护模具的效果。目前，仍以人工喷墨形式为主，劳动强度大、效率低、安全性不高；部分企业开发的自动喷墨装置多为单点固定式，存在石墨乳喷涂不均匀、覆盖不到位，造成锻件成型质量差、降低模具使用寿命等问题。因此急需一种高效锻造喷墨装置来满足锻造自动化的需求。鉴于此，本文设计了一款高效锻造喷墨机械手，既能满足喷涂的均匀性，又能实现在空间内的多路径运动规划。1 机械手结构设计针对在锻造喷涂过程中的具体需求，设计了图1所示的高效锻造喷墨机械手。该装置主要包括直线运动机构、旋转运动机构、摇摆运动机构和升降机构等部分。1.1 直线运动机构直线运动机构 [2] 如图2所示，是由直线驱动电动机与直线电动机座连接并固定在齿轮箱上，带动直线运动齿轮转动，齿轮与圆齿条相啮合，穿过左右两导向轴套。圆齿条既作为传动机构，又作为导向机构，同时也是末端喷枪的安装支架，减少了零部件数量，使机构的结构更加紧凑。当机械手开始工作时，装置需要到达指定位置，此时直线驱动电动机开始工作，带动直线运动齿轮逆时针转动，此时与齿轮啮合的圆齿条向左移动，与圆齿条固定的左侧的风琴保护罩展开，右侧风琴保护罩折叠，到达锻造的模具工作处，带动末端喷枪做往复直线运动，有效保证模具前后段充分得到石墨乳喷涂。1.2 旋转运动机构旋转运动机构如图3所示，其回转驱动电动机与回转运动齿轮相连并固定在齿轮箱上，齿轮箱连接到回转支承的内圈，升降立柱固定到回转支承外圈上，回转运动齿轮与回转支承齿轮相啮合。当旋转运动机构开始工作时，回转驱动电动机带动回转运动齿轮转动，通过齿轮啮合带动运动齿轮箱绕升降立柱的轴心做圆周运动，使整体摘 要： 针对目前锻造行业模具冷却润滑存在的自动化程度低、石墨乳喷涂不均匀、适应性差等问题，设计了一种高效锻造喷墨机械手。通过直线+旋转的两自由度运动组合，实现机械手末端喷嘴的任意点可达，并通过运动学建模实现拟合模腔的喷涂路径规划。同时增加摇摆动作，进一步扩大喷涂的覆盖范围，提高涂层的均匀性。与现有的喷墨形式比较，具有结构紧凑、稳定可靠、适应性强的特点，适合在锻造自动化生产线中大范围推广应用。关键词： 锻造；石墨乳喷涂；机械手；MATLAB；运动仿真中图分类号: TP 24；TG 315 文献标志码: 粤 文章编号：员园园圆原圆猿猿猿（圆园23）09原园137原园3Design and Kinematics Analysis of High Efficiency Forging Ink-jet ManipulatorZHOU Pengzhong(Lianyungang JARI Automation Co., Ltd., Lianyungang 222006, China)Abstract: Aiming at the problems of low automation, uneven graphite emulsion spraying and poor adaptability in thecooling and lubrication of die in forging industry, an efficient forging ink-jet manipulator is designed. The arbitrary pointof the end nozzle of the manipulator can be reached through the combination of two degrees of freedom motion of straightline and rotation, and the spraying path planning of the fitting mold cavity can be realized through kinematics modeling.At the same time, the swing action is increased to further expand the coverage of spraying and improve the uniformity ofthe coating. Compared with the existing ink-jet forms, it has the characteristics of compact structure, stability, reliabilityand strong adaptability, and is suitable for large-scale promotion and application in the automatic forging production line.Keywords: forging; graphite emulsion spraying; manipulator; MATLAB; dynamic simulation1.直线运动机构 2.旋转运动机构 3.摇摆机构 4.升降机构图 1 高效锻造喷墨机械手整体图源猿 圆 员1.双杆夹紧块 2.空心导向轴 3.圆齿条 4.齿条导向轴套 5.空心轴导向轴套 6.直线驱动电动机 7.直线运动齿轮 8.直线电动机座 9.齿轮箱10.风琴保护罩图 2 直线运动机构员园 怨 愿 苑远 缘 源 猿 圆员137