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轉(zhuǎn)發(fā)自：機(jī)床與液壓

作者：丁錦宏

（江蘇工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 江蘇南通 ２２６０００）

由于拾取器總高度必須小于沖床的安全高度為 ９０ ｍｍ， 因而吸盤不能直接與氣缸活塞相聯(lián)接， 因而采用圖 ３ 中的聯(lián)接方式。

氣缸帶動吸盤做上下運(yùn)動。

 根據(jù)吸取物料的質(zhì)量， 同時考慮穩(wěn)定性和氣缸長度等限制， 選取雙活塞桿氣缸 ＭＧＰＭ１２?Ｄ?Ｍ９， 行程為 １２ ｍｍ， 可安裝磁性開關(guān)。

３　 機(jī)械手節(jié)拍分析與驅(qū)動元件確定

機(jī)械手以縮回位置為原點， 需要完成以下 ８ 個動作： 下降、 吸料、 上升、 伸出、 下降、 放料、 上升、縮回等。

吸盤吸著力的形成需要時間為 ０?? １５ ｓ， 為了增強(qiáng)可靠性， 該時間增加到 ０?? ２ ｓ。 吸盤放料需要時間為０?? １ ｓ_［５］ 。

氣缸的動作時間與氣路、 電磁閥動作時間等有著復(fù)雜的關(guān)系， 計算較為復(fù)雜， 按照氣缸的標(biāo)準(zhǔn)使用速度為 ５０ ～ ５００ ｍｍ ／ ｓ 進(jìn)行估算， 取氣缸運(yùn)行速度 ５００ｍｍ ／ ｓ， 由此， 氣缸下降和上升運(yùn)行時間分別為 ０?? ０２ ｓ。

在機(jī)械手設(shè)計時， 考慮使用氣缸和伺服電機(jī)兩種方案驅(qū)動機(jī)械手的運(yùn)行。

若使用氣缸驅(qū)動手臂伸縮， 則伸出與縮回時間均^為 ７００ ／ ５００ ＝ １?? ４ ｓ。

若使用伺服電機(jī)帶動滾珠絲桿， 驅(qū)動手臂伸縮，則在該機(jī)械手負(fù)載的情況下， 一般選擇絲桿螺距

５、 電機(jī)轉(zhuǎn)速 ｓ ＝ ３ ０００ ｒ ／ ｍｉｎ。 伸出與縮回時間均為

７ｐ０ｓ０×６０ ＝ ５×７３０００００×６０ ＝ ２?? ８ ｓ。

通過以上計算可見， 使用氣缸驅(qū)動手臂時， 機(jī)械手總運(yùn)行時間為 ３?? １８ ｓ， 已經(jīng)大大超過沖床運(yùn)行周期１?? ７１ ｓ， 需要沖床在運(yùn)轉(zhuǎn)中等待， 不符合設(shè)計要求。

使用伺服電機(jī)驅(qū)動手臂時， 機(jī)械手總運(yùn)行時間更長，在此不適合使用。 

因此， 確定使用氣缸作為驅(qū)動元件， 其不足之處在于氣缸無法在行程的中間任意位置停留， 不能實現(xiàn)預(yù)送料。

４　 傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計

圖 ４　 驅(qū)動機(jī)構(gòu)

根據(jù)上述計算， 如果使用氣缸直接驅(qū)動手臂的伸縮， 即手臂行程 ＝ 氣缸行程時， 這樣的機(jī)械結(jié)構(gòu)滿足不了沖床連續(xù)運(yùn)行的節(jié)拍要求。 

為縮短手臂伸縮時間通過齒條 ２ 帶動手臂沿導(dǎo)軌 １ 做伸縮運(yùn)動。

設(shè)手臂伸出距離為 Ｌ_１， 氣缸伸出距離為 Ｌ_２， 齒輪 １ 和齒輪 ２ 的齒數(shù)分別為 Ｚ_１ 和 Ｚ_２， 則 Ｌ_１ ＝ Ｌ_２ ·æç１＋ＺＺ２_１öø÷ è在設(shè)計中， 取 Ｚ_２ ＝ ２·Ｚ_１， 則 Ｌ_１ ＝ ３Ｌ_２。

５　 機(jī)械手節(jié)拍計算與協(xié)調(diào)性研究

由于機(jī)械手臂伸出距離 Ｌ_１ ＝ ７００ ｍｍ， 則氣缸伸出距離 Ｌ２ ＝ ７００ ／ ３ ｍｍ。 按照氣缸運(yùn)行速度 ５００ ｍｍ ／ ｓ計算， 氣缸伸出時間 ｔ１ ＝ ０?? ４７ ｓ。

機(jī)械手完成下降、 吸取、 上升、 伸出、 下降、 放松、 上升、 縮回的運(yùn)行時間為

^ｔ ＝ ０?? ０２ ＋ ０?? ２ ＋ ０?? ０２ ＋ ０?? ４７ ＋ ０?? ０２ ＋ ０?? １ ＋ ０?? ０２ ＋０?? ４７ ＝ １?? ３２ ｓ

此運(yùn)行時間小于沖床運(yùn)行周期 １?? ７１ ｓ， 可與沖床相配合使用。

（１） 機(jī)械手運(yùn)行周期

現(xiàn)將機(jī)械手運(yùn)行周期分為 ３ 個階段： 取料階段、等待階段和送料階段， ３ 個階段的運(yùn)行過程為取料階段、 等待階段和送料階段 ３ 個階段構(gòu)成機(jī)械手的運(yùn)行周期。

機(jī)械手以縮回的位置為初始狀態(tài)。

（２） 運(yùn)行協(xié)調(diào)與運(yùn)行節(jié)拍計算沖床與機(jī)械手協(xié)調(diào)運(yùn)行的方法為： 

（１） 沖床與機(jī)械手同時工作， 沖床連續(xù)運(yùn)行；

 （２） 機(jī)械手從第二個運(yùn)行周期開始， 其運(yùn)行周期與沖床運(yùn)行周期相同；

 （３） 當(dāng)滑塊回退到安全高度時， 機(jī)械手開始伸出送料， 這是協(xié)調(diào)運(yùn)行的關(guān)鍵， 不但清除了沖床與機(jī)械手在節(jié)拍上的時間計算與運(yùn)行誤差， 而且保證了安全性； 

（４） 送料階段和取料階段是連續(xù)完成的。

沖床與機(jī)械手協(xié)調(diào)運(yùn)行時間關(guān)系如圖 ５ 所示。

６　 安全性設(shè)計

為確保沖床在工作工程中滑塊不會撞擊到機(jī)械手， 在設(shè)計控制系統(tǒng)時， 當(dāng)滑塊回退到安全高度時機(jī)械手開始伸出； 當(dāng)滑塊從最高點向下運(yùn)行到安全高度時， 檢測機(jī)械手是否已經(jīng)縮回到模具邊緣以外， 如果沒有， 則沖床停止工作。

（１） 安全高度檢測

通過檢測曲柄運(yùn)行角度 α 值， 從而確定滑塊是否到達(dá)安全高度。

在曲柄軸上安裝一個編碼器， 由曲柄軸帶動編碼器軸旋轉(zhuǎn)， 并使曲柄與編碼器的傳動比為 １ ∶ １， 編碼器的線數(shù)為 １ ２００。 選用三菱 ＦＸ３ｕ 型 ＰＬＣ 作為控制元件_［７_］ 。 

ＰＬＣ 通過輸入端子接_收編碼器發(fā)出的脈沖信號， 由 ＰＬＣ 內(nèi)部計數(shù)器 Ｃ２５１ 進(jìn)行脈沖計數(shù)。 

當(dāng)滑塊在下死點時開始計數(shù)， 曲柄旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周時計數(shù)器復(fù)位， 重新開始計數(shù)。

編碼器發(fā)出的脈沖數(shù) ｎ 與曲柄旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)行角度 α 之間的關(guān)系為ｎ ＝ １ ２００ ３α６０

當(dāng)滑塊回退到安全高度時， α ＝ ８７?? ８２°， 編碼器發(fā)出的脈沖數(shù) ｎ１ ＝ ２９３；

當(dāng)滑塊向下運(yùn)行到安全高度時， α ＝ ２７２?? １８°， 編碼器發(fā)出的脈沖數(shù) ｎ_２ ＝ ９０７。

７　 結(jié)束語

ＪＤ２１?１６０ 沖床配備機(jī)械手后， 使兩者相互協(xié)調(diào)，在工作節(jié)拍上進(jìn)行有機(jī)銜接， 實現(xiàn)了沖床 ３５ 次 ／ ｍｉｎ沖壓的高頻率連續(xù)運(yùn)行。

 通過結(jié)構(gòu)設(shè)計， 使機(jī)械手倍速運(yùn)行， 滿足節(jié)拍要求。 

同時， 在沖床曲軸上加裝編碼器， 通過檢測曲軸旋轉(zhuǎn)角度， 檢測滑塊回退高度，確保安全性。 

實踐表明， 該設(shè)計方法具有實際應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)：

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