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轉(zhuǎn)發(fā)自：機(jī)床與液壓

丁錦宏

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

摘要： 在分析送料機(jī)械手的運(yùn)行周期基礎(chǔ)上， 提出了一種具有行程倍增機(jī)構(gòu)的機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案， 并通過(guò)編碼器檢測(cè)沖床滑塊的安全高度， 采用時(shí)序圖法

對(duì)沖床與機(jī)械手的協(xié)調(diào)運(yùn)行與安全性控制進(jìn)行了研究， 實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明： 采用該結(jié)構(gòu)的機(jī)械手能縮短手臂運(yùn)行時(shí)間， 滿足沖床連續(xù)運(yùn)行的要求， 并避免了碰撞事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞： 沖壓； 連續(xù)運(yùn)行； 協(xié)調(diào)； 安全中圖分類號(hào)： ＴＧ５１９?? １

前言

沖床是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)曲柄運(yùn)轉(zhuǎn)， 使滑塊做直線運(yùn)動(dòng)， 對(duì)材料施以壓力， 進(jìn)行沖孔、 成形、 落料、拉伸等， 從而得到所要求的形狀。 

隨著機(jī)電一體化技術(shù)、 智能控制技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展， 用于沖床加工的自動(dòng)上下料機(jī)械手已得到廣泛應(yīng)用。

目前研究較多的是根據(jù)不同沖壓機(jī)床， 設(shè)計(jì)相應(yīng)的機(jī)械手， 如數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床上下料機(jī)械手^［１］ 、 多工位沖床機(jī)械手^［２］等， 通過(guò)機(jī)械手實(shí)現(xiàn)沖壓件的取放操作。 

另一方面， 在機(jī)械手的控制方法上也有研究， 如采用通信總線代替脈沖實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)單元的閉環(huán)控制^［３］ ， 以達(dá)到提高控制精度的目的。 

這些研究的重點(diǎn)是機(jī)械手本身的動(dòng)作、 性能及其控制方式， 沒(méi)有考慮沖床的運(yùn)行周期， 因而沖床運(yùn)行時(shí)需要停頓。

文中針對(duì) ＪＤ２１?１６０ 沖床， 以沖床連續(xù)運(yùn)行為目標(biāo)，在深入分析沖床與機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)規(guī)律基礎(chǔ)上， 對(duì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)、 機(jī)械手與沖床之間的協(xié)調(diào)性加以研究。 

ＪＤ２１?１６０ 沖床為一種開(kāi)式曲柄壓力機(jī)床， 沖床的滑塊行程為 １６０ ｍｍ， 滑塊行程次數(shù)為 ３５ 次 ／ ｍｉｎ，某企業(yè)用來(lái)進(jìn)行拉伸加工， 加工件厚度為 ３ ｍｍ， 邊長(zhǎng)為 １８０ ｍｍ， 質(zhì)量為 ３ ｋｇ， 模具長(zhǎng)度為 ２００ ｍｍ。

為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)， 現(xiàn)對(duì)該沖床配備機(jī)械手， 進(jìn)行自動(dòng)送料。

兩者需要協(xié)調(diào)運(yùn)行， 使沖床連續(xù)沖壓。

為敘述方便， 將模具與滑塊視為一個(gè)整體， 仍稱為滑塊。

１　 安全高度與安全時(shí)間計(jì)算

機(jī)械手需要在滑塊回退到安全高度之上時(shí)， 才能將手臂伸到?jīng)_床內(nèi)， 完成送料動(dòng)作。

（１） 安全高度的確定

根據(jù)沖床技術(shù)參數(shù)與模具高度， 確定沖床安全高９０ ｍｍ。

（２） 安全高度內(nèi)的時(shí)間計(jì)算滑塊的運(yùn)動(dòng)原理如圖 １ 所示。 其數(shù)學(xué)模型為

ｓ ＝ （Ｒ＋Ｌ） －（Ｒｃｏｓα＋ Ｌ２ ＋（Ｒｓｉｎα） ２ （１）

式中： ｓ 為滑塊距下死點(diǎn)行程； Ｒ 為曲柄半徑； Ｌ 為連桿長(zhǎng)度； α 為曲柄旋轉(zhuǎn)角度。

由式 （ １） 求解 α 角度值比較困難， 現(xiàn)依據(jù)式（１） 求出若干個(gè)離散點(diǎn)值， 如表 １ 所示， 采用作圖法求出安全高度內(nèi)的時(shí)間值。

滑塊行程次數(shù)為 ３５ 次 ／ ｍｉｎ， 即沖床運(yùn)行周期為１?? ７１ ｓ， 滑塊行程為 １６０ ｍｍ。 

利用表 １ 的離散點(diǎn)進(jìn)行擬合， 可得出曲柄運(yùn)行角度 α 與行程 ｓ 的關(guān)系曲線圖 α－ｓ、 時(shí)間與行程 ｓ 的關(guān)系曲線圖 ｔ－ｓ， 兩個(gè)曲線圖合二為一， 如圖 ２ 所示。

圖 １　 滑塊運(yùn)動(dòng)原理圖 ２　 曲柄旋轉(zhuǎn)角度、 時(shí)間與滑塊行程關(guān)系

由于安全高度為 ９０ ｍｍ， 由圖 ２ 可計(jì)算出滑塊在安全高度以上的時(shí)間為 ０?? ８７ ｓ。

２　 手臂行程的確定與機(jī)械手方案

根據(jù)沖床工作臺(tái)及物料尺寸等因素， 確定物料臺(tái)到?jīng)_床工作臺(tái)中心之間的距離， 即手臂行程為７００ ｍｍ。

機(jī)械手結(jié)構(gòu)如圖 ３ 所示。

該機(jī)械手由手臂、 手臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) （ 圖中未畫(huà)出）、 吸盤(pán)和氣缸等組成^［４］ 。

手臂由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使其伸縮運(yùn)行。 為使沖床連續(xù)運(yùn)行， 則機(jī)械手運(yùn)行周期需要和沖床運(yùn)行周期相一致，故需要對(duì)其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析。

吸盤(pán)作為拾取器來(lái)取放物料。 

根據(jù)物料的質(zhì)量和尺寸， 確定使用單個(gè)吸盤(pán)， 安全系數(shù)取 ４， 選用型號(hào)為 ＺＰＸ４０ＨＢ， 側(cè)面進(jìn)氣， 總高度為 ５９ ｍｍ， 吸盤(pán)直徑為 ?４３ ｍｍ。 

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(pán)