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轉發自：機床與液壓

作者：丁錦宏

（江蘇工程職業技術學院， 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接， 因而采用圖 ３ 中的聯接方式。

氣缸帶動吸盤做上下運動。

 根據吸取物料的質量， 同時考慮穩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。

３　 機械手節拍分析與驅動元件確定

機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雜的關系， 計算較為復雜， 按照氣缸的標準使用速度為 ５０ ～ ５００ ｍｍ ／ ｓ 進行估算， 取氣缸運行速度 ５００ｍｍ ／ ｓ， 由此， 氣缸下降和上升運行時間分別為 ０?? ０２ ｓ。

在機械手設計時， 考慮使用氣缸和伺服電機兩種方案驅動機械手的運行。

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

若使用伺服電機帶動滾珠絲桿， 驅動手臂伸縮，則在該機械手負載的情況下， 一般選擇絲桿螺距

５、 電機轉速 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， 使用氣缸驅動手臂時， 機械手總運行時間為 ３?? １８ ｓ， 已經大大超過沖床運行周期１?? ７１ ｓ， 需要沖床在運轉中等待， 不符合設計要求。

使用伺服電機驅動手臂時， 機械手總運行時間更長，在此不適合使用。 

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

４　 傳動機構的設計

圖 ４　 驅動機構

根據上述計算， 如果使用氣缸直接驅動手臂的伸縮， 即手臂行程 ＝ 氣缸行程時， 這樣的機械結構滿足不了沖床連續運行的節拍要求。 

為縮短手臂伸縮時間通過齒條 ２ 帶動手臂沿導軌 １ 做伸縮運動。

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

５　 機械手節拍計算與協調性研究

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

機械手完成下降、 吸取、 上升、 伸出、 下降、 放松、 上升、 縮回的運行時間為

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

此運行時間小于沖床運行周期 １?? ７１ ｓ， 可與沖床相配合使用。

（１） 機械手運行周期

現將機械手運行周期分為 ３ 個階段： 取料階段、等待階段和送料階段， ３ 個階段的運行過程為取料階段、 等待階段和送料階段 ３ 個階段構成機械手的運行周期。

機械手以縮回的位置為初始狀態。

（２） 運行協調與運行節拍計算沖床與機械手協調運行的方法為： 

（１） 沖床與機械手同時工作， 沖床連續運行；

 （２） 機械手從第二個運行周期開始， 其運行周期與沖床運行周期相同；

 （３） 當滑塊回退到安全高度時， 機械手開始伸出送料， 這是協調運行的關鍵， 不但清除了沖床與機械手在節拍上的時間計算與運行誤差， 而且保證了安全性； 

（４） 送料階段和取料階段是連續完成的。

沖床與機械手協調運行時間關系如圖 ５ 所示。

６　 安全性設計

為確保沖床在工作工程中滑塊不會撞擊到機械手， 在設計控制系統時， 當滑塊回退到安全高度時機械手開始伸出； 當滑塊從最高點向下運行到安全高度時， 檢測機械手是否已經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

通過檢測曲柄運行角度 α 值， 從而確定滑塊是否到達安全高度。

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

ＰＬＣ 通過輸入端子接_收編碼器發出的脈沖信號， 由 ＰＬＣ 內部計數器 Ｃ２５１ 進行脈沖計數。 

當滑塊在下死點時開始計數， 曲柄旋轉軸旋轉一周時計數器復位， 重新開始計數。

編碼器發出的脈沖數 ｎ 與曲柄旋轉軸的運行角度 α 之間的關系為ｎ ＝ １ ２００ ３α６０

當滑塊回退到安全高度時， α ＝ ８７?? ８２°， 編碼器發出的脈沖數 ｎ１ ＝ ２９３；

當滑塊向下運行到安全高度時， α ＝ ２７２?? １８°， 編碼器發出的脈沖數 ｎ_２ ＝ ９０７。

７　 結束語

ＪＤ２１?１６０ 沖床配備機械手后， 使兩者相互協調，在工作節拍上進行有機銜接， 實現了沖床 ３５ 次 ／ ｍｉｎ沖壓的高頻率連續運行。

 通過結構設計， 使機械手倍速運行， 滿足節拍要求。 

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

實踐表明， 該設計方法具有實際應用價值。

參考文獻：

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１０９－１１１．