Oct 08, 2022
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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)
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, 設計傳動機構如圖 4 所示 ( 俯視圖未畫出手臂) [6] 。
該機構中, 齒輪座在驅動氣缸的作用下, 沿導軌2 運動, 使齒輪 1 和齒輪 2 做同步旋轉。
由齒輪 2 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 L1, 氣缸伸出距離為 L2, 齒輪 1 和齒輪 2 的齒數分別為 Z1 和 Z2, 則 L1 = L2 ·
æç1+ZZ21öø÷ è
在設計中, 取 Z2 = 2·Z1, 則 L1 = 3L2。
5 機械手節拍計算與協調性研究
由于機械手臂伸出距離 L1 = 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。
圖 5 機械手協調運行時間
由圖 5 可見: (1) 機械手第一個運行周期的周期時間短, 第二個以后的運行周期時間相同, 為沖床運行周期, 即 1?? 71 s;
(2) 機械手在第二個以后的運行周期內, 起始時間超前于沖床運行周期的開始時間。 機械((a))手取料階段的時間t1=0??02(機械手第一個周期的節拍計算) + 0?? 2 + 0?? 02 =0?? 24 s;
機械手送料階段時間 t3 = 0?? 47+0?? 02+0?? 1+0?? 02+0?? 47 = 1?? 08 s;
由圖 5 可以算出, 滑塊回退到安全高度的時間為0?? 42 s, 完成取料所需時間為 0?? 24 s, 則第一個周期內的等待時間為 0?? 42-t1 = 0?? 42-0?? 24 = 0?? 18 s;
機械手第一個周期的總時間 = 0?? 24+0?? 18+1?? 08 =1?? 50 s。
(b) 機械手第二個周期的節拍計算
機械手運行周期的總時間 = 沖床運行周期 =1?? 71 s;
機械手取料階段的時間、 送料階段的時間與第一個周期相同;
第二個周期內的等待時間 = 沖床運行周期-取料時間-送料時間 = 1?? 71 - 0?? 24 - 1?? 08 = 0?? 39 s。 第二個
周期以后的各個周期與此相同。
(3) 滑塊下降到安全高度時手臂縮回距離的
計算
滑塊在安全高度以上的時間為 0?? 87 s, 送料階段完成伸出、 下降、 放松、 上升的動作時間為 0?? 47 +0?? 02+0?? 1+0?? 02 = 0?? 61 s, 則機械手有 0?? 26 s 的時間處于縮回狀態, 此時間段內的縮回距離為 500 ·0?? 26 = 130 mm。
在水平方向上, 模具與吸盤邊緣不發生碰撞時,機械手應縮回的距離 X 的最小值為
X = 模具2長度+吸盤2直徑 = 2200+423 = 121?? 5 mm,
由于縮回距離大于 X, 即機械手已經回退到安全區域以外, 不會使模具與機械手相碰撞。
按照以上節拍, 沖床與機械手能相互協調, 使沖床按照 35 次 / min 的頻率連續運轉。
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 n2 = 907。
安全性的控制流程如圖 6 所示。
圖 6 安全性控制流程
(2) 機械手縮回位置檢測
當滑塊從上死點下降到安全高度時, 需要檢測機械手縮回位置, 確定吸盤邊緣是否已經回退到滑塊邊緣以外, 其方法如下:
在機械手安裝時, 將機械手置于伸出到位位置。
將圖 4 中的感應塊安裝在手臂側面的 T 型槽內, 在 T型槽內前后移動感應塊, 使其在接近開關前方121?? 5 ~ 130 mm 范圍內 ( 水平距離), 然后將感應塊固定。
在機械手手臂縮回到 121?? 5 mm 以上距離時,感應塊經過接近開關上方, 接近開關發出脈沖信號,由 PLC 記憶該信號。
如該信號為 1, 表明機械手已回退到安全位置, 沖床可繼續運行。
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。
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(責任編輯: 盧文輝)
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