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轉發自：機床與液壓

丁錦宏

（江蘇工程職業技術學院， 江蘇南通 ２２６０００）

摘要： 在分析送料機械手的運行周期基礎上， 提出了一種具有行程倍增機構的機械手結構設計方案， 并通過編碼器檢測沖床滑塊的安全高度， 采用時序圖法

對沖床與機械手的協調運行與安全性控制進行了研究， 實際應用結果表明： 采用該結構的機械手能縮短手臂運行時間， 滿足沖床連續運行的要求， 并避免了碰撞事故的發生。

關鍵詞： 沖壓； 連續運行； 協調； 安全中圖分類號： ＴＧ５１９?? １

前言

沖床是由電動機帶動曲柄運轉， 使滑塊做直線運動， 對材料施以壓力， 進行沖孔、 成形、 落料、拉伸等， 從而得到所要求的形狀。 

隨著機電一體化技術、 智能控制技術等技術的發展， 用于沖床加工的自動上下料機械手已得到廣泛應用。

目前研究較多的是根據不同沖壓機床， 設計相應的機械手， 如數控轉塔沖床上下料機械手^［１］ 、 多工位沖床機械手^［２］等， 通過機械手實現沖壓件的取放操作。 

另一方面， 在機械手的控制方法上也有研究， 如采用通信總線代替脈沖實現對伺服驅動單元的閉環控制^［３］ ， 以達到提高控制精度的目的。 

這些研究的重點是機械手本身的動作、 性能及其控制方式， 沒有考慮沖床的運行周期， 因而沖床運行時需要停頓。

文中針對 ＪＤ２１?１６０ 沖床， 以沖床連續運行為目標，在深入分析沖床與機械手的運動規律基礎上， 對機械手的結構、 機械手與沖床之間的協調性加以研究。 

ＪＤ２１?１６０ 沖床為一種開式曲柄壓力機床， 沖床的滑塊行程為 １６０ ｍｍ， 滑塊行程次數為 ３５ 次 ／ ｍｉｎ，某企業用來進行拉伸加工， 加工件厚度為 ３ ｍｍ， 邊長為 １８０ ｍｍ， 質量為 ３ ｋｇ， 模具長度為 ２００ ｍｍ。

為實現自動化生產， 現對該沖床配備機械手， 進行自動送料。

兩者需要協調運行， 使沖床連續沖壓。

為敘述方便， 將模具與滑塊視為一個整體， 仍稱為滑塊。

１　 安全高度與安全時間計算

機械手需要在滑塊回退到安全高度之上時， 才能將手臂伸到沖床內， 完成送料動作。

（１） 安全高度的確定

根據沖床技術參數與模具高度， 確定沖床安全高９０ ｍｍ。

（２） 安全高度內的時間計算滑塊的運動原理如圖 １ 所示。 其數學模型為

ｓ ＝ （Ｒ＋Ｌ） －（Ｒｃｏｓα＋ Ｌ２ ＋（Ｒｓｉｎα） ２ （１）

式中： ｓ 為滑塊距下死點行程； Ｒ 為曲柄半徑； Ｌ 為連桿長度； α 為曲柄旋轉角度。

由式 （ １） 求解 α 角度值比較困難， 現依據式（１） 求出若干個離散點值， 如表 １ 所示， 采用作圖法求出安全高度內的時間值。

滑塊行程次數為 ３５ 次 ／ ｍｉｎ， 即沖床運行周期為１?? ７１ ｓ， 滑塊行程為 １６０ ｍｍ。 

利用表 １ 的離散點進行擬合， 可得出曲柄運行角度 α 與行程 ｓ 的關系曲線圖 α－ｓ、 時間與行程 ｓ 的關系曲線圖 ｔ－ｓ， 兩個曲線圖合二為一， 如圖 ２ 所示。

圖 １　 滑塊運動原理圖 ２　 曲柄旋轉角度、 時間與滑塊行程關系

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

２　 手臂行程的確定與機械手方案

根據沖床工作臺及物料尺寸等因素， 確定物料臺到沖床工作臺中心之間的距離， 即手臂行程為７００ ｍｍ。

機械手結構如圖 ３ 所示。

該機械手由手臂、 手臂驅動機構 （ 圖中未畫出）、 吸盤和氣缸等組成^［４］ 。

手臂由驅動機構使其伸縮運行。 為使沖床連續運行， 則機械手運行周期需要和沖床運行周期相一致，故需要對其驅動機構進行詳細分析。

吸盤作為拾取器來取放物料。 

根據物料的質量和尺寸， 確定使用單個吸盤， 安全系數取 ４， 選用型號為 ＺＰＸ４０ＨＢ， 側面進氣， 總高度為 ５９ ｍｍ， 吸盤直徑為 ?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