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轉發自：機床與液壓

作者：丁錦宏

（江（jiāng）蘇工程職（zhí）業技術（shù）學院， 江蘇南通 ２２６０００）

２　 手臂行程的確定與機械手方案

根據衝床工作（zuò）台及物料尺寸等因（yīn）素， 確定物料台（tái）到衝床工作台中心之（zhī）間的距離， 即手臂行程為７００ ｍｍ。

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（shǐ）其伸（shēn）縮運行。 為使衝（chōng）床連續運行， 則機械手運行（háng）周期需要和衝床運行周期相一致，故需要對其驅動機構進行（háng）詳細分析。

吸盤作為拾取器來取放物料。 

根據物料（liào）的質量和尺寸， 確定使用（yòng）單個吸盤， 安（ān）全係數取（qǔ） ４， 選用型號為 Ｚ

ＰＸ４０ＨＢ， 側（cè）麵進氣， 總高度為 ５９ ｍｍ， 吸盤直徑為 ϕ４３ ｍｍ。

由於拾取器總（zǒng）高度必須小於衝床的安全高度為 ９０ ｍｍ， 因而吸盤（pán）不能直接與氣缸（gāng）活塞相聯接， 因而采用圖 ３ 中的聯接（jiē）方式。

氣（qì）缸帶動（dòng）吸盤做上下運動。 根據吸取物（wù）料的質量， 同時考慮穩（wěn）定性和氣缸長度等（děng）限製， 選取雙活塞杆氣缸 ＭＧＰＭ１２⁃Ｄ⁃Ｍ９， 行程為 １２ ｍｍ， 可安（ān）裝磁性開關。

３　 機械手節拍分（fèn）析與驅動元件確定（dìng）

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

吸盤吸著力的（de）形成需要時（shí）間為 ０􀆰 １５ ｓ， 為了增強可靠性， 該（gāi）時間增加（jiā）到 ０􀆰 ２ ｓ。 吸盤放料需要時間為（wéi）０􀆰 １ ｓ_［５］ 。

氣缸的動作時間與氣路、 電磁閥動（dòng）作時間等有（yǒu）著複雜的關係， 計算較為複（fù）雜， 按照氣缸的標（biāo）準使用速度為 ５０ ～ ５００ ｍｍ ／ ｓ 進行估算（suàn）， 取氣缸運行速度（dù） ５００ｍｍ ／ ｓ， 由此， 氣缸下降和上升運行時間分別為（wéi） ０􀆰 ０２ ｓ。在機械手設計時（shí）， 考慮使用氣缸和伺服電機兩種方案驅動（dòng）機械手的運行。

若使用伺服電機（jī）帶（dài）動滾珠絲杆， 驅動手臂伸縮，則在該機械手負載的情況下， 一般選擇（zé）絲杆螺距

５、 電機轉速 ｓ ＝ ３ ０００ ｒ ／ ｍｉｎ。 伸出與縮回時間（jiān）均為７ｐ０ｓ０×６０ ＝ ５×７３０００００×６０ ＝ ２􀆰 ８ ｓ。

通（tōng）過以上計算可見， 使用氣缸驅動手臂時（shí）， 機械手總運行時間為（wéi） ３􀆰 １８ ｓ， 已經大大超過衝床運行周期（qī）１􀆰 ７１ ｓ， 需要衝床（chuáng）在運轉中等待， 不符合設計要（yào）求。

使用（yòng）伺服電（diàn）機驅動手臂時， 機械（xiè）手總運行時間更長，在此不適合使用。 

因此， 確定使（shǐ）用氣缸作為驅（qū）動元件（jiàn）， 其不足之處在於氣缸無法在（zài）行程的中間（jiān）任意位置停留， 不能實現預送料（liào）。

根據上述計算， 如果使用氣缸直接驅（qū）動手（shǒu）臂的（de）伸縮， 即手臂（bì）行程 ＝ 氣缸行程時（shí）， 這樣（yàng）的機械結構滿足不了衝床連續運行的節拍要求。 為縮短手臂伸縮時間（jiān），機械手節拍計算與協調性研究

由於機械手臂伸出距離 Ｌ_１ ＝ ７００ ｍｍ， 則氣（qì）缸伸出距離 Ｌ２ ＝ ７００ ／ ３ ｍｍ。 按照（zhào）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、 放鬆、 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（yùn）行時間小於衝床運行周期 １􀆰 ７１ ｓ， 可與衝床相配合使用。

（１） 機械手運行周期

現將機械手（shǒu）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（jiē）段 ３ 個階段構成機械（xiè）手的運行周期。

機械手以縮回的位置為（wéi）初始狀態。

（１） 運行協調與運行節拍計算（suàn）衝床與機械手協調（diào）運行的方法為： （１） 衝（chōng）床與機械手同（tóng）時工作， 衝床連續運行； 

（２） 機械手從第二個運行周期開始， 其運行周期與（yǔ）衝床運行周期相同； 

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

（４） 送料（liào）階段和取料階段是連續完成的。

衝床（chuáng）與機械（xiè）手（shǒu）協調運行時間（jiān）關係如圖 ５ 所示。

由圖 ５ 可見：

 （１） 機械手第一個運行周期的周期時間短， 第二個以後的（de）運行周期（qī）時間相同， 為衝床（chuáng）運行周期， 即 １􀆰 ７１ ｓ；

（２） 機械手在（zài）第二個以後的運行周期內， 起始時間超前於衝（chōng）床運（yùn）行周（zhōu）期的（de）開始（shǐ）時間。

６　 安全（quán）性設計

為確保衝床在工作（zuò）工程（chéng）中滑塊不會撞擊到機械手， 在設計控製係統時， 當滑塊回退到安全高（gāo）度時（shí）機械手開始伸（shēn）出（chū）； 

當滑塊從最高點向下運行（háng）到安全高度時， 檢測機械手是否已經（jīng）縮回到模具邊緣以外， 如果（guǒ）沒有， 則衝床停止工作。

（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（shì）否到達安全高度。

在曲柄軸上安裝一（yī）個編碼器， 由曲柄軸（zhóu）帶動編碼器軸旋轉（zhuǎn）， 並使曲柄與（yǔ）編碼（mǎ）器的（de）傳動比為 １ ∶ １， 編碼器的線數為 １ ２００。

選用三菱 ＦＸ３ｕ 型 ＰＬＣ 作為（wéi）控（kòng）製元件_［７_］ 。

ＰＬＣ 通過輸入端子接收編碼器發出的脈衝信號， 由 ＰＬＣ 內（nèi）部計數器 Ｃ２５１ 進行脈衝計數。

當（dāng）滑（huá）塊在下死點時開始計數， 曲柄旋轉軸旋轉一周時計（jì）數器複位， 重新開（kāi）始計數。

編碼器發出的脈衝數 ｎ 與曲柄旋轉軸的運行角度 α 之間的關（guān）係為ｎ ＝ １ ２００ ３α６０

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

當（dāng）滑塊向下運行到安全高度時， α ＝ ２７２􀆰 １８°， 編碼（mǎ）器發出（chū）的脈（mò）衝數 ｎ_２ ＝ ９０７。

安（ān）全性的控製流程如（rú）圖 ６ 所示。

（２） 機械手縮回位（wèi）置檢測

當滑塊從上死點下降到安全高（gāo）度時， 需要檢測機械手縮回位置， 確定吸（xī）盤邊緣是否已經回退到滑（huá）塊邊緣以外， 其（qí）方法如下：

在機械（xiè）手（shǒu）安裝時， 將機械手置於伸出到位（wèi）位置。

將圖 ４ 中的感應塊安裝在（zài）手臂側麵的 Ｔ 型槽內， 在 Ｔ型槽內前後移動感應（yīng）塊， 使其在接近開（kāi）關前（qián）方（fāng）１２１􀆰 ５ ～ １３０ ｍｍ 範圍內（nèi） （ 水平距離）， 然（rán）後將感應塊固定。 

在機械手手臂縮回到 １２１􀆰 ５ ｍｍ 以上（shàng）距離時，感應塊經過接近開關（guān）上方（fāng）， 接近開（kāi）關（guān）發出脈衝信（xìn）號，由 ＰＬＣ 記憶該信號。

 如該信號為 １， 表明機（jī）械手已（yǐ）回退到安全位置， 衝床可繼（jì）續運行（háng）。

７　 結束（shù）語

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

通過結構（gòu）設（shè）計， 使機械手倍速運行， 滿足節拍要求。

同時， 在衝床曲軸上（shàng）加裝編碼器， 通（tōng）過檢（jiǎn）測曲軸（zhóu）旋轉角度， 檢測（cè）滑塊回退高度，確保（bǎo）安全性。 實踐表明， 該設計方法具有（yǒu）實際應用價值。

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