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轉發自：機床與液壓

作者：丁錦宏

（江（jiāng）蘇工程職業技術學（xué）院， 江蘇南通 ２２６０００）

由於拾取器總高度必須小於衝床的安全高（gāo）度為 ９０ ｍｍ， 因而吸盤不能直接與（yǔ）氣缸（gāng）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（jù）吸取物料（liào）的質量， 同（tóng）時考慮穩定（dìng）性和氣缸（gāng）長度等（děng）限製， 選取（qǔ）雙活塞杆氣缸 ＭＧＰＭ１２⁃Ｄ⁃Ｍ９， 行程為 １２ ｍｍ， 可（kě）安裝（zhuāng）磁性開關。

３　 機械手（shǒu）節拍（pāi）分析（xī）與驅動（dòng）元件確定

機械手以縮回位置為原（yuán）點， 需（xū）要完（wán）成以下（xià） ８ 個動作： 下降、 吸料、 上升、 伸出、 下降、 放料、 上（shàng）升、縮回等。

吸盤吸著力的形成需要時間（jiān）為 ０􀆰 １５ ｓ， 為了增強可靠性， 該（gāi）時間（jiān）增（zēng）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複雜的關係， 計算較（jiào）為複雜， 按照氣缸（gāng）的標準使用速度為 ５０ ～ ５００ ｍｍ ／ ｓ 進行估算， 取氣缸運行速（sù）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（qì）缸和伺服電機兩（liǎng）種方案驅動（dòng）機械手的運行（háng）。

若使用氣缸驅動（dòng）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杆， 驅動手臂伸縮，則在該機械手負載的情況下， 一（yī）般選擇絲杆螺距

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（guò）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（guò）衝床運行周期１􀆰 ７１ ｓ， 需要衝床在運轉中等待（dài）， 不符合設計要求。

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

因此（cǐ）， 確定（dìng）使用氣缸作為驅動（dòng）元件， 其不足之處在於氣缸無法在行程的中間任（rèn）意位置停留， 不能實（shí）現預（yù）送料。

４　 傳動機構的設計

圖 ４　 驅（qū）動機構

根據上述計算（suàn）， 如果使用氣缸直接驅動手臂的伸（shēn）縮， 即手臂行程 ＝ 氣缸行（háng）程（chéng）時（shí）， 這樣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通過齒條 ２ 帶動手臂沿導軌 １ 做（zuò）伸（shēn）縮運（yùn）動。

設手臂伸出距離為（wéi） Ｌ_１， 氣缸伸出距離為 Ｌ_２， 齒輪 １ 和齒輪 ２ 的（de）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（yǔ）協調性研究

由於機械手臂伸出（chū）距離 Ｌ_１ ＝ ７００ ｍｍ， 則氣缸（gāng）伸出（chū）距離 Ｌ２ ＝ ７００ ／ ３ ｍｍ。 按照氣缸運（yùn）行（háng）速度 ５００ ｍｍ ／ ｓ計（jì）算， 氣缸伸出時間（jiān） ｔ１ ＝ ０􀆰 ４７ ｓ。

機械手完成（chéng）下降、 吸取、 上升、 伸出、 下（xià）降、 放（fàng）鬆、 上升、 縮回（huí）的（de）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（jiē）段， ３ 個階段的運行過程為取料階段、 等待階段和送（sòng）料階段 ３ 個階段構成機械手的運（yùn）行周（zhōu）期。

機（jī）械手以縮回的（de）位置為初始狀態。

（２） 運行協調與運行節（jiē）拍計算衝床與機械手（shǒu）協（xié）調運（yùn）行（háng）的方法為： 

（１） 衝床與機械手同時工作（zuò）， 衝床連續運行；

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

 （３） 當滑塊回退到安全高（gāo）度時， 機械手開（kāi）始伸出送料， 這是（shì）協調運（yùn）行（háng）的關鍵（jiàn）， 不但清除了衝床與機械手在節拍上的時間（jiān）計算與運行誤差， 而且保證了安全性； 

（４） 送料階段和取料階（jiē）段是連續完成（chéng）的。

衝床與機械手協調（diào）運行時間關係如圖 ５ 所示。

６　 安全性設計（jì）

為確（què）保衝（chōng）床在工作工程中滑塊不會撞擊（jī）到機械手， 在設計控製係（xì）統時， 當（dāng）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（háng）到安（ān）全高度時（shí）， 檢（jiǎn）測機械手是否已經縮回（huí）到模具邊緣以外， 如果沒有， 則衝床（chuáng）停止工作。

（１） 安全（quán）高度檢測

通（tōng）過檢測曲柄運行角度 α 值， 從而確定滑塊是否（fǒu）到達安全高（gāo）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， 並使曲柄與編碼器的（de）傳動比為 １ ∶ １， 編碼器（qì）的線（xiàn）數為 １ ２００。 選用三菱 ＦＸ３ｕ 型 ＰＬＣ 作為控製元件（jiàn）_［７_］ 。 

ＰＬＣ 通過輸入端子接_收編（biān）碼器發出的脈（mò）衝信（xìn）號（hào）， 由 ＰＬＣ 內部計數器 Ｃ２５１ 進行脈衝（chōng）計數。 

當滑塊在下（xià）死點時開始計數， 曲（qǔ）柄旋轉軸旋轉一（yī）周時計數器複位， 重新開始（shǐ）計數。

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

當滑塊回（huí）退（tuì）到（dào）安（ān）全高度時， α ＝ ８７􀆰 ８２°， 編碼器發出的脈衝數 ｎ１ ＝ ２９３；

當滑塊向下運行（háng）到安全高度時， α ＝ ２７２􀆰 １８°， 編碼器發出的脈衝數 ｎ_２ ＝ ９０７。

７　 結束語

ＪＤ２１⁃１６０ 衝（chōng）床配備機械手後（hòu）， 使兩者相互協（xié）調，在工作節拍上（shàng）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（jié）構設計， 使機（jī）械（xiè）手倍速運行， 滿（mǎn）足節拍要求。 

同時， 在衝床曲軸（zhóu）上加裝編碼器， 通過檢測曲軸旋轉角度， 檢測滑塊回（huí）退高度，確保安全（quán）性。 

實踐表明， 該設計（jì）方法具有實際應用價值。

參考文獻：

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