根據物料的質量和尺寸， 確定使用單個吸盤， 安（ān）全係數取 ４， 選用型號為 ＺＰＸ４０ＨＢ， 側麵進氣， 總高度（dù）為 ５９ ｍｍ， 吸盤直（zhí）徑為（wéi） ϕ４３ ｍｍ。 

由於拾取器總高度必（bì）須小於衝床的安全高（gāo）度為 ９０ ｍｍ， 因而吸盤不能直接與氣（qì）缸活塞相聯（lián）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製， 選取雙活塞杆氣缸 ＭＧＰＭ１２⁃Ｄ⁃Ｍ９， 行程（chéng）為 １２ ｍｍ， 可安裝磁（cí）性（xìng）開關。

３　 機械手節拍分析與驅動元件確定

機械手以（yǐ）縮回位置為原點， 需要完成以（yǐ）下 ８ 個（gè）動作： 下降、 吸料、 上升、 伸出、 下降、 放料、 上升、縮（suō）回等。

吸盤（pán）吸著力（lì）的形成需要時間為（wéi） ０􀆰 １５ ｓ， 為了增強（qiáng）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複雜的（de）關係， 計算較為複雜（zá）， 按照氣缸的標準使用速度為 ５０ ～ ５００ ｍｍ ／ ｓ 進行（háng）估算， 取氣缸運（yùn）行速度 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（xiè）手設計時， 考慮使用氣缸和伺服電機兩種方（fāng）案驅動（dòng）機械手（shǒu）的運行。

若（ruò）使用氣缸驅動手臂伸縮， 則伸（shēn）出（chū）與縮回時間均（jun1）^為 ７００ ／ ５００ ＝ １􀆰 ４ ｓ。

若（ruò）使用伺服電（diàn）機帶動滾珠絲杆， 驅動手臂（bì）伸縮，則在該機械（xiè）手負載的情況下， 一般選擇絲杆螺距 ｐ ＝

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（jī）械手總運（yùn）行時間（jiān）為 ３􀆰 １８ ｓ， 已經大大超過衝床運行周期１􀆰 ７１ ｓ， 需（xū）要衝床在運轉中等待， 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（zhǎng），在此不適合使用。 

因此， 確定使用氣缸作（zuò）為驅動元件， 其不足之處在於氣缸無（wú）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（jí）手臂行程 ＝ 氣缸行程時， 這樣的機械結（jié）構滿足不了衝床連續運行的節拍要（yào）求。 

為縮短（duǎn）手臂（bì）伸縮時間， 設計傳動機構（gòu）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（xià）， 沿導軌２ 運動， 使齒輪（lún） １ 和齒輪 ２ 做同步旋轉。

由（yóu）齒輪 ２ 通過齒條 ２ 帶動手（shǒu）臂沿導軌 １ 做伸縮運動。

設（shè）手臂（bì）伸出距離為（wéi） Ｌ_１， 氣缸伸出距離為 Ｌ_２， 齒輪 １ 和齒輪 ２ 的齒（chǐ）數分別為 Ｚ_１ 和 Ｚ_２， 則（zé） Ｌ_１ ＝ Ｌ_２ ·æç１＋ＺＺ２_１öø÷ è

在設計中， 取 Ｚ_２ ＝ ２·Ｚ_１， 則（zé） Ｌ_１ ＝ ３Ｌ_２。

５　 機械手（shǒu）節拍計算與協調性研究

由（yóu）於機械（xiè）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（chū）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

此運行時間小於衝床運（yùn）行周期 １􀆰 ７１ ｓ， 可與衝床相（xiàng）配合使用。

（１） 機械手運行周期

現（xiàn）將機械手（shǒu）運行周期分為 ３ 個階段： 取料階段、等待（dài）階段（duàn）和送料階段， ３ 個階段的運（yùn）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（shǒu）的運行周期。

機械手以縮回的位置（zhì）為初始狀態。

運行協調與運行節拍（pāi）計算衝床與機（jī）械手協調運行的方（fāng）法為： 

（１） 衝床與機械手同時（shí）工作， 衝（chōng）床連續運行； 

（２） 機械手從第二個運行（háng）周（zhōu）期開始， 其運（yùn）行周期與衝床運行周（zhōu）期相同； 

（３） 當滑塊回退到安全高度（dù）時， 機械手開始伸出送料， 這是協（xié）調運行的關鍵（jiàn）， 不但清除（chú）了衝床與機械手在節拍上的時間計算（suàn）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。

衝床與（yǔ）機械手協調運行時間關（guān）係如圖 ５ 所示。

圖（tú） ５　 機械手協（xié）調運（yùn）行時間

由（yóu）圖 ５ 可見： （１） 機械手第一個運行（háng）周期的周期時間短， 第二個以後的運行周期時間相同（tóng）， 為（wéi）衝床（chuáng）運行周期， 即 １􀆰 ７１ ｓ； 

（２） 機械手（shǒu）在第二個以（yǐ）後的運行周期（qī）內， 起始時間超前（qián）於衝床運行周期的開始時（shí）間。 機械＋ ０􀆰 ２ ＋ ０􀆰 ０２ ＝０􀆰 ２４ ｓ；

機械（xiè）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

第 １９ 期 丁錦（jǐn）宏： 連續衝壓自動送料機械手的設計（jì）與應用 ·^１　０^３　·　

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（zhōu）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（jì）算

機械手（shǒu）運行周期的總（zǒng）時間 ＝ 衝床運（yùn）行周期 ＝１􀆰 ７１ ｓ；

機械手取料（liào）階段的時間、 送料階段的時間與第一個（gè）周期相同；

第二個周期內的等待時間 ＝ 衝床運行周期－取料^時間－^{送料時間（jiān）} ＝ １􀆰 ７１ － ０􀆰 ２４ － １􀆰 ０８ ＝ ０􀆰 ３９ ｓ。 ^第二個

周期以後的各個周期與此相同。

（３） 滑塊下降到安（ān）全（quán）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（sòng）料階段完成伸出、 下降、 放鬆、 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 的時間處於縮回狀態， 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，

由於縮回距（jù）離大於（yú） 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（shàng）節拍， 衝床與機械手能相互協調， 使（shǐ）衝床按照 ３５ 次 ／ ｍｉｎ 的頻率連（lián）續運轉。

６　 安全性設計

為確（què）保衝床在工作工程中滑塊不會撞擊到機械手， 在設計控製（zhì）係統時， 當滑塊回退（tuì）到（dào）安全高度時機械手開始伸出； 

當滑塊從（cóng）最高點向下運（yùn）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（ān）全高度。

在曲柄軸上安裝一個編碼器， 由曲柄軸帶（dài）動編碼器軸（zhóu）旋（xuán）轉， 並使曲柄與編碼器的傳動比（bǐ）為 １ ∶ １， 編碼器的線數為1200。

選用三菱 ＦＸ３ｕ 型 ＰＬＣ 作為控製元件_［７_］ 。 

ＰＬＣ 通過輸入端（duān）子接收編碼器發出的脈衝信（xìn）號， 由 ＰＬＣ 內部計數器（qì） Ｃ２５１ 進行脈衝計數。 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複位， 重新開始計數。

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

當滑（huá）塊回退到安全高度（dù）時， α ＝ ８７􀆰 ８２°， 編碼器發出的脈衝數 ｎ１ ＝ ２９３；

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

安全性的控（kòng）製流程如圖（tú） ６ 所示。

圖 ６　 安全性控製流程

（２） 機械手縮回位置檢測

當滑塊從（cóng）上死（sǐ）點（diǎn）下降到安全高度時， 需（xū）要檢測機械（xiè）手縮回位置， 確定吸盤（pán）邊緣是否已經回退到滑塊邊緣以（yǐ）外， 其方法如下：

在機械手安裝時， 將機械手置於伸出到位位置。

將圖 ４ 中的感應塊安裝在手臂側麵的 Ｔ 型槽內， 在 Ｔ型槽內前後移動感應塊， 使其在接近開關前方１２１􀆰 ５ ～ １３０ ｍｍ 範圍內 （ 水平距離）， 然後將感應塊固定。 

在機械手手臂縮回到 １２１􀆰 ５ ｍｍ 以上距離時（shí），感應塊經過接近開關上（shàng）方， 接近開關發出脈衝信號，由 ＰＬＣ 記憶該信號。 

如該信號為 １， 表明機械（xiè）手已回退到安全位（wèi）置， 衝床（chuáng）可繼續運（yùn）行。

７結束語（yǔ）

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

通（tōng）過結構設計， 使機械手倍（bèi）速（sù）運行， 滿足節拍要（yào）求。

 同時， 在（zài）衝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（shè）計方法具有實際應（yīng）用（yòng）價值。

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