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轉發自：機床（chuáng）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（guò）以上計算可見， 使用氣缸驅動手臂時（shí）， 機械手總（zǒng）運行時間為 ３􀆰 １８ ｓ， 已（yǐ）經大大超（chāo）過衝床運行周期１􀆰 ７１ ｓ， 需要衝床在運轉中等待， 不符合設計（jì）要求。

使用伺服電機驅動手臂時， 機械手總運行時間更（gèng）長，在此（cǐ）不適合使用。

 因此， 確定使用氣缸作為驅動元件， 其不足之處在於氣缸無法在行程的中（zhōng）間任意位置停留， 不能（néng）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（jiē）驅（qū）動手臂的伸縮， 即手臂行程 ＝ 氣缸行程時， 這（zhè）樣的機械結構滿足不了衝床連續運行的（de）節拍要求。 

為縮短手臂伸（shēn）縮（suō）時間， 設計傳動機構如圖（tú） ４ 所示 （ 俯視圖未畫出手臂） ［６］ 。

該（gāi）機構（gòu）中， 齒輪座（zuò）在驅動氣缸的作用（yòng）下， 沿導軌２ 運動， 使齒輪 １ 和齒輪 ２ 做同（tóng）步旋轉。

 由齒輪 ２ 通過齒條（tiáo） ２ 帶動手臂沿導軌 １ 做伸縮運動。

設手（shǒu）臂伸出距（jù）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（zé） 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

由於機械手臂伸出距離 Ｌ１ ＝ ７００ ｍｍ， 則氣（qì）缸伸（shēn）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（jī）械（xiè）手完成下降、 吸（xī）取、 上升、 伸出、 下降、 放鬆、 上升、 縮（suō）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行周期 １􀆰 ７１ ｓ， 可與衝床相配合（hé）使（shǐ）用。

（１） 機（jī）械（xiè）手運行周（zhōu）期

現將機械手運行周期分為（wéi） ３ 個階（jiē）段： 取料階段、等待階段和（hé）送料階段， ３ 個階段的運行過程為

取料階段、 等待（dài）階段（duàn）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（wèi）置為初始狀態。

（２） 運（yùn）行協調（diào）與運行節拍計算衝床與機械手協調運行的方（fāng）法為： 

（１） 衝床與機械手同時工作， 衝床連續（xù）運行； 

（２） 機械手從第二個（gè）運行周期開始（shǐ）， 其運行周（zhōu）期與（yǔ）衝床（chuáng）運行周（zhōu）期相同； 

（３） 當滑塊回退到（dào）安全高度時， 機械（xiè）手開始伸出送料， 這是協調運行的關鍵， 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， 而且保（bǎo）證（zhèng）了安全性； 

（４） 送料階段和取料階段是連（lián）續完成的（de）。

衝床與機械手協調運行時間（jiān）關係如圖 ５ 所示。

圖 ５　 機械手（shǒu）協調運行時間

由圖 ５ 可見： （１） 機械手第一（yī）個運行周期的（de）周期時間短（duǎn）， 第二個以後的運行周（zhōu）期時間相同， 為衝床運（yùn）行周（zhōu）期， 即 １􀆰 ７１ ｓ； 

（２） 機械（xiè）手（shǒu）在第二個以後的運行周（zhōu）期內， 起始（shǐ）時間超前於衝床（chuáng）運行周期的開始時間。 機械(（ａ）)手取料階段（duàn）的時間ｔ１＝０􀆰０２(機械手（shǒu）第一（yī）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（yǐ）算出， 滑塊回退到安全（quán）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（gè）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（gè）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（jiē）拍計算

機械手運行周期的總（zǒng）時間 ＝ 衝床運行周期 ＝１􀆰 ７１ ｓ；

機械手取料階（jiē）段的時間、 送料階段的時間（jiān）與第（dì）一個周期相同（tóng）；

第二個周期內的等待（dài）時間 ＝ 衝床運行周期－取料時間－送料時間 ＝ １􀆰 ７１ － ０􀆰 ２４ － １􀆰 ０８ ＝ ０􀆰 ３９ ｓ。 第二（èr）個

周期以後的各個周期與此相同。

（３） 滑塊下降（jiàng）到安全高度時手臂縮回（huí）距離（lí）的

計算

滑塊在安全（quán）高（gāo）度（dù）以上的時間為（wéi） ０􀆰 ８７ ｓ， 送料階段完成（chéng）伸出、 下（xià）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（shí）間處於縮（suō）回狀態， 此時間段內的縮回距（jù）離為 ５００ ·０􀆰 ２６ ＝ １３０ ｍｍ。

在水平方向上， 模具與吸（xī）盤邊緣不發生（shēng）碰撞時，機械手（shǒu）應縮回的距離 Ｘ 的（de）最小值為

Ｘ ＝ 模具２長度＋吸盤（pán）２直徑 ＝ ２２００＋４２３ ＝ １２１􀆰 ５ ｍｍ，

由於縮回距離大於 Ｘ， 即機械手已經（jīng）回退到安全區域（yù）以外， 不會使模具與機械手相（xiàng）碰撞。

按照以上節拍， 衝床與機械手能相互協調， 使衝床按照 ３５ 次 ／ ｍｉｎ 的頻率（lǜ）連續運轉。

６　 安全性設計

為確保衝床在工作工程中滑塊不會撞擊到（dào）機（jī）械手， 在設計控製係（xì）統時， 當滑塊回退到安全高度時機械手開始伸出（chū）； 當滑塊從最高（gāo）點向下運行到安全高度時， 檢測機械手（shǒu）是否已經縮回到模具邊緣以外， 如（rú）果沒有， 則衝床停止工作。（１） 安全高度檢測

通過檢測曲（qǔ）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傳動比為 １ ∶ １， 編碼器的線數為 １ ２００。 

選用三菱 ＦＸ３ｕ 型 ＰＬＣ 作（zuò）為控（kòng）製元（yuán）件（jiàn）［７］ 。 ＰＬＣ 通過輸入端子接收編（biān）碼器（qì）發出的脈衝信號， 由 ＰＬＣ 內部計數器 Ｃ２５１ 進行脈衝計數。

 當滑塊在下死（sǐ）點時開始計數， 曲柄旋轉（zhuǎn）軸旋轉一周時計數器複位（wèi）， 重新開始計數。

編碼器發出的（de）脈衝數 ｎ 與曲柄（bǐng）旋轉軸的運行角度 α 之（zhī）間的關係為ｎ ＝ １ ２００ ３α６０

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

當滑塊向（xiàng）下運行到（dào）安全高度（dù）時， α ＝ ２７２􀆰 １８°， 編碼器發出的脈衝數 ｎ２ ＝ ９０７。

安全性的控製（zhì）流程如圖 ６ 所示。

圖 ６　 安全性控製（zhì）流程

（２） 機械手縮回位置檢測

當滑塊從（cóng）上死點下降到安全高度時， 需要檢測（cè）機械手縮回位置， 確定吸（xī）盤邊緣是（shì）否已經回退到滑塊邊緣以外， 其方法如下：

在機械手安裝時（shí）， 將機械手置於伸出到位位置（zhì）。

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

在（zài）機械手手（shǒu）臂縮回到 １２１􀆰 ５ ｍｍ 以上距離時，感（gǎn）應塊經過接近開關上方， 接近開關發出脈衝信號，由 ＰＬＣ 記憶該信號。

 如（rú）該信號為 １， 表明機械手（shǒu）已回退到安全位置， 衝床可繼續運行。

７　 結束語

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， 實現了衝床 ３５ 次 ／ ｍｉｎ衝壓的高頻率連續運行（háng）。 

通過結構設計， 使機械（xiè）手倍（bèi）速運行， 滿足節拍要求。

 同時， 在衝床曲軸上（shàng）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（shí）踐表明， 該設計方法具有實際應用價值。

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（責（zé）任編輯： 盧文輝）

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