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轉發自：機床（chuáng）與液壓

丁錦宏

（江蘇工程職業技術學院， 江蘇（sū）南通 ２２６０００）

摘要： 在分析送料機械手的運（yùn）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， 並通過編碼器檢測衝床（chuáng）滑塊的安全高度， 采用（yòng）時序圖法

對（duì）衝床與機械手的協調（diào）運行與安全性控製進行了研究（jiū）， 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， 滿足衝床連續（xù）運行的要求， 並避免了碰撞事故的發生（shēng）。

關鍵詞： 衝壓； 連續運行； 協調； 安全中圖分類號： ＴＧ５１９􀆰 １

前言

衝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（háng）衝（chōng）孔（kǒng）、 成形、 落料、拉伸（shēn）等， 從而得到所要（yào）求的形狀。 

隨著機電一體化技術、 智能控製技術等技術的發（fā）展， 用於衝床加（jiā）工的自動（dòng）上下（xià）料機械手已得（dé）到廣泛應用（yòng）。

目前研究較多的（de）是根據不同衝壓機床， 設計相應的（de）機械手， 如數控轉塔衝床上下料機械手^［１］ 、 多工位衝床機械手^［２］等， 通過機械手實現衝壓件（jiàn）的取放（fàng）操作（zuò）。 

另一方麵， 在機械手的控製方法上也有研究， 如采用通信總線代替脈衝實（shí）現對伺服（fú）驅動單元的（de）閉環控製^［３］ ， 以達到提高控（kòng）製精度的目的。 

這些研究的重點（diǎn）是機械手本身的動作、 性能及其控（kòng）製方（fāng）式， 沒有考慮衝床的運（yùn）行周期， 因而（ér）衝床運行時需要停頓。

文中針對 ＪＤ２１⁃１６０ 衝床（chuáng）， 以衝床連續（xù）運行為目標，在深入分析衝床與機（jī）械（xiè）手的運動規律基礎上， 對機（jī）械手的結構、 機械手與衝床之間的協調性加（jiā）以研（yán）究。 

ＪＤ２１⁃１６０ 衝床為一種開式曲柄壓力機床， 衝床的滑塊行程為 １６０ ｍｍ， 滑塊行程次數為 ３５ 次 ／ ｍｉｎ，某企（qǐ）業用來進行（háng）拉伸加工， 加工件厚度（dù）為（wéi） 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（shēng）產， 現對該衝（chōng）床配備機械手， 進行自動送料。

兩者需（xū）要協調運行， 使衝床連續衝壓（yā）。

為敘述方便， 將模具與滑塊視為一個（gè）整體， 仍稱為滑塊（kuài）。

１　 安全高度與（yǔ）安全時間（jiān）計算

機械手需要在滑塊回退到安全高度之上時， 才能將手臂伸到衝床（chuáng）內， 完成送料動作。

（１） 安全高度的確定

根據衝床技術參數與模具高度， 確定衝床安全高９０ ｍｍ。

（２） 安全高度內的時間計算滑塊的運動原理如（rú）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（diǎn）行程； Ｒ 為曲柄半徑； Ｌ 為連杆長度； α 為曲柄旋轉角（jiǎo）度。

由式 （ １） 求解 α 角度（dù）值比（bǐ）較困難， 現依據式（１） 求出若幹個離（lí）散點（diǎn）值（zhí）， 如表 １ 所示， 采用（yòng）作圖法求出安全高（gāo）度內（nèi）的時間值。

滑塊行程次數為 ３５ 次 ／ ｍｉｎ， 即衝床運行周期為１􀆰 ７１ ｓ， 滑塊行程為 １６０ ｍｍ。 

利用（yòng）表 １ 的（de）離散點進行（háng）擬合， 可得出曲柄運行角度 α 與行程 ｓ 的關係曲線圖 α－ｓ、 時（shí）間與行程 ｓ 的關係曲線圖 ｔ－ｓ， 兩個曲線圖合二為一， 如圖 ２ 所示。

圖 １　 滑塊運動原理（lǐ）圖（tú） ２　 曲（qǔ）柄旋轉角度、 時間與滑塊行程關係

由於安全高度為 ９０ ｍｍ， 由圖 ２ 可（kě）計算出滑塊在安全高度以上的時間為 ０􀆰 ８７ ｓ。

２　 手臂行程（chéng）的確定與機械手方案

根（gēn）據衝床工作台及物料尺寸等因素， 確定物料台到衝床工作台中心之間的距離（lí）， 即（jí）手臂行程（chéng）為７００ ｍｍ。

機械手結構如圖 ３ 所（suǒ）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。 為使衝床連續運行， 則機械手運行周期需要和衝床運行周（zhōu）期相一致，故需要對其（qí）驅動（dòng）機構進行詳細（xì）分析。

吸盤作（zuò）為拾取器來（lái）取放物料。 

根據物料的質量和尺寸， 確定使（shǐ）用（yòng）單個吸盤， 安全係數取 ４， 選用型號為 ＺＰＸ４０ＨＢ， 側麵進氣， 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（de）安全高度為 ９０ ｍｍ， 因而吸盤