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转发自：机床与液压

作者：丁锦宏

（江苏工程职业技术学院， 江苏南通 ２２６０００）

由于拾取器总高度必须小于冲床的安全高度为 ９０ ｍｍ， 因而吸盘不能直接与气缸活塞相联接， 因而采用图 ３ 中的联接方式。

气缸带动吸盘做上下运动。

 根据吸取物料的质量， 同时考虑稳定性和气缸长度等限制， 选取双活塞杆气缸 ＭＧＰＭ１２⁃Ｄ⁃Ｍ９， 行程为 １２ ｍｍ， 可安装磁性开关。

３　 机械手节拍分析与驱动元件确定

机械手以缩回位置为原点， 需要完成以下 ８ 个动作： 下降、 吸料、 上升、 伸出、 下降、 放料、 上升、缩回等。

吸盘吸着力的形成需要时间为 ０􀆰 １５ ｓ， 为了增强可靠性， 该时间增加到 ０􀆰 ２ ｓ。 吸盘放料需要时间为０􀆰 １ ｓ_［５］ 。

气缸的动作时间与气路、 电磁阀动作时间等有着复杂的关系， 计算较为复杂， 按照气缸的标准使用速度为 ５０ ～ ５００ ｍｍ ／ ｓ 进行估算， 取气缸运行速度 ５００ｍｍ ／ ｓ， 由此， 气缸下降和上升运行时间分别为 ０􀆰 ０２ ｓ。

在机械手设计时， 考虑使用气缸和伺服电机两种方案驱动机械手的运行。

若使用气缸驱动手臂伸缩， 则伸出与缩回时间均^为 ７００ ／ ５００ ＝ １􀆰 ４ ｓ。

若使用伺服电机带动滚珠丝杆， 驱动手臂伸缩，则在该机械手负载的情况下， 一般选择丝杆螺距

５、 电机转速 ｓ ＝ ３ ０００ ｒ ／ ｍｉｎ。 伸出与缩回时间均为

７ｐ０ｓ０×６０ ＝ ５×７３０００００×６０ ＝ ２􀆰 ８ ｓ。

通过以上计算可见， 使用气缸驱动手臂时， 机械手总运行时间为 ３􀆰 １８ ｓ， 已经大大超过冲床运行周期１􀆰 ７１ ｓ， 需要冲床在运转中等待， 不符合设计要求。

使用伺服电机驱动手臂时， 机械手总运行时间更长，在此不适合使用。 

因此， 确定使用气缸作为驱动元件， 其不足之处在于气缸无法在行程的中间任意位置停留， 不能实现预送料。

４　 传动机构的设计

图 ４　 驱动机构

根据上述计算， 如果使用气缸直接驱动手臂的伸缩， 即手臂行程 ＝ 气缸行程时， 这样的机械结构满足不了冲床连续运行的节拍要求。 

为缩短手臂伸缩时间通过齿条 ２ 带动手臂沿导轨 １ 做伸缩运动。

设手臂伸出距离为 Ｌ_１， 气缸伸出距离为 Ｌ_２， 齿轮 １ 和齿轮 ２ 的齿数分别为 Ｚ_１ 和 Ｚ_２， 则 Ｌ_１ ＝ Ｌ_２ ·æç１＋ＺＺ２_１öø÷ è在设计中， 取 Ｚ_２ ＝ ２·Ｚ_１， 则 Ｌ_１ ＝ ３Ｌ_２。

５　 机械手节拍计算与协调性研究

由于机械手臂伸出距离 Ｌ_１ ＝ ７００ ｍｍ， 则气缸伸出距离 Ｌ２ ＝ ７００ ／ ３ ｍｍ。 按照气缸运行速度 ５００ ｍｍ ／ ｓ计算， 气缸伸出时间 ｔ１ ＝ ０􀆰 ４７ ｓ。

机械手完成下降、 吸取、 上升、 伸出、 下降、 放松、 上升、 缩回的运行时间为

^ｔ ＝ ０􀆰 ０２ ＋ ０􀆰 ２ ＋ ０􀆰 ０２ ＋ ０􀆰 ４７ ＋ ０􀆰 ０２ ＋ ０􀆰 １ ＋ ０􀆰 ０２ ＋０􀆰 ４７ ＝ １􀆰 ３２ ｓ

此运行时间小于冲床运行周期 １􀆰 ７１ ｓ， 可与冲床相配合使用。

（１） 机械手运行周期

现将机械手运行周期分为 ３ 个阶段： 取料阶段、等待阶段和送料阶段， ３ 个阶段的运行过程为取料阶段、 等待阶段和送料阶段 ３ 个阶段构成机械手的运行周期。

机械手以缩回的位置为初始状态。

（２） 运行协调与运行节拍计算冲床与机械手协调运行的方法为： 

（１） 冲床与机械手同时工作， 冲床连续运行；

 （２） 机械手从第二个运行周期开始， 其运行周期与冲床运行周期相同；

 （３） 当滑块回退到安全高度时， 机械手开始伸出送料， 这是协调运行的关键， 不但清除了冲床与机械手在节拍上的时间计算与运行误差， 而且保证了安全性； 

（４） 送料阶段和取料阶段是连续完成的。

冲床与机械手协调运行时间关系如图 ５ 所示。

６　 安全性设计

为确保冲床在工作工程中滑块不会撞击到机械手， 在设计控制系统时， 当滑块回退到安全高度时机械手开始伸出； 当滑块从最高点向下运行到安全高度时， 检测机械手是否已经缩回到模具边缘以外， 如果没有， 则冲床停止工作。

（１） 安全高度检测

通过检测曲柄运行角度 α 值， 从而确定滑块是否到达安全高度。

在曲柄轴上安装一个编码器， 由曲柄轴带动编码器轴旋转， 并使曲柄与编码器的传动比为 １ ∶ １， 编码器的线数为 １ ２００。 选用三菱 ＦＸ３ｕ 型 ＰＬＣ 作为控制元件_［７_］ 。 

ＰＬＣ 通过输入端子接_收编码器发出的脉冲信号， 由 ＰＬＣ 内部计数器 Ｃ２５１ 进行脉冲计数。 

当滑块在下死点时开始计数， 曲柄旋转轴旋转一周时计数器复位， 重新开始计数。

编码器发出的脉冲数 ｎ 与曲柄旋转轴的运行角度 α 之间的关系为ｎ ＝ １ ２００ ３α６０

当滑块回退到安全高度时， α ＝ ８７􀆰 ８２°， 编码器发出的脉冲数 ｎ１ ＝ ２９３；

当滑块向下运行到安全高度时， α ＝ ２７２􀆰 １８°， 编码器发出的脉冲数 ｎ_２ ＝ ９０７。

７　 结束语

ＪＤ２１⁃１６０ 冲床配备机械手后， 使两者相互协调，在工作节拍上进行有机衔接， 实现了冲床 ３５ 次 ／ ｍｉｎ冲压的高频率连续运行。

 通过结构设计， 使机械手倍速运行， 满足节拍要求。 

同时， 在冲床曲轴上加装编码器， 通过检测曲轴旋转角度， 检测滑块回退高度，确保安全性。 

实践表明， 该设计方法具有实际应用价值。

参考文献：

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