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转发自：机床与液压

丁锦宏

（江苏工程职业技术学院， 江苏南通 ２２６０００）

根据冲床工作台及物料尺寸等因素， 确定物料台到冲床工作台中心之间的距离， 即手臂行程为７００ ｍｍ。

机械手结构如图 ３ 所示。

该机械手由手臂、 手臂驱动机构 （ 图中未画出）、 吸盘和气缸等组成^［４］ 。

手臂由驱动机构使其伸缩运行。

为使冲床连续运行， 则机械手运行周期需要和冲床运行周期相一致，故需要对其驱动机构进行详细分析。

吸盘作为拾取器来取放物料。 

根据物料的质量和尺寸， 确定使用单个吸盘， 安全系数取 ４， 选用型号为 ＺＰＸ４０ＨＢ， 侧面进气， 总高度为 ５９ ｍｍ， 吸盘直径为 ϕ４３ ｍｍ。 

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

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 ｐ ＝

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。

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。

（１） 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： 

（2） 冲床与机械手同时工作， 冲床连续运行；

（3） 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；

（4） 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；

 （5） 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。

由图 ５ 可见：机械手第一个运行周期的周期时间短， 第二个以后的运行周期时间相同， 为冲床运行周期