连续冲压自动送料机械手的设计与应用(一)

连续冲压自动送料机械手的设计与应用(一)

Aug 15, 2022

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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)

 

摘要: 在分析送料机械手的运行周期基础上, 提出了一种具有行程倍增机构的机械手结构设计方案, 并通过编码器检测冲床滑块的安全高度, 采用时序图法

 

对冲床与机械手的协调运行与安全性控制进行了研究, 实际应用结果表明: 采用该结构的机械手能缩短手臂运行时间, 满足冲床连续运行的要求, 并避免了碰撞事故的发生。

 

关键词: 冲压; 连续运行; 协调; 安全中图分类号: TG519􀆰 1

 

前言

 

冲床是由电动机带动曲柄运转, 使滑块做直线运动, 对材料施以压力, 进行冲孔、 成形、 落料、拉伸等, 从而得到所要求的形状。 

 

随着机电一体化技术、 智能控制技术等技术的发展, 用于冲床加工的自动上下料机械手已得到广泛应用。

 

目前研究较多的是根据不同冲压机床, 设计相应的机械手, 如数控转塔冲床上下料机械手[1] 、 多工位冲床机械手[2]等, 通过机械手实现冲压件的取放操作。 

 

另一方面, 在机械手的控制方法上也有研究, 如采用通信总线代替脉冲实现对伺服驱动单元的闭环控制[3] , 以达到提高控制精度的目的。 

 

这些研究的重点是机械手本身的动作、 性能及其控制方式, 没有考虑冲床的运行周期, 因而冲床运行时需要停顿。

 

文中针对 JD21⁃160 冲床, 以冲床连续运行为目标,在深入分析冲床与机械手的运动规律基础上, 对机械手的结构、 机械手与冲床之间的协调性加以研究。 

 

JD21⁃160 冲床为一种开式曲柄压力机床, 冲床的滑块行程为 160 mm, 滑块行程次数为 35 次 / min,某企业用来进行拉伸加工, 加工件厚度为 3 mm, 边长为 180 mm, 质量为 3 kg, 模具长度为 200 mm。

 

为实现自动化生产, 现对该冲床配备机械手, 进行自动送料。

 

两者需要协调运行, 使冲床连续冲压。

 

为叙述方便, 将模具与滑块视为一个整体, 仍称为滑块。

 

1  安全高度与安全时间计算

机械手需要在滑块回退到安全高度之上时, 才能将手臂伸到冲床内, 完成送料动作。

 

(1) 安全高度的确定

根据冲床技术参数与模具高度, 确定冲床安全高90 mm。

 

(2) 安全高度内的时间计算滑块的运动原理如图 1 所示。 其数学模型为

s = (R+L) -(Rcosα+ L2 +(Rsinα) 2 (1)

 

式中: s 为滑块距下死点行程; R 为曲柄半径; L 为连杆长度; α 为曲柄旋转角度。

 

由式 ( 1) 求解 α 角度值比较困难, 现依据式(1) 求出若干个离散点值, 如表 1 所示, 采用作图法求出安全高度内的时间值。

 

滑块行程次数为 35 次 / min, 即冲床运行周期为1􀆰 71 s, 滑块行程为 160 mm。 

 

利用表 1 的离散点进行拟合, 可得出曲柄运行角度 α 与行程 s 的关系曲线图 α-s、 时间与行程 s 的关系曲线图 t-s, 两个曲线图合二为一, 如图 2 所示。

 

图 1  滑块运动原理图 2  曲柄旋转角度、 时间与滑块行程关系

 

由于安全高度为 90 mm, 由图 2 可计算出滑块在安全高度以上的时间为 0􀆰 87 s。

 

2  手臂行程的确定与机械手方案

 

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