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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