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轉(zhuǎn)發(fā)自：機(jī)床與液壓

作者：丁錦宏

（江蘇工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 江蘇南通 ２２６０００）

通過以上計(jì)算可見， 使用氣缸驅(qū)動(dòng)手臂時(shí)， 機(jī)械手總運(yùn)行時(shí)間為 ３?? １８ ｓ， 已經(jīng)大大超過沖床運(yùn)行周期１?? ７１ ｓ， 需要沖床在運(yùn)轉(zhuǎn)中等待， 不符合設(shè)計(jì)要求。

使用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)手臂時(shí)， 機(jī)械手總運(yùn)行時(shí)間更長，在此不適合使用。

 因此， 確定使用氣缸作為驅(qū)動(dòng)元件， 其不足之處在于氣缸無法在行程的中間任意位置停留， 不能實(shí)現(xiàn)預(yù)送料。

４　 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

圖 ４　 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

根據(jù)上述計(jì)算， 如果使用氣缸直接驅(qū)動(dòng)手臂的伸縮， 即手臂行程 ＝ 氣缸行程時(shí)， 這樣的機(jī)械結(jié)構(gòu)滿足不了沖床連續(xù)運(yùn)行的節(jié)拍要求。 

為縮短手臂伸縮時(shí)間， 設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖 ４ 所示 （ 俯視圖未畫出手臂） ［６］ 。

該機(jī)構(gòu)中， 齒輪座在驅(qū)動(dòng)氣缸的作用下， 沿導(dǎo)軌２ 運(yùn)動(dòng)， 使齒輪 １ 和齒輪 ２ 做同步旋轉(zhuǎn)。

 由齒輪 ２ 通過齒條 ２ 帶動(dòng)手臂沿導(dǎo)軌 １ 做伸縮運(yùn)動(dòng)。

設(shè)手臂伸出距離為 Ｌ１， 氣缸伸出距離為 Ｌ２， 齒輪 １ 和齒輪 ２ 的齒數(shù)分別為 Ｚ１ 和 Ｚ２， 則 Ｌ１ ＝ Ｌ２ ·

æç１＋ＺＺ２１öø÷ è

在設(shè)計(jì)中， 取 Ｚ２ ＝ ２·Ｚ１， 則 Ｌ１ ＝ ３Ｌ２。

５　 機(jī)械手節(jié)拍計(jì)算與協(xié)調(diào)性研究

由于機(jī)械手臂伸出距離 Ｌ１ ＝ ７００ ｍｍ， 則氣缸伸出距離 Ｌ２ ＝ ７００ ／ ３ ｍｍ。 

按照氣缸運(yùn)行速度 ５００ ｍｍ ／ ｓ計(jì)算， 氣缸伸出時(shí)間 ｔ１ ＝ ０?? ４７ ｓ。

機(jī)械手完成下降、 吸取、 上升、 伸出、 下降、 放松、 上升、 縮回的運(yùn)行時(shí)間為

ｔ ＝ ０?? ０２ ＋ ０?? ２ ＋ ０?? ０２ ＋ ０?? ４７ ＋ ０?? ０２ ＋ ０?? １ ＋ ０?? ０２ ＋０?? ４７ ＝ １?? ３２ ｓ

此運(yùn)行時(shí)間小于沖床運(yùn)行周期 １?? ７１ ｓ， 可與沖床相配合使用。

（１） 機(jī)械手運(yùn)行周期

現(xiàn)將機(jī)械手運(yùn)行周期分為 ３ 個(gè)階段： 取料階段、等待階段和送料階段， ３ 個(gè)階段的運(yùn)行過程為

取料階段、 等待階段和送料階段 ３ 個(gè)階段構(gòu)成機(jī)械手的運(yùn)行周期。

機(jī)械手以縮回的位置為初始狀態(tài)。

（２） 運(yùn)行協(xié)調(diào)與運(yùn)行節(jié)拍計(jì)算沖床與機(jī)械手協(xié)調(diào)運(yùn)行的方法為： 

（１） 沖床與機(jī)械手同時(shí)工作， 沖床連續(xù)運(yùn)行； 

（２） 機(jī)械手從第二個(gè)運(yùn)行周期開始， 其運(yùn)行周期與沖床運(yùn)行周期相同； 

（３） 當(dāng)滑塊回退到安全高度時(shí)， 機(jī)械手開始伸出送料， 這是協(xié)調(diào)運(yùn)行的關(guān)鍵， 不但清除了沖床與機(jī)械手在節(jié)拍上的時(shí)間計(jì)算與運(yùn)行誤差， 而且保證了安全性； 

（４） 送料階段和取料階段是連續(xù)完成的。

沖床與機(jī)械手協(xié)調(diào)運(yùn)行時(shí)間關(guān)系如圖 ５ 所示。

圖 ５　 機(jī)械手協(xié)調(diào)運(yùn)行時(shí)間

由圖 ５ 可見： （１） 機(jī)械手第一個(gè)運(yùn)行周期的周期時(shí)間短， 第二個(gè)以后的運(yùn)行周期時(shí)間相同， 為沖床運(yùn)行周期， 即 １?? ７１ ｓ； 

（２） 機(jī)械手在第二個(gè)以后的運(yùn)行周期內(nèi)， 起始時(shí)間超前于沖床運(yùn)行周期的開始時(shí)間。 機(jī)械(（ａ）)手取料階段的時(shí)間ｔ１＝０??０２(機(jī)械手第一個(gè)周期的節(jié)拍計(jì)算) ＋ ０?? ２ ＋ ０?? ０２ ＝０?? ２４ ｓ；

機(jī)械手送料階段時(shí)間 ｔ３ ＝ ０?? ４７＋０?? ０２＋０?? １＋０?? ０２＋０?? ４７ ＝ １?? ０８ ｓ；

由圖 ５ 可以算出， 滑塊回退到安全高度的時(shí)間為０?? ４２ ｓ， 完成取料所需時(shí)間為 ０?? ２４ ｓ， 則第一個(gè)周期內(nèi)的等待時(shí)間為 ０?? ４２－ｔ１ ＝ ０?? ４２－０?? ２４ ＝ ０?? １８ ｓ；

機(jī)械手第一個(gè)周期的總時(shí)間 ＝ ０?? ２４＋０?? １８＋１?? ０８ ＝１?? ５０ ｓ。

（ｂ） 機(jī)械手第二個(gè)周期的節(jié)拍計(jì)算

機(jī)械手運(yùn)行周期的總時(shí)間 ＝ 沖床運(yùn)行周期 ＝１?? ７１ ｓ；

機(jī)械手取料階段的時(shí)間、 送料階段的時(shí)間與第一個(gè)周期相同；

第二個(gè)周期內(nèi)的等待時(shí)間 ＝ 沖床運(yùn)行周期－取料時(shí)間－送料時(shí)間 ＝ １?? ７１ － ０?? ２４ － １?? ０８ ＝ ０?? ３９ ｓ。 第二個(gè)

周期以后的各個(gè)周期與此相同。

（３） 滑塊下降到安全高度時(shí)手臂縮回距離的

計(jì)算

滑塊在安全高度以上的時(shí)間為 ０?? ８７ ｓ， 送料階段完成伸出、 下降、 放松、 上升的動(dòng)作時(shí)間為 ０?? ４７ ＋０?? ０２＋０?? １＋０?? ０２ ＝ ０?? ６１ ｓ， 則機(jī)械手有 ０?? ２６ ｓ 的時(shí)間處于縮回狀態(tài)， 此時(shí)間段內(nèi)的縮回距離為 ５００ ·０?? ２６ ＝ １３０ ｍｍ。

在水平方向上， 模具與吸盤邊緣不發(fā)生碰撞時(shí)，機(jī)械手應(yīng)縮回的距離 Ｘ 的最小值為

Ｘ ＝ 模具２長度＋吸盤２直徑 ＝ ２２００＋４２３ ＝ １２１?? ５ ｍｍ，

由于縮回距離大于 Ｘ， 即機(jī)械手已經(jīng)回退到安全區(qū)域以外， 不會(huì)使模具與機(jī)械手相碰撞。

按照以上節(jié)拍， 沖床與機(jī)械手能相互協(xié)調(diào)， 使沖床按照 ３５ 次 ／ ｍｉｎ 的頻率連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

６　 安全性設(shè)計(jì)

為確保沖床在工作工程中滑塊不會(huì)撞擊到機(jī)械手， 在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)， 當(dāng)滑塊回退到安全高度時(shí)機(jī)械手開始伸出； 當(dāng)滑塊從最高點(diǎn)向下運(yùn)行到安全高度時(shí)， 檢測機(jī)械手是否已經(jīng)縮回到模具邊緣以外， 如果沒有， 則沖床停止工作。（１） 安全高度檢測

通過檢測曲柄運(yùn)行角度 α 值， 從而確定滑塊是否到達(dá)安全高度。

在曲柄軸上安裝一個(gè)編碼器， 由曲柄軸帶動(dòng)編碼器軸旋轉(zhuǎn)， 并使曲柄與編碼器的傳動(dòng)比為 １ ∶ １， 編碼器的線數(shù)為 １ ２００。 

選用三菱 ＦＸ３ｕ 型 ＰＬＣ 作為控制元件［７］ 。 ＰＬＣ 通過輸入端子接收編碼器發(fā)出的脈沖信號， 由 ＰＬＣ 內(nèi)部計(jì)數(shù)器 Ｃ２５１ 進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)。

 當(dāng)滑塊在下死點(diǎn)時(shí)開始計(jì)數(shù)， 曲柄旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周時(shí)計(jì)數(shù)器復(fù)位， 重新開始計(jì)數(shù)。

編碼器發(fā)出的脈沖數(shù) ｎ 與曲柄旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)行角度 α 之間的關(guān)系為ｎ ＝ １ ２００ ３α６０

當(dāng)滑塊回退到安全高度時(shí)， α ＝ ８７?? ８２°， 編碼器發(fā)出的脈沖數(shù) ｎ１ ＝ ２９３；

當(dāng)滑塊向下運(yùn)行到安全高度時(shí)， α ＝ ２７２?? １８°， 編碼器發(fā)出的脈沖數(shù) ｎ２ ＝ ９０７。

安全性的控制流程如圖 ６ 所示。

圖 ６　 安全性控制流程

（２） 機(jī)械手縮回位置檢測

當(dāng)滑塊從上死點(diǎn)下降到安全高度時(shí)， 需要檢測機(jī)械手縮回位置， 確定吸盤邊緣是否已經(jīng)回退到滑塊邊緣以外， 其方法如下：

在機(jī)械手安裝時(shí)， 將機(jī)械手置于伸出到位位置。

將圖 ４ 中的感應(yīng)塊安裝在手臂側(cè)面的 Ｔ 型槽內(nèi)， 在 Ｔ型槽內(nèi)前后移動(dòng)感應(yīng)塊， 使其在接近開關(guān)前方１２１?? ５ ～ １３０ ｍｍ 范圍內(nèi) （ 水平距離）， 然后將感應(yīng)塊固定。 

在機(jī)械手手臂縮回到 １２１?? ５ ｍｍ 以上距離時(shí)，感應(yīng)塊經(jīng)過接近開關(guān)上方， 接近開關(guān)發(fā)出脈沖信號，由 ＰＬＣ 記憶該信號。

 如該信號為 １， 表明機(jī)械手已回退到安全位置， 沖床可繼續(xù)運(yùn)行。

７　 結(jié)束語

ＪＤ２１?１６０ 沖床配備機(jī)械手后， 使兩者相互協(xié)調(diào)，在工作節(jié)拍上進(jìn)行有機(jī)銜接， 實(shí)現(xiàn)了沖床 ３５ 次 ／ ｍｉｎ沖壓的高頻率連續(xù)運(yùn)行。 

通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 使機(jī)械手倍速運(yùn)行， 滿足節(jié)拍要求。

 同時(shí)， 在沖床曲軸上加裝編碼器， 通過檢測曲軸旋轉(zhuǎn)角度， 檢測滑塊回退高度，確保安全性。 

實(shí)踐表明， 該設(shè)計(jì)方法具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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（責(zé)任編輯： 盧文輝）

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［４］ 李彥彬，閻樹田，李文濤．一種平板玻璃生產(chǎn)線上機(jī)械手 ｇｅｎｔ Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ ｆｏｒ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｇｒｉｎｄｉｎｇ ａｎｄ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ［ Ｊ］．吸盤的設(shè)計(jì)［Ｊ］．機(jī)械制造，２０１４，５２（１１）：６９－７１． Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ ＆ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ，２０１７，４５（１５）：１５－１９