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轉(zhuǎn)發(fā)自：機(jī)床與液壓

丁錦宏

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

摘要： 在分析送料機(jī)械手的運(yùn)行周期基礎(chǔ)上， 提出了一種具有行程倍增機(jī)構(gòu)的機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計方案， 并通過編碼器檢測沖床滑塊的安全高度， 采用時序圖法

對沖床與機(jī)械手的協(xié)調(diào)運(yùn)行與安全性控制進(jìn)行了研究， 實際應(yīng)用結(jié)果表明： 采用該結(jié)構(gòu)的機(jī)械手能縮短手臂運(yùn)行時間， 滿足沖床連續(xù)運(yùn)行的要求， 并避免了碰撞事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞： 沖壓； 連續(xù)運(yùn)行； 協(xié)調(diào)； 安全中圖分類號： ＴＧ５１９?? １

前言

沖床是由電動機(jī)帶動曲柄運(yùn)轉(zhuǎn)， 使滑塊做直線運(yùn)動， 對材料施以壓力， 進(jìn)行沖孔、 成形、 落料、拉伸等， 從而得到所要求的形狀。 

隨著機(jī)電一體化技術(shù)、 智能控制技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展， 用于沖床加工的自動上下料機(jī)械手已得到廣泛應(yīng)用。

目前研究較多的是根據(jù)不同沖壓機(jī)床， 設(shè)計相應(yīng)的機(jī)械手， 如數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床上下料機(jī)械手^［１］ 、 多工位沖床機(jī)械手^［２］等， 通過機(jī)械手實現(xiàn)沖壓件的取放操作。 

另一方面， 在機(jī)械手的控制方法上也有研究， 如采用通信總線代替脈沖實現(xiàn)對伺服驅(qū)動單元的閉環(huán)控制^［３］ ， 以達(dá)到提高控制精度的目的。 

這些研究的重點是機(jī)械手本身的動作、 性能及其控制方式， 沒有考慮沖床的運(yùn)行周期， 因而沖床運(yùn)行時需要停頓。

文中針對 ＪＤ２１?１６０ 沖床， 以沖床連續(xù)運(yùn)行為目標(biāo)，在深入分析沖床與機(jī)械手的運(yùn)動規(guī)律基礎(chǔ)上， 對機(jī)械手的結(jié)構(gòu)、 機(jī)械手與沖床之間的協(xié)調(diào)性加以研究。 

ＪＤ２１?１６０ 沖床為一種開式曲柄壓力機(jī)床， 沖床的滑塊行程為 １６０ ｍｍ， 滑塊行程次數(shù)為 ３５ 次 ／ ｍｉｎ，某企業(yè)用來進(jìn)行拉伸加工， 加工件厚度為 ３ ｍｍ， 邊長為 １８０ ｍｍ， 質(zhì)量為 ３ ｋｇ， 模具長度為 ２００ ｍｍ。

為實現(xiàn)自動化生產(chǎn)， 現(xiàn)對該沖床配備機(jī)械手， 進(jìn)行自動送料。

兩者需要協(xié)調(diào)運(yùn)行， 使沖床連續(xù)沖壓。

為敘述方便， 將模具與滑塊視為一個整體， 仍稱為滑塊。

１　 安全高度與安全時間計算

機(jī)械手需要在滑塊回退到安全高度之上時， 才能將手臂伸到?jīng)_床內(nèi)， 完成送料動作。

（１） 安全高度的確定

根據(jù)沖床技術(shù)參數(shù)與模具高度， 確定沖床安全高９０ ｍｍ。

（２） 安全高度內(nèi)的時間計算滑塊的運(yùn)動原理如圖 １ 所示。 其數(shù)學(xué)模型為

ｓ ＝ （Ｒ＋Ｌ） －（Ｒｃｏｓα＋ Ｌ２ ＋（Ｒｓｉｎα） ２ （１）

式中： ｓ 為滑塊距下死點行程； Ｒ 為曲柄半徑； Ｌ 為連桿長度； α 為曲柄旋轉(zhuǎn)角度。

由式 （ １） 求解 α 角度值比較困難， 現(xiàn)依據(jù)式（１） 求出若干個離散點值， 如表 １ 所示， 采用作圖法求出安全高度內(nèi)的時間值。

滑塊行程次數(shù)為 ３５ 次 ／ ｍｉｎ， 即沖床運(yùn)行周期為１?? ７１ ｓ， 滑塊行程為 １６０ ｍｍ。 

利用表 １ 的離散點進(jìn)行擬合， 可得出曲柄運(yùn)行角度 α 與行程 ｓ 的關(guān)系曲線圖 α－ｓ、 時間與行程 ｓ 的關(guān)系曲線圖 ｔ－ｓ， 兩個曲線圖合二為一， 如圖 ２ 所示。

圖 １　 滑塊運(yùn)動原理圖 ２　 曲柄旋轉(zhuǎn)角度、 時間與滑塊行程關(guān)系

由于安全高度為 ９０ ｍｍ， 由圖 ２ 可計算出滑塊在安全高度以上的時間為 ０?? ８７ ｓ。

２　 手臂行程的確定與機(jī)械手方案

根據(jù)沖床工作臺及物料尺寸等因素， 確定物料臺到?jīng)_床工作臺中心之間的距離， 即手臂行程為７００ ｍｍ。

機(jī)械手結(jié)構(gòu)如圖 ３ 所示。

該機(jī)械手由手臂、 手臂驅(qū)動機(jī)構(gòu) （ 圖中未畫出）、 吸盤和氣缸等組成^［４］ 。

手臂由驅(qū)動機(jī)構(gòu)使其伸縮運(yùn)行。 為使沖床連續(xù)運(yùn)行， 則機(jī)械手運(yùn)行周期需要和沖床運(yùn)行周期相一致，故需要對其驅(qū)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析。

吸盤作為拾取器來取放物料。 

根據(jù)物料的質(zhì)量和尺寸， 確定使用單個吸盤， 安全系數(shù)取 ４， 選用型號為 ＺＰＸ４０ＨＢ， 側(cè)面進(jìn)氣， 總高度為 ５９ ｍｍ， 吸盤直徑為 ?４３ ｍｍ。 

由于拾取器總高度必須小于沖床的安全高度為 ９０ ｍｍ， 因而吸盤