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連續沖壓自動送料機械手的設計與應用(二)

連續沖壓自動送料機械手的設計與應用(二)

Jul 28, 2022

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轉發自:機床與液壓

作者:丁錦宏

(江蘇工程職業技術學院, 江蘇南通 226000)

由于拾取器總高度必須小于沖床的安全高度為 90 mm, 因而吸盤不能直接與氣缸活塞相聯接, 因而采用圖 3 中的聯接方式。

氣缸帶動吸盤做上下運動。

 根據吸取物料的質量, 同時考慮穩定性和氣缸長度等限制, 選取雙活塞桿氣缸 MGPM12?D?M9, 行程為 12 mm, 可安裝磁性開關。

3  機械手節拍分析與驅動元件確定

機械手以縮回位置為原點, 需要完成以下 8 個動作: 下降、 吸料、 上升、 伸出、 下降、 放料、 上升、縮回等。

吸盤吸著力的形成需要時間為 0?? 15 s, 為了增強可靠性, 該時間增加到 0?? 2 s。 吸盤放料需要時間為0?? 1 s[5] 

氣缸的動作時間與氣路、 電磁閥動作時間等有著復雜的關系, 計算較為復雜, 按照氣缸的標準使用速度為 50 ~ 500 mm / s 進行估算, 取氣缸運行速度 500mm / s, 由此, 氣缸下降和上升運行時間分別為 0?? 02 s。

在機械手設計時, 考慮使用氣缸和伺服電機兩種方案驅動機械手的運行。

若使用氣缸驅動手臂伸縮, 則伸出與縮回時間均為 700 / 500 = 1?? 4 s。

若使用伺服電機帶動滾珠絲桿, 驅動手臂伸縮,則在該機械手負載的情況下, 一般選擇絲桿螺距

5、 電機轉速 s = 3 000 r / min。 伸出與縮回時間均為

×60 = 5×00×60 = 2?? 8 s。

通過以上計算可見, 使用氣缸驅動手臂時, 機械手總運行時間為 3?? 18 s, 已經大大超過沖床運行周期1?? 71 s, 需要沖床在運轉中等待, 不符合設計要求。

使用伺服電機驅動手臂時, 機械手總運行時間更長,在此不適合使用。 

因此, 確定使用氣缸作為驅動元件, 其不足之處在于氣缸無法在行程的中間任意位置停留, 不能實現預送料。

4  傳動機構的設計

圖 4  驅動機構

根據上述計算, 如果使用氣缸直接驅動手臂的伸縮, 即手臂行程 = 氣缸行程時, 這樣的機械結構滿足不了沖床連續運行的節拍要求。 

為縮短手臂伸縮時間通過齒條 2 帶動手臂沿導軌 1 做伸縮運動。

設手臂伸出距離為 L, 氣缸伸出距離為 L, 齒輪 1 和齒輪 2 的齒數分別為 Z1 和 Z, 則 L1 = L2 ·æç1+ZZ2öø÷ è在設計中, 取 Z2 = 2·Z, 則 L1 = 3L

5  機械手節拍計算與協調性研究

由于機械手臂伸出距離 L1 = 700 mm, 則氣缸伸出距離 L2 = 700 / 3 mm。 按照氣缸運行速度 500 mm / s計算, 氣缸伸出時間 t1 = 0?? 47 s。

機械手完成下降、 吸取、 上升、 伸出、 下降、 放松、 上升、 縮回的運行時間為

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

此運行時間小于沖床運行周期 1?? 71 s, 可與沖床相配合使用。

(1) 機械手運行周期

現將機械手運行周期分為 3 個階段: 取料階段、等待階段和送料階段, 3 個階段的運行過程為取料階段、 等待階段和送料階段 3 個階段構成機械手的運行周期。

機械手以縮回的位置為初始狀態。

(2) 運行協調與運行節拍計算沖床與機械手協調運行的方法為: 

(1) 沖床與機械手同時工作, 沖床連續運行;

 (2) 機械手從第二個運行周期開始, 其運行周期與沖床運行周期相同;

 (3) 當滑塊回退到安全高度時, 機械手開始伸出送料, 這是協調運行的關鍵, 不但清除了沖床與機械手在節拍上的時間計算與運行誤差, 而且保證了安全性; 

(4) 送料階段和取料階段是連續完成的。

沖床與機械手協調運行時間關系如圖 5 所示。

6  安全性設計

為確保沖床在工作工程中滑塊不會撞擊到機械手, 在設計控制系統時, 當滑塊回退到安全高度時機械手開始伸出; 當滑塊從最高點向下運行到安全高度時, 檢測機械手是否已經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

通過檢測曲柄運行角度 α 值, 從而確定滑塊是否到達安全高度。

在曲柄軸上安裝一個編碼器, 由曲柄軸帶動編碼器軸旋轉, 并使曲柄與編碼器的傳動比為 1 ∶ 1, 編碼器的線數為 1 200。 選用三菱 FX3u 型 PLC 作為控制元件] 。 

PLC 通過輸入端子接編碼器發出的脈沖信號, 由 PLC 內部計數器 C251 進行脈沖計數。 

當滑塊在下死點時開始計數, 曲柄旋轉軸旋轉一周時計數器復位, 重新開始計數。

編碼器發出的脈沖數 n 與曲柄旋轉軸的運行角度 α 之間的關系為n = 1 200 3α60

當滑塊回退到安全高度時, α = 87?? 82°, 編碼器發出的脈沖數 n1 = 293;

當滑塊向下運行到安全高度時, α = 272?? 18°, 編碼器發出的脈沖數 n2 = 907。

7  結束語

JD21?160 沖床配備機械手后, 使兩者相互協調,在工作節拍上進行有機銜接, 實現了沖床 35 次 / min沖壓的高頻率連續運行。

 通過結構設計, 使機械手倍速運行, 滿足節拍要求。 

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

實踐表明, 該設計方法具有實際應用價值。

參考文獻:

[1] 柳光濤,鐘佩思,劉大志,等.數控轉塔沖床上下料助力機械手設計與分析[ J].機床與液壓,2014,42(3):12-

15.

LIU G T,ZHONG P S,LIU D Z,et al.Design and Analysisfor Loading / Unloading Manipulator of NC Turret Punch

Press[J].Machine Tool & Hydraulics,2014,42(3):12-15.

[2] 張海英,范進楨,沈鑫剛,等.一種多工位沖床機械手的研制[J].制造業自動化,2014,36(2):109-11.

ZHANG H Y, FAN J Z, SHEN X G, et al. Design andApplication of a New Multiple?stage Manipulator Based onthe Punch [ J]. Manufacturing Automation,2014,36 ( 2):

109-111.

連續沖壓自動送料機械手的設計與應用(一)
伺服機械混合自動沖壓線的規劃及應用(一)