Jul 28, 2022
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轉發(fā)自:機床與液壓
作者:丁錦宏
(江蘇工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 江蘇南通 226000)
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(pán)不能直接與氣缸活塞相聯(lián)接, 因而采用圖 3 中的聯(lián)接方式。
氣缸帶動(dòng)吸盤(pán)做上下運動(dòng)。
根據吸取物料的質(zhì)量, 同時(shí)考慮穩定性和氣缸長(cháng)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(kāi)關(guān)。
3 機械手節拍分析與驅動(dòng)元件確定
機械手以縮回位置為原點(diǎn), 需要完成以下 8 個(gè)動(dòng)作: 下降、 吸料、 上升、 伸出、 下降、 放料、 上升、縮回等。
吸盤(pán)吸著(zhù)力的形成需要時(shí)間為 0?? 15 s, 為了增強可靠性, 該時(shí)間增加到 0?? 2 s。 吸盤(pán)放料需要時(shí)間為0?? 1 s[5] 。
氣缸的動(dòng)作時(shí)間與氣路、 電磁閥動(dòng)作時(shí)間等有著(zhù)復雜的關(guān)系, 計算較為復雜, 按照氣缸的標準使用速度為 50 ~ 500 mm / s 進(jìn)行估算, 取氣缸運行速度 500mm / s, 由此, 氣缸下降和上升運行時(shí)間分別為 0?? 02 s。
在機械手設計時(shí), 考慮使用氣缸和伺服電機兩種方案驅動(dòng)機械手的運行。
若使用氣缸驅動(dòng)手臂伸縮, 則伸出與縮回時(shí)間均為 700 / 500 = 1?? 4 s。
若使用伺服電機帶動(dòng)滾珠絲桿, 驅動(dòng)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(shí)間均為
7p0s0×60 = 5×7300000×60 = 2?? 8 s。
通過(guò)以上計算可見(jiàn), 使用氣缸驅動(dòng)手臂時(shí), 機械手總運行時(shí)間為 3?? 18 s, 已經(jīng)大大超過(guò)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(dòng)手臂時(shí), 機械手總運行時(shí)間更長(cháng),在此不適合使用。
因此, 確定使用氣缸作為驅動(dòng)元件, 其不足之處在于氣缸無(wú)法在行程的中間任意位置停留, 不能實(shí)現預送料。
4 傳動(dòng)機構的設計
圖 4 驅動(dòng)機構
根據上述計算, 如果使用氣缸直接驅動(dòng)手臂的伸縮, 即手臂行程 = 氣缸行程時(shí), 這樣的機械結構滿(mǎn)足不了沖床連續運行的節拍要求。
為縮短手臂伸縮時(shí)間通過(guò)齒條 2 帶動(dòng)手臂沿導軌 1 做伸縮運動(dòng)。
設手臂伸出距離為 L1, 氣缸伸出距離為 L2, 齒輪 1 和齒輪 2 的齒數分別為 Z1 和 Z2, 則 L1 = L2 ·æç1+ZZ21öø÷ è在設計中, 取 Z2 = 2·Z1, 則 L1 = 3L2。
5 機械手節拍計算與協(xié)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(shí)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(shí)間為
t = 0?? 02 + 0?? 2 + 0?? 02 + 0?? 47 + 0?? 02 + 0?? 1 + 0?? 02 +0?? 47 = 1?? 32 s
此運行時(shí)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(gè)階段: 取料階段、等待階段和送料階段, 3 個(gè)階段的運行過(guò)程為取料階段、 等待階段和送料階段 3 個(gè)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(tài)。
(2) 運行協(xié)調與運行節拍計算沖床與機械手協(xié)調運行的方法為:
(1) 沖床與機械手同時(shí)工作, 沖床連續運行;
(2) 機械手從第二個(gè)運行周期開(kāi)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(shí), 機械手開(kāi)始伸出送料, 這是協(xié)調運行的關(guān)鍵, 不但清除了沖床與機械手在節拍上的時(shí)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(xié)調運行時(shí)間關(guān)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(huì )撞擊到機械手, 在設計控制系統時(shí), 當滑塊回退到安全高度時(shí)機械手開(kāi)始伸出; 當滑塊從最高點(diǎn)向下運行到安全高度時(shí), 檢測機械手是否已經(jīng)縮回到模具邊緣以外, 如果沒(méi)有, 則沖床停止工作。
(1) 安全高度檢測
通過(guò)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(gè)編碼器, 由曲柄軸帶動(dòng)編碼器軸旋轉, 并使曲柄與編碼器的傳動(dòng)比為 1 ∶ 1, 編碼器的線(xiàn)數為 1 200。 選用三菱 FX3u 型 PLC 作為控制元件[7] 。
PLC 通過(guò)輸入端子接收編碼器發(fā)出的脈沖信號, 由 PLC 內部計數器 C251 進(jìn)行脈沖計數。
當滑塊在下死點(diǎn)時(shí)開(kāi)始計數, 曲柄旋轉軸旋轉一周時(shí)計數器復位, 重新開(kāi)始計數。
編碼器發(fā)出的脈沖數 n 與曲柄旋轉軸的運行角度 α 之間的關(guān)系為n = 1 200 3α60
當滑塊回退到安全高度時(shí), α = 87?? 82°, 編碼器發(fā)出的脈沖數 n1 = 293;
當滑塊向下運行到安全高度時(shí), α = 272?? 18°, 編碼器發(fā)出的脈沖數 n2 = 907。
7 結束語(yǔ)
JD21?160 沖床配備機械手后, 使兩者相互協(xié)調,在工作節拍上進(jìn)行有機銜接, 實(shí)現了沖床 35 次 / min沖壓的高頻率連續運行。
通過(guò)結構設計, 使機械手倍速運行, 滿(mǎn)足節拍要求。
同時(shí), 在沖床曲軸上加裝編碼器, 通過(guò)檢測曲軸旋轉角度, 檢測滑塊回退高度,確保安全性。
實(shí)踐表明, 該設計方法具有實(shí)際應用價(jià)值。
參考文獻:
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