【正文】 感謝蔣老師，在我松懈和瓶頸時(shí)及時(shí)督促我，為我指點(diǎn)迷津；感謝我身 邊的同學(xué)們，在我需要查詢各種資料時(shí)給與我意見和幫助；感謝實(shí)習(xí)單位的工程師們，在我設(shè)計(jì)階段幫我理清了思路，給我提出各種建議，在現(xiàn)場(chǎng)裝調(diào)時(shí)傳授我寶貴的經(jīng)驗(yàn)。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 結(jié) 論 經(jīng)過(guò)對(duì)鐵鍬沖床上下料機(jī)器人的設(shè)計(jì)及制作，了解了機(jī)電自動(dòng)化設(shè)備的研制過(guò)程。 圖 55設(shè)備試運(yùn)行 調(diào)試過(guò)程 調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決方法如表 51所示。凸輪分度器輸入軸的另一側(cè)安裝碼盤和光電傳感器，安裝時(shí)調(diào)整碼盤的角度，要求光電傳感器檢測(cè)到 碼盤的豁口時(shí)凸輪分度器的輸出天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 軸在停止角區(qū)域，如圖 54所示。要求發(fā)射原件和反射元件在同一條直線時(shí)轉(zhuǎn)盤剛好在回零位置。 圖 51紅外對(duì)射傳感器安裝示意圖 2． 在吸盤安裝板上安裝的四個(gè)吸盤是帶緩沖行程的，在安裝過(guò)程中要把緩沖行程調(diào)為一 致。安裝時(shí)應(yīng)注意螺栓連接問(wèn)題，連接過(guò)緊時(shí)由于機(jī)械力和電磁力的長(zhǎng)期影響，會(huì)出現(xiàn)金屬疲勞，誘發(fā)滑絲、剪切、松動(dòng)等現(xiàn)象，埋下事故隱患；安裝時(shí)應(yīng)該注意振動(dòng)問(wèn)題，尤其是凸輪分度器、電機(jī)的安裝；電器柜安裝時(shí)，需要注意干擾問(wèn)題， 不能影響電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行 [18]。 圖 41 設(shè)備總裝配圖 1 圖 42 設(shè)備總裝配圖 2 其中，吸盤抓取部位如圖 43所示，毛坯料頂升裝置如圖 44所示，下料裝置如圖 45 所示。 已知同步帶的傳動(dòng)比為 2:1，所以選擇的伺服驅(qū)動(dòng)器輸出扭矩需要大于 。如圖 36。 其中同步帶輪選用慈溪永動(dòng)同步帶輪有限公司的型號(hào) HTPA48S5M150AN12 和HTPA24S5M150AN19。 圖 35 GV3275045A減速機(jī) 頂升電機(jī) 吸盤吸取料倉(cāng)工位上的 毛坯 料之后，頂升組件需要將毛坯料工位的毛坯料推向規(guī)定高度，使得轉(zhuǎn)盤上的下一個(gè)吸盤能夠成功吸取毛坯料，正常工作。 ）（ NMmgT F 0 5 ?????? ? （ 319） 選擇 MCG 的減速機(jī)型號(hào)為： GV3275045A，減速比 10:1，額定功率 400W，額定扭矩 NM1 ,額定轉(zhuǎn)速 min/1400r 。 圖 34 電機(jī)與減速器安裝示意圖 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 下料電機(jī) 當(dāng)吸盤帶著毛坯料經(jīng)過(guò)沖床工位加工，再經(jīng)過(guò)預(yù)留工位，再到下料工位的時(shí)候，吸盤的電磁閥松開，毛坯料就掉落 到下料倉(cāng)。 圖 33 NMRV07580B58014減速器 其技術(shù)參數(shù)見表 310。根據(jù)凸輪分度器的轉(zhuǎn)速要求，若選用傳動(dòng)比 i=40 的減速器，電機(jī)的轉(zhuǎn)速最低要 1200r/min。取安全系數(shù)為 ?cf 則： )(9 2 4 NMfTT cte ????? （ 315） 輸入軸扭矩（ Tc） 已知 ?Qm ，輸入軸起動(dòng)負(fù)載扭矩視為 0， 因此 0?caT 。已知轉(zhuǎn)盤的質(zhì)量 m1=10Kg，工位的質(zhì)量 m2=4Kg，工件的質(zhì)量 m3=2Kg。在此設(shè)備中主要應(yīng)用凸輪分度器在圓周方向上能間歇輸送的功能。它輸入連續(xù)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，輸出間歇旋轉(zhuǎn)，或擺動(dòng)、提升等動(dòng)作。該型號(hào)導(dǎo)軌副的技術(shù)參數(shù)見表 35。該設(shè)備在工位轉(zhuǎn)換時(shí)由氣缸驅(qū)動(dòng)，位置精度由硬限位保證，且要求精度不高。 結(jié)合以上計(jì)算校核，兩種型號(hào)氣缸都符合工作要求。 a. CG1UN40300 型氣缸技術(shù)參數(shù)：氣缸缸徑 D40mm，桿徑 d25mm，負(fù)載率β 。 表 34 工作臺(tái)氣缸選型條件 已知： 鐵鍬毛坯重量（ Kg） 150=180 夾具重量（ Kg） 20 2=40 滑臺(tái)重量（ Kg） 40 總重 W（ N） （ 180+40+40） = 阻力 f（ N） Wμ = = 供氣壓力（ MPa） 線性導(dǎo)軌摩擦系數(shù)μ 設(shè) 計(jì)的料倉(cāng)寬度為 300mm，在選取工作臺(tái)氣缸時(shí)，要選用行程大于或等于 300mm的氣缸。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 表 32 MGPL2550型號(hào)氣缸 規(guī)格 供氣壓力 P（ MPa） 缸徑 D（ mm） 25 桿徑 d（ mm） 13 負(fù)載率β 重力加速度 g 氣缸理論拉力計(jì)算： NDPF 1 7 84 d 2222t ????????? ? （ 34） 氣缸實(shí)際拉力 NFF ????? ? （ 35） 已知 氣缸的負(fù)載見表 33。 表 31 ZTP50BNK5006A14型號(hào) 吸盤規(guī)格 ZTP50BNK5006A14 吸盤直徑（ mm） 50 吸盤類型 B 風(fēng)琴型 吸盤材料 N 丁腈橡膠 緩沖形式 K 不可回轉(zhuǎn)型 緩沖行程（ mm） 50 真空口連接 （ 06）直徑 6mm 的快換接頭 安裝連接方式 /外螺紋 （ A4） M14*1（外螺紋） 導(dǎo)桿氣缸 考慮到?jīng)_床工作時(shí)沖壓毛坯件需要的定位精度，吸盤吸取毛坯料不能和氣缸發(fā)生相對(duì)位移，毛坯料在 被吸取之后隨吸盤運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中不能發(fā)生回轉(zhuǎn)。本設(shè)備提升方案選 s1。 4． 如果轉(zhuǎn)盤上四個(gè)工位上抓取的料不夠三個(gè)，或者是夠三個(gè)且已經(jīng)經(jīng)過(guò)選擇讓下料工位的鐵鍬降落，那么在沖床動(dòng)作之后，導(dǎo)桿氣缸拉回，凸輪分度器電機(jī)會(huì)帶動(dòng)凸輪分度器轉(zhuǎn)動(dòng)一周，轉(zhuǎn)盤隨之會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng) 90度，然后跳轉(zhuǎn)到第 1 步 [14]。 3． 如果沒有料，就給頂升電機(jī)電，讓頂升 電機(jī)帶動(dòng)滑臺(tái)，使毛坯料上升到傳感器能檢測(cè)到的水平高度，然后電機(jī)斷電。 主程序負(fù)責(zé)的內(nèi)容有： 1) 系統(tǒng)啟動(dòng) /停止 /急停 2) 開啟 /關(guān)閉自動(dòng)運(yùn)行 3) 手動(dòng)回零 4) 手動(dòng)沖床沖壓動(dòng)作 5) 手動(dòng)分度器轉(zhuǎn) 90度 6) 手動(dòng)工位氣缸伸出 7) 手動(dòng)工位氣缸拉回 8) 手動(dòng)導(dǎo)桿氣缸伸出 9) 手動(dòng)導(dǎo)桿氣缸拉回 10) 手動(dòng)頂升 11) 手動(dòng)降落 FB 塊程序的控制流程： 1． 自動(dòng)程序啟動(dòng)之后首先進(jìn)行 A、 B、 C、 D四個(gè)工位氣路電磁閥的信號(hào)置零，然后通過(guò)測(cè)料傳感器檢測(cè)吸盤抓料的工位是否有毛坯料可供抓取。 PLC 的 I/O 分配 選用西門子 S7300用作設(shè)備的電氣控制，其輸入輸出分配見表 21。 6． 在沖床頭的前側(cè)，安裝一個(gè)紅外反射傳感器，作用是檢測(cè)轉(zhuǎn)盤上的吸盤吸取毛坯之后，是否轉(zhuǎn)到了沖床加工工位。氣管從真空發(fā)生器引出，進(jìn)入真空壓力傳感器，再引出到吸盤的氣孔。編程思路是主程序負(fù)責(zé)總開、急停、手動(dòng) /自動(dòng)切換功能的實(shí)現(xiàn)，再調(diào)用 Graph 語(yǔ)言編程的 OB 塊， OB 塊程序是負(fù)責(zé)自動(dòng)運(yùn)行的程序 [9]。 缺點(diǎn)： PLC 體系結(jié)構(gòu)式封閉的，各 PLC 廠家的硬件體系互相不兼容，編程語(yǔ)言及指令系統(tǒng)也各不相同，當(dāng)選擇一款 PLC產(chǎn)品后，必須選擇使用特定的編程語(yǔ)言 [8]。沖床生產(chǎn)鐵鍬時(shí)，需要求上下料安全穩(wěn)定、可靠性高。 圖 24工作臺(tái)簡(jiǎn)圖 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 下料 當(dāng)吸盤帶著毛坯料經(jīng)過(guò)沖床工位加工，再經(jīng)過(guò)預(yù)留工位，再到下料工位的時(shí)候，吸盤的電磁閥松開 ，毛坯料就掉落到下料倉(cāng)。如果設(shè)備處于自動(dòng)工作狀態(tài)下，當(dāng)一個(gè)料倉(cāng)的毛坯料推送完了之后，需要更換另一個(gè)料倉(cāng)放置在剛才那個(gè)料倉(cāng)的工位上，使設(shè)備能夠繼續(xù)運(yùn)行。由于導(dǎo)桿氣缸伸出后吸盤吸取毛坯料時(shí)的水平高度是不變的，所以設(shè)計(jì)料倉(cāng)要滿足在吸盤吸取時(shí)能夠始終保持毛坯料和吸盤的底面在同一個(gè)水平高度。凸輪分度器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)，在高速傳動(dòng)時(shí)也能高精度定位并且安裝面方便靈巧，維護(hù)簡(jiǎn)單。機(jī)械手在四個(gè)位置都要求定位準(zhǔn)確?？紤]到 加工定位的問(wèn)題，在毛坯料移動(dòng)到加工工位的過(guò)程中不能相對(duì)于吸盤發(fā)生旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)，所以采用四個(gè)吸盤同時(shí)吸取鐵鍬毛坯料，以避免發(fā)生相對(duì)位移，影響加工精度。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 2 方案設(shè)計(jì) 設(shè)備的設(shè)計(jì)方案需要根據(jù)鐵鍬廠的現(xiàn)有技術(shù)要求與生產(chǎn)需 要，作出相應(yīng)的機(jī)械設(shè)計(jì)與電氣控制方案。在人力成本居高不下的情況下，自動(dòng)上下料機(jī)器人能在沖床加工行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì) [3]。目前國(guó)內(nèi)自動(dòng)上下料機(jī)器人有直角坐標(biāo)機(jī)器人和關(guān)節(jié)機(jī)器人。沖壓生產(chǎn)主要是針對(duì)板材 。 automatic loading and unloading。電氣控制的部分涉及到 PLC 的程序編程，電氣原理圖設(shè)計(jì)。 沖床鍛件時(shí)加工環(huán)境惡劣，上下料搬運(yùn)工作強(qiáng)度高，因此企業(yè)迫切使用沖床的自動(dòng)化上下料機(jī)器人。 自動(dòng)上下料機(jī)器人的工作就是代替人來(lái)完成沖床加工環(huán)節(jié)的毛坯料上料、裝夾、下料的動(dòng)作， 可以降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高加工效率。最終完成的任務(wù)是設(shè)備的裝配與調(diào)試，使之能夠按照工廠的加工需求完成自動(dòng)上下料。 Cam indexer。 通過(guò)模具，能做出沖孔，成型，拉深，修整，精沖 ，整形，鉚接及擠壓件等 工作 ， 沖壓加工的產(chǎn)品 廣泛應(yīng)用于航空、汽車、船舶等工業(yè) 領(lǐng)域 ，諸多生活用品也可以利用沖床通過(guò)模具生產(chǎn)出來(lái) [1]。在沖床加工行業(yè)，直角坐標(biāo)機(jī)器人相比關(guān)節(jié)機(jī)器人有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、行程大、負(fù)載能力強(qiáng)、維護(hù)方便經(jīng)濟(jì)實(shí)惠等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用 [2]。 研究?jī)?nèi)容 本文主要研究的內(nèi)容是沖床加工鐵鍬時(shí)的上下料機(jī)器人研制。 技術(shù)要求 經(jīng)過(guò)對(duì)鐵鍬沖床的實(shí)地考察，和與生產(chǎn)部門的交流，得知以下技術(shù)參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)： 沖床工位距車間地面高度 900mm； 沖床一個(gè)工作流程時(shí)間 4s； 鐵鍬毛坯料重量 ； 鐵鍬毛坯料厚度 2mm； 車間氣源壓力 ； 預(yù)留一道沖床工工序。機(jī)械手臂末端裝有導(dǎo)桿氣缸，導(dǎo)桿氣缸的活塞桿頂端裝有平臺(tái)，四個(gè)吸盤都安裝在這個(gè)平臺(tái)上。目前可以采用的方案有關(guān)節(jié)機(jī)器人、桁架機(jī)器人。采用四分度的凸輪分度器，在凸輪分度器的輸出軸法蘭上安裝角度間隔 90度的四個(gè)機(jī)械手臂，手臂末端放置夾取毛坯料的吸盤。因此在垂直方向上，需要保持進(jìn)給送料。所以，基于以上的工作需求，要設(shè)計(jì)一個(gè)能夠更換料倉(cāng)工位的工作臺(tái)。下料工位是由電機(jī)帶動(dòng)鏈輪，鏈連接傳送平臺(tái)上的所有滾子一起滾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)下料之后產(chǎn)品的位移，如圖 25 所示。單片機(jī)、 PLC與 PC 的優(yōu)缺點(diǎn)如下： a. 單片機(jī) 優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，成本較低； 缺點(diǎn) ：用單片機(jī)制作的主控板受制板工藝、布局結(jié)構(gòu)、器件質(zhì)量等因素的影響，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)抗干擾能力差，故障率高，不易擴(kuò)展，對(duì)環(huán)境依賴性強(qiáng)，開發(fā)周期長(zhǎng)。 c. PC 優(yōu)點(diǎn)：能實(shí)現(xiàn) PLC 及單片機(jī)的控制功能，具有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)