裝配圖換刀機械手設(shè)計
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文 章 編 號 :1009 - 671X(2002) 06 - 0004 - 02 加 工 中 心 換 刀 機 械 手 運 動 時 間 的 計 算 呂 金 麗 ,黃 國 權(quán) (哈 爾 濱 工 程 大 學 機 電 工 程 學 院 ,黑 龍 江 哈 爾 濱 150001) 摘 要 :加 工 中 心 換 刀 機 械 手 的 運 動 速 度 按 照 梯 形 規(guī) 律 變 化 ,計 算 出 換 刀 機 械 手 的 運 動 時 間 。 ① 關(guān) 鍵 詞 :加 工 中 心 ;換 刀 機 械 手 ;運 動 時 間 中 圖 分 類 號 : TG659 文 獻 標 識 碼 :A Calculating the Movement Time of Machining Center of Exchange Cutter Manipulator L ¨U Jin-li , HUAN G Guo-quan (College of Mechanical and Electrical Engineering , Harbin Engineering University , Harbin 150001 ,China) Abstract : In this paper , the movement velocity of the exchange cutter manipulator was controlled in accor2 dance with the change of ladder- shaped law , and the movement time of exchange cutter manipulator was calculated. Key words :machining center ; exchange cutter manipulator ; movement time 0 引 言 加 工 中 心 換 刀 機 械 手 運 動 時 間 是 加 工 中 心 自 動 換 刀 裝 置 設(shè) 計 中 要 考 慮 的 性 能 指 標 。 它 的 運 動 特 點 是 運 動 循 環(huán) 工 作 時 間 較 短 ,具 有 不 穩(wěn) 定 的 質(zhì) 量 和 轉(zhuǎn) 動 慣 量 ,在 啟 動 、 制 動 和 反 向 運 動 過 程 中 , 加 工 中 心 換 刀 機 械 手 會 出 現(xiàn) 較 大 的 動 載 荷 ,引 起 振 動 和 沖 擊 。 因 此 ,要 保 證 換 刀 機 械 手 的 使 用 壽 命 、 工 作 精 度 和 動 作 的 快 速 性 ,就 必 須 考 慮 合 理 地 選 擇 它 在 運 動 過 程 時 的 工 作 參 數(shù) 。 在 此 ,本 文 主 要 研 究 加 工 中 心 換 刀 機 械 手 運 動 時 間 的 計 算 方 法 。 1 換 刀 機 械 手 運 動 時 間 的 計 算 方 法 換 刀 機 械 手 運 動 情 況 如 圖 1 所 示 的 運 動 速 度 變 化 規(guī) 律 。 加 工 中 心 換 刀 機 械 手 運 動 速 度 按 梯 形 規(guī) 律 變 化 。 換 刀 機 械 手 運 動 時 間 ,在 速 度 按 梯 形 規(guī) 律 變 化 時 ,可 以 推 導(dǎo) 出 。 其 中 aq 為 起 動 加 速 度 , az 為 制 動 加 速 度 。 | aq | = tanα q = vPtq | az | = tanα z = vPtz t - tx = tq + tz ( t - t x ) ( t + t x ) v2 = ( tq + tz ) · v · ( t + t x ) v ( t2 - t x 2 ) v 2 tq tz = ( tq + tz ) v tq tz · ( t + t x ) v 圖 1 換 刀 機 械 手 運 動 速 度 變 化 規(guī) 律 t2 [ 1 - ( t xt ) 2 ] v 2 tq tz = ( v tq + v tz ) ( t + t x ) v t2 = ( vt q + vt z ) ( t + t x ) v v tq · v tz [ 1 - ( t x t ) 2 ] t = ( vt q + vt z ) ( t + t x ) v v tq · v tz [ 1 - ( t x t ) 2 ] 因 為 aq = vt q ① 收 稿 日 期 :2001 - 05 - 21 作 者 簡 介 :呂 金 麗 (1965 - ) ,女 ,湖 南 寧 鄉(xiāng) 人 ,哈 爾 濱 工 程 大 學 機 電 工 程 學 院 講 師 ,主 要 研 究 方 向 :機 械 CAD 技 術(shù) 。 第 29 卷 第 6 期 應(yīng) 用 科 技 Vol. 29 , № . 6 2002 年 6 月 Applied Science and Technology J un. ,2002 az = vt z 令 τ = t xt 表 示 運 動 速 度 曲 線 特 性 的 參 數(shù) , l = ( t + t x ) v 2 為 換 刀 機 械 手 的 位 移 路 程 , v 為 勻 速 運 動 的 速 度 。 故 此 ,上 面 的 式 子 就 可 以 寫 成 : t = 2 l · ( aq + az )a q az ( l - τ 2 ) (1) 式 (1)可 以 進 一 步 化 為 方 便 的 公 式 是 t = ea z · 1 + k ( vP az l) 2 vP az l (2) 式 中 k = aqPaz ,起 動 和 制 動 時 加 速 度 之 比 。 假 若 把 運 動 時 間 t 和 能 量 的 線 性 組 合 函 數(shù) 的 最 小 值 作 為 優(yōu) 化 準 則 ,那 么 換 刀 機 械 手 的 優(yōu) 化 運 動 速 度 是 可 以 求 出 的 。 v P az l 的 優(yōu) 化 值 為 0. 35 ～ 0. 63. 優(yōu) 化 運 動 速 度 的 值 取 決 于 l 的 長 度 ,倘 若 位 移 很 小 ,那 么 不 要 求 很 高 的 運 動 速 度 , 如 果 位 移 增 加 ,那 么 優(yōu) 化 速 度 的 值 就 增 大 。 換 刀 機 械 手 速 度 的 優(yōu) 化 值 一 般 為 0. 42 ～ 1. 26 mPs. 加 速 度 的 大 小 受 到 換 刀 機 械 手 的 振 動 程 度 所 限 制 。 為 了 減 少 振 動 ,必 須 使 制 動 時 間 tz 遠 遠 大 于 換 刀 機 械 手 固 有 振 動 周 期 T . 在 大 多 數(shù) 情 況 下 , T = 0. 02 ～ 0. 04 s , tz = 0. 08 ～ 0. 12 s. 故 此 , 換 刀 機 械 手 在 行 程 l = 0. 15 ～ 0. 4 m 時 ,必 須 使 az = 3 ～ 7 mPs2 . 在 行 程 l = 0. 7 ～ 0. 8 m時 ,必 須 使 az = 10 ～ 12 mPs2 . 2 計 算 例 題 對 于 某 種 加 工 中 心 換 刀 機 械 手 交 換 刀 具 的 運 動 情 況 是 這 樣 的 ,換 刀 機 械 手 從 初 始 的 位 置 旋 轉(zhuǎn) 90° ,時 間 t1 ;刀 具 在 主 軸 中 放 松 ,時 間 t2 ;換 刀 機 械 手 沿 Z軸 伸 出 170 mm ,時 間 t3 ;機 械 手 從 初 始 的 位 置 旋 轉(zhuǎn) 180° ,時 間 t4 ;然 后 沿 著 Z軸 返 回 初 始 的 位 置 ,時 間 t5 ;刀 具 在 主 軸 中 夾 緊 ,時 間 t6 ;換 刀 機 械 手 旋 轉(zhuǎn) 90° 回 到 原 始 的 位 置 ,時 間 t7 . 現(xiàn) 在 來 計 算 所 需 要 的 運 動 時 間 。 換 刀 機 械 手 交 換 運 動 速 度 按 梯 形 規(guī) 律 變 化 就 可 以 來 計 算 各 步 的 運 動 時 間 。 1) 換 刀 機 械 手 夾 爪 中 心 軌 跡 弧 長 半 徑 R = 260 mm.當 刀 具 旋 轉(zhuǎn) 90° 時 ,刀 具 運 動 的 優(yōu) 化 速 度 為 v1 = 0. 55 az1 · l1 當 az1 = 6 mPs2 , l1 = π RP2 = 0. 41 m 時 , v1 = 0. 86 mPs. 刀 具 旋 轉(zhuǎn) 90° 時 間 為 t1 = l1a z1 · 1 + k ( v1P az1 l1 ) 2 v1P az1 l1 當 v1P az1 l1 = 0. 55 , k = 1 時 , t1 = 0. 62 s. 2)刀 具 機 械 手 旋 轉(zhuǎn) 90° 回 到 初 始 的 位 置 ,時 間 t 7 ,在 上 述 同 樣 條 件 下 可 計 算 出 t 7 = 0. 62 s. 3) 刀 具 在 主 軸 中 放 松 , 時 間 t2 , 確 定 為 t2 = 0. 5 s. 4)換 刀 機 械 手 沿 Z 軸 伸 出 170 mm 時 ,換 刀 機 械 手 沿 軸 向 位 移 優(yōu) 化 速 度 定 為 v3 = 0. 55 az3 · l3 當 az3 = 3. 5 mPs ,l3 = 170 mm時 , v 3= 0. 42 mPs. 如 果 取 起 動 加 速 度 aq3 = 5 mPs2 , k = aq3a z3 = 1. 43 ,換 刀 機 械 手 沿 軸 向 位 移 的 時 間 t 3為 t3 = l3a z3 · 1 + k ( v3P az3 l3 ) 2 v1P az3 l3 = 0. 57 s 5)換 刀 機 械 手 沿 著 Z軸 返 回 到 初 始 的 位 置 , 時 間 t5 ,在 上 述 同 樣 條 件 下 可 計 算 出 t5 = 0. 57 s. 6)換 刀 機 械 手 從 原 始 的 位 置 旋 轉(zhuǎn) 180° ,刀 具 運 動 的 優(yōu) 化 速 度 為 v4 = 0. 55 az4 · l4 當 az4 = 6 mPs2 , l4 = π · R = 3. 14 × 0. 26 = 0. 82 m 時 , v 4= 1. 22 mPs. 機 械 手 旋 轉(zhuǎn) 180° 的 時 間 t 4為 t4 = l4a z4 · 1 + k ( v4P az4 l4 ) 2 v4P az4 l4 當 v4P az4 · l4 = 0. 55 , k = 1 時 , t4 = 0. 88 s. 7)刀 具 在 主 軸 夾 緊 ,時 間 t6 ,定 義 t 6 = 0. 5 s. 通 過 上 述 的 計 算 確 定 就 可 以 得 出 用 于 刀 具 交 換 的 總 的 時 間 為 t = t1 + t2 + t3 + t4 + t5 + t6 + t7 = 0. 62 s + 0. 5 s + 0. 57 s + 0. 88 s + 0. 57 s + 0. 5 s + 0. 62 s = 4. 26 s 3 結(jié) 語 根 據(jù) 加 工 中 心 換 刀 機 械 手 運 動 過 程 的 速 度 按 梯 形 規(guī) 律 變 化 ,可 以 推 導(dǎo) 出 換 刀 機 械 手 時 間 。 為 加 工 中 心 換 刀 機 械 手 設(shè) 計 提 供 參 考 。 參 考 文 獻 [1 ] 廉 元 國 ,張 永 洪 . 加 工 中 心 設(shè) 計 與 應(yīng) 用 [ M ]. 北 京 :機 械 工 業(yè) 出 版 社 ,1995. [2 ] 劉 又 午 . 數(shù) 字 控 制 機 床 [ M ]. 北 京 :機 械 工 業(yè) 出 版 , 1983. [3 ] 機 電 一 體 化 手 冊 編 委 . 機 電 一 體 化 技 術(shù) 手 冊 [ M ]. 北 京 :機 械 工 業(yè) 出 版 ,1994. ·5·第 6 期 呂 金 麗 ,等 :加 工 中 心 換 刀 機 械 手 運 動 時 間 的 計 算
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