換刀機(jī)械手設(shè)計(jì)帶CAD圖
換刀機(jī)械手設(shè)計(jì)帶CAD圖,機(jī)械手,設(shè)計(jì),CAD
文章編號:1009 - 671X(2002)06 - 0004 - 02加工中心換刀機(jī)械手運(yùn)動時(shí)間的計(jì)算呂金麗,黃國權(quán)(哈爾濱工程大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150001)摘 要:加工中心換刀機(jī)械手的運(yùn)動速度按照梯形規(guī)律變化,計(jì)算出換刀機(jī)械手的運(yùn)動時(shí)間。關(guān) 鍵 詞:加工中心;換刀機(jī)械手;運(yùn)動時(shí)間中圖分類號:TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:ACalculating the Movement Time of Machining Centerof Exchange Cutter ManipulatorLU Jin-li , HUANG 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 accor2dance with the change of ladder-shaped law , and the movement time of exchange cutter manipulator wascalculated.Key words:machining center ; exchange cutter manipulator ; movement time0 引 言加工中心換刀機(jī)械手運(yùn)動時(shí)間是加工中心自動換刀裝置設(shè)計(jì)中要考慮的性能指標(biāo)。它的運(yùn)動特點(diǎn)是運(yùn)動循環(huán)工作時(shí)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(yùn)動過程中,加工中心換刀機(jī)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(jī)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(yùn)動過程時(shí)的工作參數(shù)。在此,本文主要研究加工中心換刀機(jī)械手運(yùn)動時(shí)間的計(jì)算方法。1 換刀機(jī)械手運(yùn)動時(shí)間的計(jì)算方法換刀機(jī)械手運(yùn)動情況如圖1所示的運(yùn)動速度變化規(guī)律。加工中心換刀機(jī)械手運(yùn)動速度按梯形規(guī)律變化。換刀機(jī)械手運(yùn)動時(shí)間,在速度按梯形規(guī)律變化時(shí),可以推導(dǎo)出。其中aq為起動加速度,az為制動加速度。|aq| = tanq=vtq|az| = tanz=vtzt-tx=tq+tz(t-tx) (t+tx)v2= (tq+tz)v(t+tx)v(t2-tx2)v2tqtz=(tq+tz)vtqtz(t+tx)v圖1換刀機(jī)械手運(yùn)動速度變化規(guī)律t21 - (txt)2v2tqtz= (vtq+vtz) (t+tx)vt2=(vtq+vtz) (t+tx)vvtqvtz1 - (txt)2t=(vtq+vtz) (t+tx)vvtqvtz1 - (txt)2因?yàn)閍q=vtq 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(xué)機(jī)電工程學(xué)院講師,主要研究方向:機(jī)械CAD技術(shù)。第29卷第6期 應(yīng) 用 科 技 Vol. 29 ,. 62002年6月 AppliedScienceandTechnology Jun. ,2002az=vtz令=txt表示運(yùn)動速度曲線特性的參數(shù),l=(t+tx)v2為換刀機(jī)械手的位移路程,v為勻速運(yùn)動的速度。故此,上面的式子就可以寫成:t=2l(aq+az)aqaz(l-2)(1)式(1)可以進(jìn)一步化為方便的公式是t=eaz1 +k(vazl)2vazl(2)式中k=aqaz,起動和制動時(shí)加速度之比。假若把運(yùn)動時(shí)間t和能量的線性組合函數(shù)的最小值作為優(yōu)化準(zhǔn)則,那么換刀機(jī)械手的優(yōu)化運(yùn)動速度是可以求出的。vazl的優(yōu)化值為0. 350. 63.優(yōu)化運(yùn)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(yùn)動速度,如果位移增加,那么優(yōu)化速度的值就增大。 換刀機(jī)械手速度的優(yōu)化值一般為0. 421. 26 ms.加速度的大小受到換刀機(jī)械手的振動程度所限制。為了減少振動,必須使制動時(shí)間tz遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于換刀機(jī)械手 固 有 振 動 周 期T.在 大 多 數(shù) 情 況 下,T= 0. 020. 04 s ,tz= 0. 080. 12 s.故此,換刀機(jī)械手在行程l= 0. 150. 4 m時(shí),必須使az= 37 ms2.在行程l= 0. 70. 8 m時(shí),必須使az= 1012 ms2.2 計(jì)算例題對于某種加工中心換刀機(jī)械手交換刀具的運(yùn)動情況是這樣的,換刀機(jī)械手從初始的位置旋轉(zhuǎn)90,時(shí)間t1;刀具在主軸中放松,時(shí)間t2;換刀機(jī)械手沿Z軸伸出170 mm ,時(shí)間t3;機(jī)械手從初始的位置旋轉(zhuǎn)180,時(shí)間t4;然后沿著Z軸返回初始的位置,時(shí)間t5;刀具在主軸中夾緊,時(shí)間t6;換刀機(jī)械手旋轉(zhuǎn)90 回到原始的位置,時(shí)間t7.現(xiàn)在來計(jì)算所需要的運(yùn)動時(shí)間。換刀機(jī)械手交換運(yùn)動速度按梯形規(guī)律變化就可以來計(jì)算各步的運(yùn)動時(shí)間。1)換刀機(jī)械手夾爪中心軌跡 弧 長 半 徑R = 260 mm.當(dāng)?shù)毒咝D(zhuǎn)90 時(shí),刀具運(yùn)動的優(yōu)化速度為v1= 0. 55az1l1當(dāng)az1= 6 ms2,l1=R2= 0. 41 m時(shí),v1= 0. 86 ms.刀具旋轉(zhuǎn)90 時(shí)間為t1=l1az11 +k(v1az1l1)2v1az1l1當(dāng)v1az1l1= 0. 55 ,k= 1時(shí),t1= 0. 62 s.2)刀具機(jī)械手旋轉(zhuǎn)90 回到初始的位置,時(shí)間t7,在上述同樣條件下可計(jì)算出t7= 0. 62 s.3)刀具在主軸中放松,時(shí)間t2,確定為t2= 0. 5 s.4)換刀機(jī)械手沿Z軸伸出170 mm時(shí),換刀機(jī)械手沿軸向位移優(yōu)化速度定為v3= 0. 55az3l3當(dāng)az3= 3.5ms,l3=170 mm時(shí),v3=0.42 ms.如果取起動加速度aq3= 5 ms2,k=aq3az3=1. 43 ,換刀機(jī)械手沿軸向位移的時(shí)間t3為t3=l3az31 +k(v3az3l3)2v1az3l3= 0. 57 s5)換刀機(jī)械手沿著Z軸返回到初始的位置,時(shí)間t5,在上述同樣條件下可計(jì)算出t5= 0. 57 s.6)換刀機(jī)械手從原始的位置旋轉(zhuǎn)180,刀具運(yùn)動的優(yōu)化速度為v4= 0. 55az4l4 當(dāng)az4= 6 ms2,l4=R= 3. 140. 26= 0. 82 m時(shí),v4= 1. 22 ms.機(jī)械手旋轉(zhuǎn)180 的時(shí)間t4為t4=l4az41 +k(v4az4l4)2v4az4l4當(dāng)v4az4l4= 0. 55 ,k= 1時(shí),t4=0. 88 s.7)刀具在主軸夾緊,時(shí)間t6,定義t6= 0. 5 s.通過上述的計(jì)算確定就可以得出用于刀具交換的總的時(shí)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 s3 結(jié) 語根據(jù)加工中心換刀機(jī)械手運(yùn)動過程的速度按梯形規(guī)律變化,可以推導(dǎo)出換刀機(jī)械手時(shí)間。為加工中心換刀機(jī)械手設(shè)計(jì)提供參考。參 考 文 獻(xiàn)1 廉元國,張永洪.加工中心設(shè)計(jì)與應(yīng)用M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1995.2 劉又午.數(shù)字控制機(jī)床M.北京:機(jī)械工業(yè)出版,1983.3 機(jī)電一體化手冊編委.機(jī)電一體化技術(shù)手冊M.北京:機(jī)械工業(yè)出版,1994.5第6期 呂金麗,等:加工中心換刀機(jī)械手運(yùn)動時(shí)間的計(jì)算
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