換刀機械手設(shè)計帶CAD圖
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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(xué) 機電工程學(xué)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。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(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(biāo)。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| = 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換刀機械手運動速度變化規(guī)律t21 - (txt)2v2tqtz= (vtq+vtz) (t+tx)vt2=(vtq+vtz) (t+tx)vvtqvtz1 - (txt)2t=(vtq+vtz) (t+tx)vvtqvtz1 - (txt)2因為aq=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)機電工程學(xué)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 ,. 62002年6月 AppliedScienceandTechnology Jun. ,2002az=vtz令=txt表示運動速度曲線特性的參數(shù),l=(t+tx)v2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=2l(aq+az)aqaz(l-2)(1)式(1)可以進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(zhǔn)則,那么換刀機械手的優(yōu)化運動速度是可以求出的。vazl的優(yōu)化值為0. 350. 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. 421. 26 ms.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(yuǎn)遠(yuǎn)大于換刀機械手 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,換刀機械手在行程l= 0. 150. 4 m時,必須使az= 37 ms2.在行程l= 0. 70. 8 m時,必須使az= 1012 ms2.2 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(dāng)?shù)毒咝D(zhuǎn)90 時,刀具運動的優(yōu)化速度為v1= 0. 55az1l1當(dāng)az1= 6 ms2,l1=R2= 0. 41 m時,v1= 0. 86 ms.刀具旋轉(zhuǎn)90 時間為t1=l1az11 +k(v1az1l1)2v1az1l1當(dāng)v1az1l1= 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t7,在上述同樣條件下可計算出t7= 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. 55az3l3當(dāng)az3= 3.5ms,l3=170 mm時,v3=0.42 ms.如果取起動加速度aq3= 5 ms2,k=aq3az3=1. 43 ,換刀機械手沿軸向位移的時間t3為t3=l3az31 +k(v3az3l3)2v1az3l3= 0. 57 s5)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. 55az4l4 當(dāng)az4= 6 ms2,l4=R= 3. 140. 26= 0. 82 m時,v4= 1. 22 ms.機械手旋轉(zhuǎn)180 的時間t4為t4=l4az41 +k(v4az4l4)2v4az4l4當(dāng)v4az4l4= 0. 55 ,k= 1時,t4=0. 88 s.7)刀具在主軸夾緊,時間t6,定義t6= 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 s3 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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