直動型弧面凸輪機械手的設計

張 麗ZHANG LI

（遼寧省機電工程學校 模具焊接教研室，遼陽 111004）

0 引言

近年來，自動機械手發展很快，純機械的機械手，在可靠性,價格方面具有優越性?；∶嫱馆啓C械手作為一種新型機械手，具有結構緊湊、可靠性好、成本低、精度高的特點，在現代生產上仍具有十分重要的地位。

1 方案的擬定與比較

1.1 設計要求

1.1.1 主要參數，如表1所示

表1 主要參數

1.1.2 運動循環要求

此機械手用于沖模送料中，其輸出軸的運動軌跡。

圖1 運動循環圖

1、2、4、5是升降運動，其高度就是機械手的豎直行程。3、6為水平運動。機械手在升降凸輪控制下向下運動接近工件，到位后在短暫的停歇期靠手爪抓取工件。手臂向上運動到一定位置，升降運動停止。手臂在水平凸輪控制下作水平運動。待運動到位后，由升降凸輪控制到達所需位置后，手爪放下工件，回升。最后在水平凸輪的控制下回到初始位置，完成一個工作循環。

凸輪機械手的實際運動軌跡是由水平和升降兩種直線運動組合而成的，分別靠相應的凸輪來控制實現，要求兩個凸輪的運動有良好的配合。

1.2 方案擬定

確定方案：

采用兩個弧面凸輪，從動盤上有兩個軸線沿轉盤徑向分布的滾子，跨在凸輪圓環面的突脊上。靠輪廓面推動從動盤擺動，從而實現輸出手臂的水平豎直運動。可見右邊的示意圖：圖2所示。方案結構簡單，采用空間凸輪，設計、加工復雜，在數控機床上可加工出高精度的空間凸輪。

圖2 示意圖

2 主要運動參數和幾何尺寸的確定

2.1 凸輪升程角及停歇角分布

本設計根據要求機械手每分鐘的工作循環60次，工作循環時間即周期Tp＝1s。

由于凸輪機械手運動曲線由兩組獨立的弧面凸輪經一定的機構變換組合而成。經分解后，可知其有以下幾個時間段組成。如圖3所示。

圖3 工作循環圖

2.2 主要運動參數

3 主要零件的設計與計算

3.1 桿長計算

由圖4可看出桿1長度為│BD│的長度

│BD│＝75/sin20°－(60－10)＝169.28mm

│OC│＝75/tan20°＝206.06mm

則滑槽的理論長度為│CE│

│CE│＝│OB│－│OC│

圖4 計算桿1的長度

＝ 75/sin20°－ 75/tan20°

＝13.22mm

考慮到豎直行程為70mm，則滑槽的實際長度為：

1個豎直行程+滑槽的理論長度+滾子半徑+余量

3.1.2 計算桿2的長度經推算桿2長為 151.56mm

3.2 滾子的設計

滾子的要求較高，要有準確的定位，摩擦小、轉動靈活、便于潤滑。要用一種專用軸承NAKD35型軸承。

3.3 水平從動盤設計

此機構上應設有兩個安裝滾子的孔，由于滾子直接和凸輪接觸，所以這兩個安裝孔的要求較高，特別是垂直度、粗糙度及孔中心線間的夾角等都有嚴格的要求.為了安裝和拆卸的要求，不影響其強度，且便于安裝,可在其下部再鉆一小孔。滾子與從動盤間的配合為H7/s6，過盈配合。在A向處要安裝連桿1，為保證足夠強度，采用四個M6×20的內六角螺釘。提升從動盤的結構與形式與此大致一致。

4 直動型凸輪式機械手系列設計LPP200

4.1 方案確定

根據工藝要求等條件，確定其結構如圖5-1所示。該機構由兩個凸輪機構組成。一個推動輸出端W作X方向的水平運動；另一個使W作Z方向的垂直運動。從動件中的三個滑動副可以保證X、Z兩個方向的運動互相獨立。兩個從動系統可以把行程放大

根據生產條件給定：

行程：X 方向HX＝200mm

Z 方向HZ＝70mm

設計速度：ω＝2Πs-1（即凸輪所在軸——輸入軸的轉速60/min）

4.2 基本參數計算

4.2.1 主要距離計算

根據給定的條件可計算出主要距離，如表2所示：

表2 主要距離計算

4.2.2 動程角的確定

在一個運動循環中水平X方向要完成兩個行程，豎直Z方向要完成四個行程。設B、D抓放動作都需要相當于凸輪轉角30°的時間（即30/360＝1/12秒）因此，應在300°凸輪轉角內完成上述六個行程。若設X、Z方向運動完成一個行程的時間分別是thx、thz，相應的凸輪動程角θhx、θhz，設兩個方向取相同的運動規律，而且實際加速度也相等。

為了兩個凸輪的動程角，改善其受力狀況，可讓X、Z向的運動有一段時間內同時進行，采用倒“U”型的運動軌跡。

θhx＝ 80° θhz＝ 60°

4.3 結構設計

自動機械中的凸輪機構結構設計應滿足工藝要求，能實現預定的運動，能承受工作中連續載荷的作用，尺寸緊湊而符合整機的安裝要求，易于加工與裝配，而且成本低、壽命長。為了保證凸輪的形位約束，X向凸輪可采用一組共扼盤形凸輪，為提高裝配的精度，減少端面的跳動，可將它們裝在同一個凸輪座上。Z向凸輪則可做成槽凸輪。作為自動機械的從動件，可分為直動桿和擺桿。從動件除受拉、壓應力外，還常常受到彎矩作用，應此必須具有足夠的抗壓和抗彎剛度。

先將裝配圖草圖繪制如下，并表出主要部件與附件，以便對設計有一總體的認識和了解。

圖5 裝配圖

5 結束語

間歇傳動是自動機械和半自動機械中常見的機械傳動方式之一，其作用是使設備中某些構件產生周期性的運動和停歇。對于弧面凸輪間歇擺動驅動裝置，國內未見到有此類型的機構出現。所以本設計具有一定的挑戰性及現實意義。

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