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桁架機械手的動態特性分析

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桁架機械手的動態特性分析

2020-11-10


桁架機械手


桁架機械手選用龍門式結構,由Y向橫梁與導軌、Z向滑枕、十字滑座、立柱、過渡連接板和基座等部分組成,Y軸和Z軸皆選用滾輪導軌和齒輪齒條傳動系統,并安裝在高強度的鋁型材基礎上。該桁架機械手的主要技術參數如下:


桁架機械手結構組成


(1)行程: Y軸: 8000mm; Z軸: 1000mm


(2)移動速度: Y軸:120m/min; Z軸: 60m/min


(3)加速度: Y軸: 4m/s2 ; Z軸: 2.6m/s2


(4)抓取質量: 105kg


桁架機械手的工作狀態和使用壽命同其結構的動態特性有很大的關系,因此有必要對其進行詳細的動態特性剖析。動態特性的理論剖析和試驗研究,選用的主要辦法是模態剖析法,包含如下三大部分:


靜剛度剖析


靜剛度是衡量桁架機械手功能好壞的一個重要指標。根據上圖中的桁架機械手的結構來判斷,當滑枕沿豎直方向移動到下端時,其伸出量大,此刻變形也大,所以整機的靜剛度剖析選擇此刻機械手的方位來計算,可計算出滑枕下端沿各個軸向的靜位移量:


X軸向:0.210mm


Y軸向:0.190mm


Z軸向:0.010mm


由計算結果可知,整個組織在X方向的變形量大,剛度較弱,這是因為滑枕承載時,橫梁產生了歪曲變形所造成的。一起滑枕也是該機械手靜剛度的薄弱環節,能夠選用加強筋或增加滑枕鋁型材的壁厚等措施來提高靜剛度。


模態剖析


模態剖析用于承認結構的固有頻率和振型,其作用不只是為了避免各機械零件和結構在工作時產生共振,并且是剖析結構動態響應和其它動力特性的基礎。比如橫梁水平方向的曲折振蕩和橫梁的扭矩變形的模態剖析:


桁架機械手橫梁曲折振蕩桁架機械手橫梁扭矩變形


根據上述模態剖析圖可進行剖析,橫梁較低的曲折剛度給系統動態特性帶來的影響大。因為十字滑座和滑枕隨著橫梁一起振蕩和歪曲,將影響安裝在滑枕下端機械手部的定位精度,導致機械手在上下料時產生較大的誤差,從而影響工件在機床上的準承認位。此外,橫梁的曲折變形和歪曲變形直接影響固定在橫梁上的導軌的直線度和平行度,也對機械手的定位精度產生影響。





頻響應剖析


模態剖析可得到桁架機械手的模態振型,但這僅表示機械手各部位的相對振蕩狀況,如果把外力鼓勵再考慮進去,就可承認各階模態振型對整機振蕩作用的巨細,因此對桁架機械手進行頻響應特性剖析就能更清楚的看出機械手在動態載荷下的抗振功能。移動部件沿橫梁導軌的頻繁啟停以及滑枕的上下往復運動都簡單引起共振,因而整個機械手控制系統的規劃應盡量避免共振的產生,防止因為機械手的滑枕振蕩過大而導致裝卸工件時定位不準確。


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