机械手气动回路设计.docx

机械手气动系统的设计 气压传动是依靠空气或其他气体作为介质，将压缩气体的压力能转化为机械能的一种传动方式。近20年来，随着PLC技术与气动技术的结合，使得整个气压传动系统在多种自动化生产线上得到了广泛的应用。气压传动以空气作为介质，取用方便没有污染，用完可以直接排入大气;由于空气黏度很小，所以气压传动可以实现中、远距离输送;气压传动的环境适应性好，无论在易燃、易爆，多尘埃、振动等环境中气压传动均能安全可靠的工作。但是，气压传动噪声较大，必须在排气端加装消声器来降低噪声。 气压传动系统主要由气体发生装置、执行元件、控制元件以及辅助元件四部分构成。气体发生装置将原动机提供的机械能转变成气体的压力能，一般使用空气压缩机。执行元件是以压缩空气为介质产生机械运动，将气体的压力能转变为机械能以驱动工作部件，包括气缸和气动马达。控制元件用来调节和控制压缩空气的压力、流量和流向，使执行机构按要求的程序和性能工作。控制元件种类比较多，基本包括压力、流量和方向三大类的各种阀。辅助元件是使压缩空气净化、润滑、消声以及用于元件间连接等所需要的一些装置，如分水过滤器、油雾器、消声器等。 由于气压传动技术具有控制动作迅速、反应快等优点，为了保证产品的一致性，减轻工人体力劳动，提高生产效率降低成本，气压传动技术广泛应用在生产自动化领域，尤其在生产线的连接中使用更加广泛。这项技术应用在注塑机械手上，可以明显降低机械手的重量，降低机械手总体的能耗，使得机械手产品变的更具有竞争力[16，17]。 1 气动系统总体方案描述 本课题设计的机械手所拾取的工件为注塑件，不具磁性起模面一般是规则的表面，最大重量为5kg，在拾取时不能划伤工件，一次只能拾取一件。由于废料在工件顶出以后仍与工件相连，需要有效的夹断废料，同时废料的夹持必须可靠以防止落入注塑机中。最后工件的翻转还要求工作平稳快速。 基于以上的要求选用气动设备来完成拾取的工作。在端拾器上安装真空吸盘，采用真空吸盘抓取和放置工件，能够有效地保护工件表面不被划伤，工件只受到自身重力作用，端拾器上的真空吸盘不给工件施加其他方向的力，工件在输送过程中不会产生变形。另外，端拾器上的真空吸盘可以根据被抓取工件的形状和尺寸调整自身位置。根据被抓取工件的重量，对真空系统中的元器件进行选型设计与计算，保证真空吸盘吸取工件之后工件不能脱落。安装的副臂上的气爪能够提供足够的夹紧力，有效夹断及夹持废料。翻转气缸采用气缓冲工作平稳、准确、快速完全能够满足小重量工件的翻转。 机械手的气回路要完成的动作包括：主臂工件的翻转、主臂工件的吸取、副臂废料的夹持。其中，工件翻转由气缸配合手部的翻爪组件来实现；工件的吸取/释放采用安装在端拾器中的吸盘来完成；最后废料的夹持，使用专用气爪来实现。推动翻爪翻转的气缸为双作用单杆活塞气缸，采用调速阀进行调速。吸盘的真空吸力使用专用的真空发生器来产生。真空吸盘的压力采用专门的真空压力开关进行检测。夹取气缸使用弹簧复位的单作用气缸。各个气动执行元件，均采用对应的电磁阀进行控制，在回路进气口安装有气动三连件进行气源的过滤，由于气压传动采用空气作为介质，摩擦较小，在气回路中不需要使用油雾器进行润滑，故省略油雾器。在各个排气孔配置消声器消减排气的噪音。整个气压传动部分的回路原理图如图3-14所示。 2翻转气缸的设计与选型 气回路系统的气源采用一般工厂气源，工作压力为0.4~0.6Mpa,气缸的机械效率η=0.8，翻转所用时间t=1.5s (1)确定气缸类型 根据设计要求翻转气缸需要用气缸杆做伸缩运动来带动翻转机构完成工件翻转的动作，可采用单杆双作用式气缸。同时为了能够使PLC检测到翻转机构运动，气缸的活塞中需要带有磁环，配合装在气缸壁外侧的磁性开关来检测信号[16]。 图3-14 气压传动部分回路原理图 Fig. 3-14 schematic diagram of air-operated system (2)计算气缸的直径D 要计算气缸的直径首先要计算气缸的工作负载。气缸的工作负载是指工作机构在满负荷情况下，以一定加速度启动时对气缸产生的总阻力。 （3-6） 其中：为工作机构的负载、自重等对气缸产生的作用力，这里就取最大抓取工件的重量5kg然后乘上一个安全系数1.5。 为工作机构在满负载下启动的静摩擦力，由公式得 其中：为摩擦因数，G为机构的自重 为气缸运动的惯性载荷，这里取15N 所以=73.58+13.25+15=101.83 N 由公式 （3-7） 其中：D—缸筒直径 d—活塞杆直径取 —气缸的工作负载。 p—系统的工作压力取0.4Mpa —气缸的机械效率取0.8 这里气缸直