【正文】 大臂上升 大臂回轉 手臂延伸 真空吸盤放下工件 手臂收縮 大臂反轉 大臂下降。 （四）真空吸盤式氣動機械手方案設計 （ 1） 對于真空吸盤式氣動的機械手，其工件的運動只需較少的自由度就能完成。 7 氣液聯(lián)合控制和電液聯(lián)合控制則使系統(tǒng)和結構上很復雜，故采 取氣壓傳動方式。 （ 2） 本機械手是專用自動機械手，選擇智能控制方式中的 PLC程序控制方式，這樣可以使機械手的結構更加緊湊和完美。 （ 3） 本機械手的執(zhí)行系統(tǒng)是手部機構。手部機構形式多樣，但綜合其總體構型，可分為：氣吸式、電磁式和鉗爪式 3種。根據(jù)本組合機床加工工件的特征，選擇氣吸式（真空吸盤式）手部結構。 （ 4）常見的工業(yè)機械手根據(jù)手臂的動作形態(tài) ,按坐標形式大致可以分為以下 4種 : 直角坐標型機械手、圓柱坐標型機械手、球坐標 (極坐標 )型機械手、多關節(jié)型機機械手。其中圓柱坐標型機械手結構簡單緊湊 ,定位精度較高 ,占地面積小，且根 據(jù)本機械手坐標形式分析分析本機械手臂的運動形式及其組合情況，采用圓柱坐標形式。因此方案確定機械手采用氣壓傳動方式， PLC控制，真空吸盤式手部結構，圓柱坐標形式。 8 三 真空元件的設計及參數(shù)計算 （一）真空吸盤吸持工件的動力學分析 在產(chǎn)品包裝、物體傳輸和機械裝配等自動作業(yè)線上 ,使用真空吸盤來抓取物體的案例越來越多。柔而有彈性的吸盤可以很方便地實現(xiàn)諸如工件的吸持、脫開、傳遞等搬運功能 ,并確保不損壞其作用之對象。而吸持力靠真空系統(tǒng)維持 ,真空的產(chǎn)生可以是由電動機、真空泵以及各種 真空器件所組成的真空系統(tǒng)來提供，也可以由壓縮空氣通過真空發(fā)生器所產(chǎn)生的二次真空來提供。前者需要配置獨力的真空系統(tǒng) ,而后者可以利用一般生產(chǎn)過程中已有的空氣壓縮系統(tǒng)。因此 ,特別在各種包裝作業(yè)過程中 ,利用二次真空方法顯得十分方便、經(jīng)濟。真空發(fā)生器的原理是 壓空氣通過收縮的噴騰后 ,從噴嘴噴射出的高速氣流卷吸周圍的靜止流體和它一起向前流動 ,從而在接受室形成負壓 ,誘導二次真空。這樣的真空系統(tǒng) ,尤其對于不需要大流量真空的工況條件更顯出它的優(yōu)越性。真空發(fā)生器的結構及參數(shù)設計 ,可以根據(jù)需的真空度設計出所需的真空發(fā) 生器。用真空吸盤來抓取物體 ,可以根據(jù)物體的不同形狀實現(xiàn)任意角度的傳遞。 在此次設計中，工件平放；故從水平方向對真空吸盤的受力分析進行動態(tài)分析。如圖 。在圖 ,除了要吸持住工件負載外 ,還應該考慮吸盤移動時因工件的慣性力對吸力的影響。 圖 真空吸盤的安裝位置 9 （二）真空吸盤的選取 為了確保真空吸盤能完成給定的任務 ,需考慮一定的安全系數(shù) ,根據(jù)理論和實踐經(jīng)驗 ,真空吸盤的安全系數(shù) N一般取 ，因此 ,許用提升重量 = 理論提升 重量 /N=垂直提升力 /N 表 吸盤直徑、面積、垂直提升力參數(shù)表 吸盤垂直提升力（ N） 吸盤直徑 D(mm) 10 13 16 20 25 32 40 50 吸持面積（ cm178。） 吸盤垂直提升力（ N）（ ） 由上表可知，當工件重量為 2kg 時，許用提升重量為 ，欲使 安全系數(shù)達到要求，只需滿足 2 . 5?垂 直 提 升 力許 用 提 升 重 量 （ ） 即可，由表 選取吸盤直徑為 40mm 即可滿足 考慮到吸附物的可吸附尺寸（面），所選的吸盤直徑應設定為大于所需吸盤直徑（ D）因吸盤在吸附時會變形，吸盤的外徑將增加 10%左右。 因為真空壓力會使吸盤變形，所以吸附面積要比吸盤直徑小。變形度根據(jù)吸盤的材質，形狀，橡膠的硬度而有區(qū)別，因此，在計算得出吸盤直徑時需留出余量。安全系數(shù)中包括變形部分。 吸盤直徑雖表示吸盤的外徑，但利用 真空壓力吸附物體時，因真空壓會使橡膠變形，吸附面積也會隨之縮小?？s小后的面積即稱為有效吸附面積，此時的吸盤直徑即稱為有效吸盤直徑。 根據(jù)真空壓力，吸盤橡膠的厚度以及與吸附物的摩擦系數(shù)等不同，有效吸盤直徑也會有差異，一般情況可預估會縮小 10%。 綜合上述，所選吸盤參數(shù)為： 吸盤直徑 D=40mm， 吸盤吸持面積 A=，吸盤個數(shù) n=1，真空壓力 P=。 10 （三）真空發(fā)生器設計 真空發(fā)生器用于產(chǎn)生真空，結構簡單，體積小，無可動機械部件，安裝和使用都很方便，因此應用很廣泛，真空發(fā)生器產(chǎn)生的真空度 可達到 88kpa，真空發(fā)生器的工作原理如圖 所示。它是由先收縮后擴張的拉瓦爾噴管 負壓腔 和接收管 3等組成，有供氣口、排氣口和真空口，當供氣口的供氣壓力高于一定值后，噴管射出的超聲速射流。由于氣體的粘性，高速射流卷吸走負壓腔內的氣體，使該腔形成很低的真空度，在真空口 A處接上真空吸盤，靠真空壓力和吸盤吸取物體。 圖 真空發(fā)生器的結構原理圖 真空發(fā)生器的結構簡單，無可動機械部件，故使用壽命長。 真空發(fā)生器的耗氣量是指供給拉伐爾噴管的流量，它不但由噴嘴的直徑?jīng)Q定，還與供氣壓力有關。同意噴嘴直徑， 其耗氣量隨供氣壓力的增加而增加，如圖 。噴嘴直徑是選擇真空發(fā)生器的主要依據(jù)。噴起直徑越大，抽吸流量和耗氣量就越大，真空度越低；噴嘴直徑越小，抽吸流量和耗氣量越小，真空度越高。 11 圖 真空發(fā)生器耗氣量與工作壓力的關系 圖 所示為真空度特性曲線。由圖可知，真空度存在最大值 Pzmax，當超過最大值后，即使增加供氣壓力，真空度不但沒有增加反而下降。實際使用時，建議真空度選為（ 63%95%） Pzmax。 圖 真空發(fā)生器耗氣量與工作壓力的關系 在真空吸盤的選取時，已確定真空壓力為 ，由圖 、 可得，該真空 12 發(fā)生器耗氣量和真空度分別取 5L/min， 。 （四）其他元器件的選用 一個完整的真空吸附系統(tǒng)還包括真空過濾器 、 供給閥 、 破壞閥等 ， 真空過濾器的選擇 ZFB20006 型， 流量是 30L/min， 大于真空發(fā)生器的最大流量 24L/min， 滿足需求， 真空節(jié)流閥選擇 KLA 系列單向節(jié)流 KLAL6，公稱通徑是 6mm，有效截流面大于 5mm2,泄露量小于 50cm3/min,單向閥開啟壓力為 。 供給閥設置在壓力管路中，選擇一般的換 向閥 AB3 AB41 系列多流體二位二通直動截止電磁換向閥，型號： AB31016，公稱通徑 5mm， AB 接管螺紋 ZG1/8，有效截面面積 ,有效截面面積大于真空發(fā)生器噴嘴兒面積的 4倍，供氣口得連接管內徑大于噴嘴直徑的 4倍，減少供給回路的壓力損失。 真空換向閥設置在真空回路中，必須選擇能用在真空條件下的換向閥，真空換向閥要求不泄露，故選擇用截止式和導膜片式結構比較理想，選擇 09270、 09550系列多種流體二位二通先導膜片式電磁閥，型號： 0927000，接管螺紋 1/4in,通徑 8mm,換向頻率大 于 。 13 四 機械手控制系統(tǒng)設計 （一） 機械手電氣控制系統(tǒng)的概述 應用 PLC作為電氣控制，可以簡化控制線路，降低故障率，實現(xiàn)機械手多種動作線路。一般機械手有手動和自動控制之分，手動控制主要用來硬件調試。自動控制中也分單步、單周期、周期循環(huán)等工作狀態(tài)。其控制要求為：按下啟動按鈕，檢測氣動機械手是否處于原位，如果不是，按下復位按鈕回到原位，如果是，則檢測氣動機械手處于何種工作狀態(tài)下，單步意味著每按下一次啟動按鈕，機械手執(zhí)行一步動作；單周期指執(zhí)行一次 動作循環(huán)，最后回到初始位置；周期循環(huán)是機械手重復不斷的執(zhí)行動作，直到按下復位或停止按鈕為止。 根據(jù)機械手的硬件結構， PLC輸入信號有：工作狀態(tài)選擇開關輸入、啟動停止按鈕輸入、磁性接近開關信號輸入、手動開關輸入及程序選擇開關輸入共 22個輸入點；機械手的輸出信號有：驅動 4個氣缸的電磁閥線圈 4個，控制真空吸盤的電磁閥線圈 2個，原點指示燈 1個，共七個輸出點。選擇輸入點大于 22點，輸出大于 7點的 PLC。 機械手的定位系統(tǒng)采取定位塊定位，在設定位置裝置定位塊。并為了達到緩沖的目的，在滿足工作要求的前提下，設計盡量輕的零 部件。比如將某些鑄鋼件改用鋁合金制造，或者將一些實心的零件做成空心的，以此來減輕總質量。采取 PLC程序控制，控制系統(tǒng)選擇三菱公司的 FX1S系列的 PLC控制器。另外機械手還可進行回零等，其有手動控制方式和全自動控制。 自動生產(chǎn)線機械手的主要參數(shù) :吸持力 2kg；自由度數(shù)為 3；運動形式為圓柱坐標；手臂伸縮最大行程 300mm；手臂升降最大行程為 200mm；手臂回轉最大行程 180度，手臂升降速度為 150mm/s；大臂回轉角度范圍 090176。，大臂回轉速度為 135176。 /s；定位方式為定位塊；定位精度為；控制方式為點位式、 PLC控制；驅動方式為氣壓系統(tǒng)。 14 （二）機械手電氣控制程序 表 步序號 指令 數(shù)據(jù) 步序號 指令 數(shù)據(jù) 步序號 指令 數(shù)據(jù) 1 L