【正文】 當(dāng)手筆碰鐵碰到行程開關(guān)時(shí)， 2DT 斷電（手。 步進(jìn)選線器跳步，使 8DT 通電，定位油缸 17 動(dòng)作，插定位銷，壓力繼電器 40 發(fā)出電信號經(jīng)發(fā)出電信號。經(jīng)步進(jìn)選線器跳步，使電磁鐵 9DT 通電，換向閥 28 右 邊通道接通油路，壓力油經(jīng) QI（ 31）的單向閥進(jìn)入手臂回轉(zhuǎn)油缸一腔使手臂回轉(zhuǎn) 115176。 當(dāng)橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)上的碰鐵碰到行程開關(guān)，使 13DT 斷電，并發(fā)出電信號經(jīng)步進(jìn)選線器跳步使 6DT 通電，則換向閥 18 右邊接通油路，壓力油通過單向調(diào)速閥 19 的單向閥進(jìn)入手腕回轉(zhuǎn)油缸一腔，使手腕回轉(zhuǎn) 115176。在手臂上升到預(yù)定位置，碰行程開關(guān)，使電磁鐵 4DT 斷電，電液換向閥 33 復(fù)位成 “O”型滑閥機(jī)能狀態(tài)，發(fā)出電信號經(jīng)步進(jìn)選線器跳步，使電磁鐵 2DT 通電，電液換向閥 25 左邊接通油路，壓力油通過電液換向閥 25 左邊通道，經(jīng)過單向調(diào)速閥 26 的單 向閥進(jìn)入受臂伸縮油缸左腔使受臂縮回。定位后此支油路系統(tǒng)壓力升高，壓力繼電器 40 發(fā)出電信號，經(jīng)過步進(jìn)選線器跳步使電磁鐵 1DT 通電，電液換向閥 25 從 “O”型滑滑機(jī)能狀態(tài)變成通路，壓力油泵從 3 和 8經(jīng)單向閥 14 和 13，經(jīng)過電液換向閥 25 右邊通道進(jìn)入手臂伸縮油缸的右腔，使活塞桿帶動(dòng)導(dǎo)向桿作前伸運(yùn)動(dòng)（因活塞缸固定），手臂前伸到適當(dāng)位置，裝在手臂上的碰鐵碰行程開關(guān)發(fā)出電信號，經(jīng)步進(jìn)選線器和時(shí)間繼電器 延時(shí)，是電磁鐵 3DT 通電，手指 35 張開；手臂靠慣性滑行，手指移到待上料的中心位置。 當(dāng)熱棒料到達(dá)上料的位置后，由于 1150℃ 的熱料使光電繼電器發(fā)出電信號（或經(jīng)過人工啟動(dòng)） ，經(jīng)過步進(jìn)選線器跳步，使機(jī)械手開始按程序動(dòng)作。 下面以上料機(jī)械手的一個(gè)典型動(dòng)作程序?yàn)槔Y(jié)合圖 8 來說明其動(dòng)作循環(huán)。系統(tǒng)的壓力由溢流閥來調(diào)節(jié)。當(dāng)反向進(jìn)油時(shí)，油箱通過控制油路將單向閥芯頂開，使回油路接通，油液流回油箱。當(dāng)活塞要上升時(shí)，壓力油液經(jīng)單向閥進(jìn)入升降油缸下腔而不會(huì)被順序閥所阻，這樣采用單向順序閥克服手臂等自重，以防下滑，性能穩(wěn)定可靠。 手臂升降油缸支路設(shè)置有單向順序閥（ XI63B），可以調(diào)整順序閥的彈簧力使之在活塞、活塞桿及其所支承的手臂等自重所引起的油液壓力作用下仍保持?jǐn)嗦?。手臂的升降油缸及伸縮油缸工作時(shí)兩個(gè)油泵同時(shí)供油；手臂及手腕的回轉(zhuǎn)和手指夾緊用的拉緊油缸以及手臂回轉(zhuǎn)的定位油缸工作時(shí)只有小油泵供油，大泵自動(dòng)卸荷。 自動(dòng)上料機(jī)械手液壓系統(tǒng)原理介紹 圖 9 機(jī)械手液壓系統(tǒng)圖 34 液壓系 統(tǒng)原理如圖 8所示。 上述動(dòng)作均由電控系統(tǒng)發(fā)信控制相應(yīng)的電磁換向閥，按程序依次步進(jìn)動(dòng)作而實(shí)現(xiàn)的。 → 拔定位銷 → 手臂回轉(zhuǎn) 115176。它的動(dòng)作順序是：待料（即起始位置。 繪制液壓系統(tǒng)圖的一般順序是：先確定油缸和油泵，再布置中間的控制調(diào)節(jié)回路和相應(yīng)元件，以及其他輔助裝置，從而組成整個(gè)液壓系統(tǒng)，并用液壓系統(tǒng)圖形符號，畫出液壓原理圖。液壓系統(tǒng)圖是各種液壓元件為滿足機(jī)械手動(dòng)作要求的有機(jī)聯(lián)系圖。交流電磁閥起動(dòng)性能好，換向時(shí)間短，接線簡單，價(jià)廉，但是如吸不上時(shí)容易燒壞，可靠性差，換向時(shí)有沖擊，允許換向頻率底，壽命較短。交流電磁閥的使用電壓一般為 220V（也有 380V 或 36V），直流電磁閥的使用電壓一般為 24V（或 110V）。 3 方向控制回路 在機(jī)械手液壓系統(tǒng)中，為控制各油缸、馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)方向和接通或關(guān)閉油路，通常采用二位二通、二位三通、二位四通電磁閥和電液動(dòng)滑閥，由電控系統(tǒng)發(fā)出電信號，控制電磁鐵操縱閥芯換向，使油缸及油馬達(dá)的油路換向，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和正反向轉(zhuǎn)動(dòng)。其原因是負(fù)荷變化會(huì)引起節(jié)流閥進(jìn)出油口的壓差變化，因而使通過節(jié)流閥的流量以至油缸的速度變化。 采用節(jié)流閥進(jìn)行節(jié)流調(diào)速時(shí)，負(fù)荷的變化會(huì)引起油缸速度的變化，使速度穩(wěn)定性差。 節(jié)流調(diào)速閥的優(yōu)點(diǎn)是：簡單可靠、調(diào)速范圍較大、價(jià)格便宜。本機(jī)械手采用定量油泵節(jié)流調(diào)速回路。 2 速度控制回路 液壓機(jī)械手各種運(yùn)動(dòng)速度的控制，主要是改變進(jìn)入油缸的流量 Q。第二是防止空氣混入系統(tǒng)。當(dāng)一旦電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，油泵不再向外供油，系統(tǒng)中原有的高壓油液具有一定能量，將迫使油泵反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)果產(chǎn)生噪音，加速油泵的磨損。其作用有二：第一是保護(hù)油泵。本機(jī)械手采用單向順序閥做平衡閥實(shí)現(xiàn)任意位置鎖緊的回 路。 ④ 平衡與鎖緊回路 在機(jī)械液壓系統(tǒng)中，為防止垂直機(jī)構(gòu)因自重而任意下降，可采用平衡回路將垂直機(jī)構(gòu)的自重給以平衡。此機(jī)械手采用二位二通電磁閥控制溢流閥遙控口卸荷回路。 1 壓力控制 回路 ① 調(diào)壓回路 在采用定量泵的液壓系統(tǒng)中，為控制系統(tǒng)的最大工作壓力，一般都在油泵的出口附近設(shè)置溢流閥，用它來調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，并將多余的油液溢流回油箱。 (三 )機(jī)械手液壓系統(tǒng)的控制回路 機(jī)械手的液壓系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)械手自由度的多少，液壓系統(tǒng)可繁可簡，但是總不外乎由一些基本控制回路組成。的液動(dòng)機(jī)，一般叫作回轉(zhuǎn)油缸（或稱擺動(dòng)油缸）。手臂做直線運(yùn)動(dòng)，液動(dòng)機(jī)就是手臂伸縮油缸。 （二） 液壓系統(tǒng)的組成 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成： ① 油泵 它供給液壓系統(tǒng)壓力油，將電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能，用這壓力油驅(qū)動(dòng)整個(gè)液壓系統(tǒng)工作。手臂做各種運(yùn)動(dòng)的速度決定于流入密封油 缸中油液容積的多少。壓力油經(jīng)過管道及一些控制調(diào)節(jié)裝置等進(jìn)入油缸，推動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)，從而使手臂作伸縮、升降等運(yùn)動(dòng)，將油液的壓力能又轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。 31 四、 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) (一 ) 液壓系統(tǒng)簡介 機(jī)械手的液壓傳動(dòng)是以有壓力的油液作為傳遞動(dòng)力的工作介質(zhì)。對于形狀復(fù)雜的零件，可劃分為幾個(gè)簡單的零件分別進(jìn)行 計(jì)算，其中有的部分可當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)計(jì)算。直接計(jì)入回轉(zhuǎn)缸效率中 ， 則 M=M?慣驅(qū)， η 取 0M =J wt??慣 式中： w? —— 角速度變化量（ rad/s） t? —— 啟動(dòng)過程時(shí)間， ～ ,取 ?? 0J —— 手臂回轉(zhuǎn)部件（包括工件）對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 3. 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 ① 臂部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 臂部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩應(yīng)根據(jù)啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力矩與回轉(zhuǎn)部件支承處的摩擦力矩來計(jì)算。 則： = + + + 0 . 1 6 0 . 0 3 0 . 0 5 6 2 . 5 4 9 0F F F F F G F F F? ? ? ? ? ?回 慣摩 密 得出， F=727N k2= F 72 7 18 17 .?? ? ? ?實(shí) ② 結(jié)構(gòu)尺寸的確定 缸內(nèi)徑計(jì)算： 64 4 1 8 1 7 . 5 3 4 . 92 1 0 0 . 9 5FD m mp? ? ? ?? ? ?? ? ?， 取 D=160mm 根據(jù)強(qiáng)度要求，計(jì)算活塞桿直徑 d: 64 4 1 8 1 7 . 5 4 . 8[ ] 1 0 0 1 0Fd m m? ? ? ?? ? ??? ， 1 802d D mm?? 結(jié)構(gòu)上，活塞桿內(nèi)部裝有花鍵及花鍵套，能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向作用，同時(shí)可使活塞桿在升降運(yùn)動(dòng)中傳動(dòng)平穩(wěn)，且獲得較大剛度。 2. 升降缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 ① 臂垂直升降運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 手臂作垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，除克服摩擦阻力和慣性力之外，還要克服臂部運(yùn)動(dòng)部件的重力，故其驅(qū)動(dòng)力可按下式計(jì)算： = + + +F F F F F G?回 慣摩 密 28 其中： F摩 ——各支承處的摩擦力（ N） ， F F f? 理摩 ， f=； F密 —— 同上， = + = 0 .0 3F F F F理?xiàng)U活 塞密 F回 —— 同上， = 理 F慣 —— 4 9 0 0 . 0 2 5 6 2 . 59 . 8 0 . 0 2GvFNgt? ?? ? ???總慣 G——臂部運(yùn)動(dòng)部件 及工件 的總重量（ N） ， 490N； 177。= ② F密 的計(jì)算 ： 當(dāng)液壓缸的工作壓力小于 a10MP ，活塞桿直徑 為液壓缸直徑的一半，則活塞和活塞桿都采用 O 型密封圈，此時(shí)液壓缸的密封阻力為： = + = 0 .0 3F F F F驅(qū)桿活 塞密 26 ③ F回 計(jì)算 ： 一般背壓阻力較小， F回 取 ④ F慣 的計(jì)算： v 392 = ????慣 式中 ： Δ v—— 由靜止加速到常速的變化量 Δ t—— 起動(dòng) 過程時(shí)間，一般取 ～ ，取Δ t= 則： = + + + 1 3 1 . 1 0 . 0 3 0 . 0 5 1 5 0F F F F F F F? ? ? ?回理 理 理慣摩 密 得： F理 = 實(shí)際驅(qū)動(dòng)力 k2= 30 76 4 F N?? ? ? ?理實(shí) 式中： k—— 安全系數(shù)， k=2； η —— 傳力機(jī)構(gòu)機(jī)械效率， η =. (2) 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸 液壓缸內(nèi)徑的結(jié)構(gòu)尺寸，如圖，當(dāng)進(jìn)入無桿腔 21= 4DF F p ???? 當(dāng)油進(jìn)入有桿腔 222 ()= 4DdF F p ????? 液壓缸的有效面積： 1FS p? 27 因此，64 4 7 6 4 2 2 . 82 1 0 0 . 9 5FD m mp? ? ? ?? ? ?? ? ?， 取 D=63mm 式中： F—— 驅(qū)動(dòng)力 1p —— 液壓缸的工作壓力 d—— 活塞桿直徑 D—— 液壓缸內(nèi)徑 η —— 液壓缸機(jī)械效率，在工程機(jī)械中用耐油橡膠可取 。 由 0AM?? 知， bGL Fa? b GLF a? 又 0Y?? 則 abF F G?? ? +aaa LFG??? ????總 ? aab 2 L + 2 1 8 4 . 5 3 0 0= + = 0 . 1 5 3 9 2 1 3 1 . 1 N300b aF F F F F G a? ? ? ????? ? ? ? ? ?????摩 摩 摩 總 其中： L—— 重心距導(dǎo)向套前端距離 , a —— 導(dǎo)向套長度， 300mm 181。 其 理論 驅(qū)動(dòng)力可按下式計(jì)算： = + + +F F F F F回理 慣摩 密 估計(jì)參與手臂伸縮運(yùn)動(dòng)部件總重量 G (1 0 3 0 ) 9 .8 3 9 2 N? ? ? ?,且重心位置距導(dǎo)向套前端面距離為 200mm。機(jī)械手工作時(shí)，臂部所受的負(fù)荷主要有慣性力、摩擦力和重力等。 (四 ) 手臂的設(shè)計(jì) 計(jì)算 為便于進(jìn)行液壓機(jī)械手的設(shè)計(jì)計(jì)算，我們分別敘述伸縮液壓缸、升降液壓缸、回轉(zhuǎn)液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算，解決臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算問題，結(jié)合前面有關(guān)臂部和機(jī)身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最終定出臂部和機(jī)身的結(jié)構(gòu)。 24 圖 6 手臂 升降和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)圖 (三 ) 手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 實(shí)現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)形式是多種多樣的，常用的有回轉(zhuǎn)缸、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)等。其導(dǎo)向作用靠立柱的平鍵 9 實(shí)現(xiàn)。當(dāng)升降缸上下兩腔通壓力油時(shí)，活塞杠 4 做上下運(yùn)動(dòng)，活塞缸體 2 固定在旋轉(zhuǎn)軸上。如 下 圖所示，在導(dǎo)向桿 1的尾端用支承架 4 將兩個(gè)導(dǎo)向桿連接起 來，支承架的兩側(cè)安裝兩個(gè)滾動(dòng)軸承 2，當(dāng)導(dǎo)向桿隨同伸縮缸的活塞桿一起移動(dòng)時(shí)，支承架上的滾動(dòng)軸承就在支承板 3 的支承面上滾動(dòng)。對于伸縮行程大的手臂，為了防止導(dǎo)向桿懸伸部分的彎曲變形，可在導(dǎo)向桿尾部增設(shè)輔助支承架，以提高導(dǎo)向桿的剛性。目前采用的導(dǎo)向裝置有單導(dǎo)向桿、雙導(dǎo)向桿、四導(dǎo)向桿和其他的導(dǎo)向裝置，本機(jī)械手采用的是 雙導(dǎo)向桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 。 23 圖 5 雙導(dǎo)向桿手臂的伸縮結(jié)構(gòu) 導(dǎo)向裝置 液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手手臂在進(jìn)行伸縮（或升降）運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩的作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計(jì)手臂的結(jié)構(gòu)時(shí)，必須采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向裝置。由于手臂的伸縮油缸安裝在兩導(dǎo)向桿之間，由導(dǎo)向桿承受彎曲作用 ，活塞桿只受拉壓作用，故受力簡單，傳動(dòng)平穩(wěn)，外形整齊美觀，結(jié)構(gòu)緊湊。手臂和手腕是通過連接板安裝在升降油缸的上端，當(dāng)雙作用油缸 1 的兩腔分別通入壓力油時(shí)，則推動(dòng)活塞桿 2（即手臂）作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。由于活塞油缸的體積小、重量輕，因而在機(jī)械手的手臂機(jī)構(gòu)中應(yīng)用比較多。 (二 ) 手臂直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 機(jī)械手手臂的伸縮、升降均屬于直線運(yùn)動(dòng)，而實(shí)現(xiàn)手臂往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)形式比較多，常用的有活塞油（氣）缸、活塞缸和齒輪 齒條機(jī)構(gòu)、絲桿螺母機(jī)構(gòu)以及活塞缸和連桿機(jī)構(gòu)。 ④ 運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)、定位精度要高 由于臂部運(yùn)動(dòng)速度越高、重量越大，慣性力引起的定位前的沖擊也就越大，運(yùn)動(dòng)即不平穩(wěn)，定位精度也