【正文】 氣液傳送器氣缸側(cè)的排氣節(jié)流，可用來調(diào)整回轉(zhuǎn)液壓緩沖器的背壓大小 [21]。 凡是能采用排氣口節(jié)流方式的，都在電磁閥的排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘進(jìn)行調(diào)速 ， 這種方法的特點是結(jié)構(gòu)簡單 ，效果好， 如手臂伸縮氣缸在 附 近氣缸處安裝兩個快速排氣閥， 可加快起動速度 ，也可調(diào)節(jié)全程 速度。對于重載低速機(jī)械手， amax取 5m/s2以下，對于輕載高速機(jī)械手， amax取 5～ 10 m/s2。通常采用的辦法是先選定其中一個參數(shù)，然后校驗其余兩個參數(shù)。 在緩沖行程中，節(jié)流口恒定的，稱為恒節(jié)流式油缸端部緩沖裝置。 當(dāng)活塞運動到距油缸端蓋某一距離時能在活塞與端蓋之間形成一個緩沖室。但有時安置位置有限；外緩沖的優(yōu)點是安置位置靈活，簡便，緩沖性能好調(diào)等，但結(jié)構(gòu)較龐大。外緩沖形式有彈性機(jī)械元件和液壓緩沖器。 （三）機(jī)械手運動的緩沖裝置 緩沖裝置分為內(nèi)緩沖和外緩沖兩種形式。這不僅是因為各種控制元件的精度和靈敏度不同，而且也與位置反饋裝置的有無有關(guān)。如用蓄能器穩(wěn)定油壓，用加熱器或冷卻器控制油溫，低速時，用溫度、壓力補償流量控制閥控制。 6． 驅(qū)動源 多工位沖床專用機(jī)械手及送料機(jī)構(gòu)設(shè)計 30 液壓、氣壓的壓力波動及電壓、油溫、氣溫的波動都會影響機(jī)械手的重復(fù)定位精度。通常，運動件重量增加時，定位精度降低。 5． 運動件的重量 運動件的重量包括機(jī)械手本身的重量和被抓物的重量。 3． 精度 機(jī)械手的制造精度和安裝調(diào)速精度對定位精度有直接影響。這是因為定位速度不同時，必須耗散的運動部件的能量不同。如機(jī)械擋塊定位時，定位精度與擋塊的剛度和碰接擋塊時的速度等因素有關(guān)。在許多較簡單情況下，單個量值可能是主要的。 ，若定位時關(guān)閉驅(qū)動油路而去掉工作壓力，這時機(jī)械手可能被擋塊碰回一個微小距離，因而定位精度變低。 若定位前已減速 ，定位時驅(qū)動壓力未撤除，在這種情況下，機(jī)械擋塊定位能達(dá)到較高的重復(fù)精度。 多工位沖床專用機(jī)械手及送料機(jī)構(gòu)設(shè)計 29 五 、機(jī)械手的定位與平穩(wěn)性 （一） 常用的定位方式 機(jī)械擋塊定位是在行程終點設(shè)置機(jī)械擋塊。 （ 二 ）手臂 升 降 氣缸的尺寸設(shè)計與校核 1． 手臂升降氣缸的尺寸設(shè)計 氣缸運行長度設(shè)計為 l =118mm,氣缸內(nèi)徑為 1D =110mm,半徑 R=55mm,氣缸運行 加速度時間 t? =,壓強(qiáng) p= 2． 手臂升降氣缸的尺寸校核 驅(qū)動力： 20 RpG ?? 26 ???? N3799? 測定手腕質(zhì)量為 80kg,則重力： mgG? N8001080? ?? 設(shè)計加速度 2/5 sma? ，則慣性力 maG?1 N400580? ?? 考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定 摩擦系數(shù) ?k ， 1kGG ?摩 多工位沖床專用機(jī)械手及送料機(jī)構(gòu)設(shè)計 27 N40 ? ?? 總受力 摩GGGGq ??? 1 N1240 40400800? ??? 0GGq? 所以設(shè)計尺寸符合實際使用要求 。 圖 氣缸結(jié)構(gòu)圖 2． 手臂伸縮氣缸的尺寸校核 在校核尺寸時，只需校核氣缸內(nèi)徑 1D =63mm,半徑 R=求即可 ,設(shè)計使用壓強(qiáng) MPaP ? 。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于 1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計算 : ][2/f ?? DP? 式中 : 多工位沖床專用機(jī)械手及送料機(jī)構(gòu)設(shè)計 24 ? 缸筒壁厚， mm D 氣缸內(nèi)徑 ， mm fP 實驗壓力 ， 取 PaPf ? 材料為 :ZL3， [? ]=3MPa 代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為 : ][2/f ?? DP? )1032/(1066565? ????? 取 ?? ，則缸筒外徑為 : mmD ???? 多工位沖床專用機(jī)械手及送料機(jī)構(gòu)設(shè)計 25 四 、手臂伸縮、升降、 橫移的尺寸設(shè)計與校核 （一）手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計與校核 1． 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計 帶動 手臂伸縮 、升降、橫移所采用的 氣缸 均為 CTA系列 標(biāo)準(zhǔn)氣缸，結(jié)合本設(shè)計的實際要求 尺寸系列初選內(nèi) 徑為 φ 63， 外徑為 φ 100，半徑 R=，設(shè)計使用壓強(qiáng)為 。根據(jù)力平衡原理，單向作用氣缸活塞桿上的輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時的總阻力，其公式為 : 212i 4 FFPDF ??? ? 式中 : iF 活塞桿上的推力， N 1F 彈簧反作用力， N 2F 氣缸工作時的總阻力， N P 氣缸工作壓力， Pa 彈簧反作用按下式計算 : )1( sGF ft ?? 41318f GdG Dn? 式中 : fG 彈簧剛度， /Nm i 彈簧預(yù)壓縮量， m s 活塞行程， m 1d 彈簧鋼絲直徑， m 1D 彈簧平均直徑， m n 彈簧有效圈數(shù) ， 多工位沖床專用機(jī)械手及送料機(jī)構(gòu)設(shè)計 23 G 彈簧材料剪切模量，一般取 PaG ?? 在設(shè)計中，必須考慮負(fù)載率 ? 的影響，則 : 12i 4 FpDF ?? ?? 由以上分析得單向作用氣缸的直徑 : ??p FtFD )(4 1 ?? 代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得 4 9 3 413 3 31 7 9 . 4 1 0 ( 3 . 5 1 0 ) 3 6 7 7 . 4 68 8 ( 3 0 1 0 ) 1 5f GdGNDn??? ? ?? ? ?? ? ? )i(i sGF f ?? 6 773? ???? 所以 : 1 64 ( ) 4 ( 4 9 0 2 2 0 . 6 ) 6 5 . 2 30 . 5 1 0iFFD m mpm??? ??? ? ??? 查有關(guān)手冊整圓，得 mmD 65? 由 ??Dd ,可得活塞桿直徑 : mmDd )( ???? 整圓后，取活塞桿直徑 mmd 18? 校核，按公式 ][)4//( 21 ?? ?dF 有 : ])[/14( ??Fd ? 其中， [? ] MPa120? ， NF 7501 ? 則 : )120/4904( ??? ?d ?? 滿足實際設(shè)計要求。 圖 機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)圖 （二）手部夾緊氣缸的設(shè)計 1． 手部驅(qū)動力計算 設(shè)工件重量 M=5kg， V形手指的角度 ?1202 ?? ， mmRmmb 241 2 0 ??? ,摩擦系數(shù)為 ?f ， 50? ?? 根據(jù)手部結(jié)構(gòu) 的傳動示意圖，其驅(qū)動力為 : RbNp 2? 根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力計算公式 : )( ?? ???? gMN )5060(? ????? 所以 RbNp 2? N245? 實際驅(qū)動力 : 多工位沖床專用機(jī)械手及送料機(jī)構(gòu)設(shè)計 22 ? 21KKpp ?實際 因為 傳力機(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動，故取 ?? ，并取 ?K 若被抓取工件的最大加速度取 ga 3? 時，則 ： 412 ??? gaK Np 1 5 6 4 5 ???? 所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅(qū)動力為 N1563 。 (4)具有足夠的強(qiáng)度和剛度 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運動過程中所產(chǎn)生的 慣性力和振動的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，所以 應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自重 輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小 。 (3)保證工件準(zhǔn)確定位 為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。手指的開閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或 脫開，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。 2．設(shè)計時需注意的問題 (1)具有足夠的夾緊力 在確定手 指的夾緊力時，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生慣性力和振動，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。 回轉(zhuǎn)型手指開閉角較小，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，應(yīng)用廣泛。其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式 ， 按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式 (或內(nèi)漲式 )和外夾式兩種 ； 按模仿人手手指的動作，手指可分為一支點回轉(zhuǎn)型，二支點回轉(zhuǎn)型和移動型 (或稱直進(jìn)型 )，其中以二支點回轉(zhuǎn)型為基本型式。 多工位沖床專用機(jī)械手及送料機(jī)構(gòu)設(shè)計 20 三、手部結(jié)構(gòu)設(shè)計 （一） 手指 結(jié)構(gòu) 的設(shè)計 1．手指的形狀和分類 由于本次設(shè)計的沖床工件為圓柱形，所以機(jī)械手選擇夾持式結(jié)構(gòu)。 該機(jī)械手的自由度為 3 個， 坐標(biāo)形式為直角坐標(biāo)， 多工位沖床專用機(jī)械手及送料機(jī)構(gòu)設(shè)計 19 手指夾持范圍為棒料：φ 80mm— φ 150mm， 定位方式為固定擋塊或可調(diào)機(jī)械擋塊， 定位精度為177。在這種情況下 宜采用自動傳送裝置為好。大部分機(jī)械手設(shè)計成相當(dāng)于人工坐著或站著且略有走動操作的空間。而影響機(jī)械手動作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉(zhuǎn)的速度。 運動速度是機(jī)械手主要的基本參數(shù)。液壓緩沖器的結(jié)構(gòu)如圖 所示。除此之外，液壓緩沖器還有 消除非機(jī)械運動 的 震動和碰撞破壞等沖擊 ； 大幅減少噪音，提供安靜之工作環(huán)境 ； 加速機(jī)械作動頻率，增加產(chǎn)能 ； 高效率生產(chǎn)高品質(zhì)產(chǎn)品 ； 延長機(jī)械壽命，減少售后服務(wù) 等優(yōu)點。 當(dāng)軸心受外力沖擊將帶動活塞擠壓內(nèi)管 的 液壓油，液壓油受壓后將由內(nèi)管 的 排油孔一一排出，同時 經(jīng) 內(nèi)管排出 的 液壓油也 由內(nèi)管 的 回油孔回流 到內(nèi)管；當(dāng)外力消失時，彈簧將活塞彈回始點等待下次的動作。 (5)采用 液壓緩沖器 液 壓緩沖器作用 ： 在自動化機(jī)械 中 減少震動及噪音，將移動中物體所產(chǎn)生之動能轉(zhuǎn)換為熱能并釋放 于大氣中，在動作中將物體平衡有效的停止；使機(jī)械提高效率增加產(chǎn)能 ； 使機(jī)器壽命延長降低維修成本 ； 使機(jī)械動作穩(wěn)定維修產(chǎn)品品質(zhì) ；使機(jī)器的操作更安全 ， 避免意外 ； 使工作環(huán)境發(fā)送提高人員效率，增加企業(yè)的競爭優(yōu)勢。 (4)采用橡膠減振墊 橡膠減震墊一般采用天然橡膠和氯丁橡膠，要求耐油的采用丁腈橡膠，要求耐高低溫的采用硅橡膠，要求高阻尼的采用丁基橡膠。 (2)采用緩沖回路 采用緩沖回路就是當(dāng)氣缸伸出或縮回接近行程末端時，利用機(jī)控閥或電磁閥使氣缸的排氣通 道轉(zhuǎn)換到另一個流量更小的排氣回路，通過更大的排氣阻力降低氣缸的速度，達(dá)到緩沖的效果。當(dāng)活塞運動到行程末端，由于排氣不暢而形成較大背壓， 可起到氣緩沖作用，多工位沖床專用機(jī)械手及送料機(jī)構(gòu)設(shè)計 17 這種結(jié)構(gòu)稱為不可調(diào)氣緩沖氣缸。 8． 機(jī)械手的緩沖方案設(shè)計 (1)采用氣緩沖氣缸 氣缸在行程末端的運動速度較大時，僅靠緩沖墊已不足以吸收活塞對端蓋的沖擊力，可在缸內(nèi)設(shè)置氣緩沖裝置 [7]?；钊狡胶庑枰鋫溆袑ｉT的液壓或氣動裝置，系統(tǒng) 復(fù)雜，因此造價高，設(shè)計、安裝和調(diào)試都增加了難度，但是平衡效果好， 用于配重平衡、彈簧平衡滿足不了工作要求的場合。 (2)彈簧平衡機(jī)構(gòu) 彈簧平衡機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)簡單、造價低、工作可靠、平衡效果好、易維修，因此應(yīng)用廣泛。 7． 機(jī)械手平衡裝置的選擇 通常，機(jī)械手所采用的平衡機(jī)構(gòu)主要有以下幾種： (1)配重平衡機(jī)構(gòu) 這種平衡裝置結(jié)構(gòu)簡單，平衡效果好，易于調(diào)整，工作可靠，但增加了機(jī)械手手臂的慣量與關(guān)節(jié)軸的載荷。具體的安裝形式應(yīng)該根據(jù)本設(shè)計的具體結(jié)構(gòu)和抓取物體重量等因素來確定，同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計和布局上應(yīng)該盡量減少運 動部件的重量和對回轉(zhuǎn)中心的慣量。當(dāng)氣缸活塞運動到定位點時，為保證定位精度，需要將運動軸鎖緊， 常用的限位機(jī)構(gòu)是由電 磁閥控制的氣缸帶動鎖緊機(jī)構(gòu)（插鎖，滑塊等）將機(jī)械手運動機(jī)構(gòu)鎖定，再啟動時， 先打開鎖緊機(jī)構(gòu)。 (6)限位器 氣動機(jī)械手各運動軸的制動和定位點到位發(fā)訊，可由編程器發(fā)指令，或由限位開關(guān)發(fā)訊。對于小流量的電磁氣閥，吸合關(guān)閉時間較小，停點的步長也要相應(yīng)縮短。 (5)制動器 氣動機(jī)械手的定位問題很大程度上是如何實現(xiàn)停點的制動。無接觸感應(yīng)式氣缸目前在氣動系統(tǒng)中已獲得廣泛的應(yīng)用，這種氣缸在活塞上裝有永久磁鐵的磁環(huán)，通過磁感應(yīng)，使在氣缸外面安裝的非接觸磁性接近開關(guān)動作發(fā)訊 ，進(jìn)行位置檢測。氣缸的內(nèi)徑，行程大小可根據(jù)對機(jī)械手的運動分析和動力分析進(jìn)行計算。為實現(xiàn)端部緩沖，要選用雙向端點緩沖的氣缸。 (4)氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu) 多數(shù)情況 下使用氣缸（直線氣缸或擺動氣缸）。雖然用無潤滑氣缸可 以不用油霧器，但是一般情況下，建議 在氣路上裝上油霧器，以減少氣缸 摩擦 ，增加 氣缸 使用壽命。 (2)氣動三聯(lián)件 多工位沖床專用機(jī)械手及送料機(jī)構(gòu)設(shè)計 15 由分水濾氣器，調(diào)壓器，油霧器三大件組成，可以是分離式，也可以是三聯(lián)組裝式的，多數(shù)情況下用三聯(lián)組裝式結(jié)構(gòu)。氣源部分包括空氣壓縮機(jī)，儲氣罐，氣水分離器，調(diào)壓器，過濾器等。氣動驅(qū)動系統(tǒng)大體由以下幾部分組成?？刂蒲b 置目前多數(shù)選用可編程控制器（ PLC）。 5． 機(jī)械手氣壓驅(qū)動系統(tǒng)總體設(shè)計 氣動驅(qū)動系統(tǒng)在多數(shù)情況下是用于實現(xiàn)兩位式點位控制 或有限點位控制的中、小機(jī)械手 作業(yè) 。重負(fù)荷的任意點位控制的點焊及搬運機(jī) 械手 一般 選用液壓驅(qū)動系統(tǒng)