气动组合台真空吸附机械手系统设计

收稿日期:2001-05-19作者简介:田玲(1945-,女,湖南省常德市人,教授。气动组合台真空吸附机械手系统设计田玲(桂林电子工业学院,广西桂林541004摘要:利用真空阀式吸附机械手在气动组合台上搬运薄铜板件,取得了良好的效果。介绍了气动组合台的真空阀式吸附系统的工作原理,技术特点,吸力和吸着响应时间的设计计算,以及元件选用。关键词:真空吸附;气动组合台中图分类号:TP271文献标识码:B文章编号:1002-0322(200105-0037-04DesignofthevacuumsuctorialmechanicalhandsofpneumaticcompositeplatformTIANLing(GuilinInstituteofElectronicTechnology,Guilin541004,ChinaAbstract:Thevacuumvalvetypeofsuctorialmechanicalhandsareusedincarryingcopperplate,thegoodeffectaregotten.Theprinciple,technicalcharacteristics,thedesignandthecalculationofthesuctorialforceandtheresponsetimeforthevacuumvalvetypeofthesuctorialsystemandtheselectionofthecomponentsaredescribed.Keywords:vacuumsuction;pneumaticcompositeplatform1工作原理在造纸工业、电子工业以及包装机械等工业中,广泛地使用了真空吸附机械手吸取纸张、薄板和小型元器件。我们在所研制的气动组合台上,采用了真空吸附机械手,用于将料盘上的薄铜板件吸起并运送到工作台上。该真空吸附回路原理图见图1。图1中:1.气源,2.冷冻式干燥器,3.空气过滤器,4.减压阀,5.真空破坏阀,6.节流阀,7.真空压力开关,8.真空过滤器,9.真空表,10.真空吸盘,11.被吸吊物,12.供气阀,13.真空发生器,14.消声器,15.单向阀。当供气阀12电磁铁通电时,供气阀气路导通。净化后的压缩空气经供气阀12、真空发生器13、消音器14向外喷射。因真空发生器的最小喷咀喉部直径很小,故设置了冷冻式干燥器2和空气过滤器3进行除水、除油、除尘。以保证空气净化度。真空发生器13的结构原理如图2所示,它是由先收缩后扩张的拉瓦尔喷管1、负压腔2和接收管3等组成。有供气口,排气口和真空口。当供气口的供气压力高于一定值后,喷管射出超声速射流。由于气体的粘性,高速射流卷吸走负压腔内的气体,使该腔形成很低的真空度。在真空口处接上真空吸盘,靠真空压力便可吸起物件。真空发生器的供给压力在0.40~0.45MPa为最佳,过高或过低都会降低真空发生器的性能。图1真空回路图Fig.1Vacuumloopdiagram当真空破坏阀5通电时,压缩空气经真空破坏37第5期2001年10月真空VACUUM阀5、节流阀6进入吸盘。从而破坏了吸盘内的真空状态,使工件脱离吸盘。真空系统中的节流阀6用于控制真空破坏的快慢,节流阀出口的压力不得高于0.5MPa;以保护真空压力开关7和真空过滤器8。图1中真空压力开关7用于检测真空压力的大小。当真空压力未达到设定值时,开关处于断开状态。当真空压力达到设定值时,开关处于接通状态,发出电信号指挥真空吸附机构动作。若真空系统有泄漏,或其它原因影响到真空压力大小时,装上真空压力开关可保证真空系统安全可靠工作,可调节电容器旋钮,调节到设定的压力,设定压力必须调到确认吸着的最低真空度以上,以避免吸着不稳定。但真空度不宜设定过高,以防因高真空度达不到,而开关不能接通的情况。单向阀15的作用,一是当供给阀12停止供气时,保持吸盘内的真空压力不变,可节省能量;二是一旦停电,可延缓吸吊工件脱落的时间,以便采取安全对策。在吸盘与真空发生器之间设置了真空过滤器8以防止真空系统中的元件受污染出现故障,当过滤器两端压降大于0.02MPa时,滤芯应卸下清洗或更换。过滤器入口压力不要超过0.5MPa,这可以靠调节减压阀和节流阀来保证。真空发生器的排气口安装有消音器,不仅可以降低噪音,而且能起过滤作用,以提高真空系统工作的可靠性。减压阀4用于将气源的压力降到较低的稳定值向系统供气。因减压阀4处在压力管路中,所以应使用一般减压阀(若减压阀处在真空管路中时,应使用真空减压阀。图2真空发生器简图Fig.2Diagramofvacuumgenerator2真空吸盘及吸吊所需真空度真空吸盘是直接吸吊物体的元件,吸盘通常由橡胶材料与金属骨架压制成型的,其橡胶材料有丁腈橡胶(NBR、硅橡胶、聚胺脂橡胶、氟橡胶等。其中丁腈橡胶使用最广。吸盘的形状有平直型、平直带肋型、深凹型等多种,适用于吸取各种不同形状尺寸的工件。我们采用了适用于表面平整不变形的工件的平直形吸盘。一个真空发生器带一个吸盘最理想。若带多个吸盘,其中一个吸盘有泄漏,会减小其它吸盘的吸力。因为我们所设计的真空吸附机械手吸取的铜板面积较大(300mm×200mm,所以我们采用了如图3所示一个真空发生器2带有双真空吸盘的配置。而且每个吸盘都配有真空压力开关,一个吸盘有泄漏导致真空度不合要求时,便不能起吊工件。另外,各节流阀4也能减少由于一个吸盘的泄漏对其它吸盘的影响。1.气源2.真空发生器3.真空过滤器4.节流阀5.真空压力开关6.真空吸盘图3真空系统管路配置图Fig.3Diagramoftubedispositionofthevacuumsystem所吸取的铜板重:W=15N,预选两个吸盘的直径为25mm,选取安全系数t=4,则吸吊所需真空度为p=4wtD2n=4×15×4252×2=0.061MPa其中D——吸盘直径,mmW——吸吊物重量,Nt——安全系数,水平吊t4,垂直吊t8n——吸盘个数吸盘内的真空度p应在真空发生器的最大真空度pV的63%(A至95%(B范围内选择(如图4所示,以提高真空吸着的能力,又不致使吸着响应38真空第5期过长。可选用标准型真空发生器,其最大真空度pV=88kPa,其ppV=0.757。3真空发生器选定及吸着响应时间计算吸着响应时间T是指从供给阀换向开始,到吸盘内达到吸着工件所必须的真空度为止所需的时间。设吸盘内的压力从大气压降至真空度达63%pV的到达时间为T1,降至真空度达95%pV的到达时间为T2,有T1=60VQ,T2=3T1式中V——真空发生器至吸盘的配管容积,L从真空发生器至吸盘的配管长度,应尽可能短,经设计计算约为2m,配管的内径为4mm,则有V=4000d2L=400042×2=0.025(LQ是通过真空发生器的平均吸入流量Q1和通过配管的平均吸入流量Q2中的小者,单位为L/min。因p/pV=0.757,由图4查得到达时间T=1.41T1,根据机器的运行节拍要求吸盘吸着响应时间1.0s,则有Q=1.4160VT=1.4160×0.0251=2.115(L/min平均吸入流量Q1=2.115L/min,又通过真空发生器的平均吸入流量Q1=CQQe,其中:Qe是真空发生器的最大吸入流量,单位为L/min,CQ=12~13取CQ=12(一般取12,流动阻力偏大时取13。图4真空响应时间曲线Fig.4Curvesofvacuumresponsetime则真空发生器的最大吸入流量Qe=2×2.115=4.23(L/min查SMC真空器件产品样本,根据真空发生器的排气特性和流量特性曲线,选取喷管喉部直径为1mm的ZH05BS型真空发生器,其最大吸入流量为5L/min。故实际吸着响应时间为T=1.4160×0.0255×12=0.846(sZH05BS真空发生器连接管内径d=4mm,管长2m,据此由图5查得其有效截面积S=5,可得通过配管的平均吸入流量Q2=CQ×11.1S=12×11.1×5=27.75(L/min,此流量远大于真空发生器的平均吸入流量Q1=2.115(L/min。所以本连接管能满足吸着响应时间的要求。图5与管长相对应的有效截面积Fig.5Availableareaofcross-sectioncorrespondingwithtubeslength4其它元件选定供给阀选VZ300R外部先导型,因设置在压力管路中,选用一般换向阀即可。其有效截面积不宜小于真空发生器喷嘴几何面积的4倍,且真空发生器供气口的连接管内径也不宜小于喷嘴直径的4倍。以减少供给回路的压力损失。真空破坏阀选VX2真空型。由于设置于真空回路中,故必须选用能在真空条件下工作的换向阀。常见的结构形式有截止式、膜流式和滑阀式。真空换向阀要求不泄漏,且不用油雾润滑。故使用截止式和膜流式阀芯结构比较理想。真空过滤器选择ZFA100型,通过真空过滤器的最大吸入流量应小于该过滤器的推荐流量。5结束语气动组合台的装调已完成,其真空吸附机械手39第5期田玲,等:气动组合台真空吸附机械手系统设计运行情况良好,性能稳定可靠,结构紧凑,能耗少。真空吸附机械手以其特有的功能,具备有良好而又广泛的应用前景。对于任何具有较光滑表面的物体特别对于非铁,非金属且不适合夹紧的物体,都可使用真空吸附完成各种作业。参考文献:[1]徐克林.气动技术基础[M].重庆:重庆大学版社,1997.[2]时圣勇.射流式真空发生器[J].液压与气动,1991.(2:35~37.[3]日本.SMC公司气动产品样本资料[Z].1990.[4]SMC公司.现代实用气动技术[M].机械工业出版社,1998.北京中科科仪技术发展有限责任公司关于举办2001年第三季度高级维修主管学习班的通知随着我国市场经济的迅猛发展,真空科学作为一门应用和基础性学科,正日益受到各行各业的关注,真空产业带动了真空检漏事业的飞速发展。近年来各类检漏仪及其辅助设备供不应求,而各应用(使用单位,对设备使用的可靠性、稳定性及连续工作等提出了更高的要求。为了满足用户的要求更好地为用户服务,除了我们对设备故障反映迅速、处理及时、热情服务外,本着在故障出现的第一时段内就解决问题的精神,今年9月将开办第三次学习班。这次办班的主要目的为各用户(仪器及设备的维修人员或管理人员,对仪器有一定程度的熟悉,通过学习班的学习后,能达到一般故障和较复杂故障在厂方的指导下解决问题。要求学习人员,具有中专(高中以上文化程度,学习班将发放全套学习资料(技术图纸并要求签定保密条例。学习班共九天,食宿统一安排,费用自理。报到时间:2001年9月11日学习时间:2001年9月11日~9月19日资料培训费:900元/人(食宿自理地点及乘车路线:北京火车站乘地铁到西直门站乘375路车到蓝旗营下车路南;北京西站乘320路中关园下车路口向东300米路南;北京中科科仪技术发展有限责任公司。联系人:周小弟曹建平段夏颖电话:(01062565812“真空获得与测量及真空油、脂”培训今年开班5月份接受全国报名<上海真空>赵陈报道:随着新技术、新工艺的迅速涌现,新世纪真空应用技术将倍受重视。2001年3月31日,上海市真空学会真空获得与测量专委会经研究决定由上海惠丰化工研究所承办今年11月在上海举办“真空获得与测量及真空油、脂应用技术培训班”。宗旨是沟通制造厂商与用户的渠道,促进真空应用技术的进步与发展。本次办班将历时8个月的准备工作,制定一系列培训计划和培训大纲,组织有关专家编写授课讲稿,编印有关教材,使每个学员通过培训学习真正掌握