气动组合台真空吸附机械手系统设计
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［!］徐克林 " 气动技术基础 ［#］ 重庆大学版社， " 重庆： !$$% " ［&］时圣勇 " 射流式真空发生器 ［ ’］ ： " 液压与气动， !$$!（ " &） () * (% " ［(］日本 " +#, 公司气动产品样本资料 ［-］ " !$$. " ［/］ +#, 公司 0 现代实用气动技术 ［ #］ 0 机械工业出版社， !$$1 "
式中
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 - .， 配管的内径为 !/ ..， 则有 （ 0） " & ! ) - ( & ! /- * - & & # &-( /&&& /&&& ’ 是通过真空发生器的平均吸入流量 ’+ 和通过配 管的平均吸入流量 ’ - 中的小者， 单位为 0 1 .23。因 由图 / 查得到达时间 $ ! + # /+ $+ ， 根 ! + !" ! & # ’(’， 据机器的运行节拍要求吸盘吸着响应时间 ! + # & 4， 则有 )& " )& * & #&-( （ 0 1 .23） & - #++( & + #/+ $ + 平均吸入流量 ’+ ! - # ++( 0 1 .23， 又通过真空发生器 ’ & + #/+ 的平均吸入流量 ’+ ! ,’ ’- ， 其中： ’- 是真空发生器 + + 的最大吸入流量， 单位为 0 1 .23， ,’ ! 5 取 ,’ ! * + + + （一般取 ， 流动阻力偏大时取 ） 。 *
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第%期 !""# 年 #" 月
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空
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气动组合台真空吸附机械手系统设计
田 玲
桂林 %’#""’） （桂林电子工业学院，广西 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： ()!*# 文献标识码： + 文章编号： （!""#） #""!$",!! "%$"",*$"’
收稿日期： !""#$"%$#& 作者简介： 田玲 （#&’%$） ， 女， 湖南省常德市人， 教授。
图# K13D #
真空回路图
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当真空破坏阀 % 通电时， 压缩空气经真空破坏
万方数据
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真
空
第!期
阀 !、 节流阀 " 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 " 用于控制真空破坏的快慢， 节流阀出口的压力不得 高于# $ ! %&’； 以保护真空压力开关 ( 和真空过滤器 )。图 * 中真空压力开关 ( 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 *! 的作用， 一是当供给阀 *+ 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 ) 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 # $ #+ %&’ 时， 滤芯应卸下清洗或更 换。过滤器入口压力不要超过 # $ ! %&’， 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 , 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 , 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/ 6278 / 真空响应时间曲线
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 E6I+&& 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。
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则真空发生器的最大吸入流量 ’- & - * - # ++( & / # -*（ 0 1 .23） 查 CD9 真空器件产品样本， 根据真空发生器的排气 万方数据
! 真空发生器选定及吸着响应时间计算
吸着响应时间 $ 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 )*% !" 的到达时间为 $+ ， 降至真空度达 ,(% !" 的到达时间 为 $-， 有 )& " ， $- & * $+ ’ — —真空发生器至吸盘的配管容积， "— (从 $+ &
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真
空
第)期
! 结束语
气动组合台的装调已完成， 其真空吸附机械手 运行情况良好， 性能稳定可靠， 结构紧凑， 能耗少。 真空吸附机械手以其特有的功能， 具备有良好而又 广泛的应用前景。对于任何具有较光滑表面的物体 特别对于非铁， 非金属且不适合夹紧的物体， 都可使 用真空吸附完成各种作业。
参考文献：
*,
过长。可 选 用 标 准 型 真 空 发 生 器， 其最大真空度 其 !" ! "" #$%， ! ! & # ’(’。 !"
特性和流量特性曲线， 选取喷管喉部直径为+ ..的 其最大吸入流量为 ( 0 1 .23。 EF&(GC 型真空发生器， 故实际吸着响应时间为 )& * & # &-( & & # "/)（ 4） + (* 真空发生器连接管内径 管长 EF&(GC ) ! / ..， $ & + # /+ 据此由图 ( 查得其有效截面积 . ! (， 可得通过 - .， + H ++ # + ， 此流量远大于真空发生器的 H ( ! -’ # ’(（ 0 1 .23） 平均吸入流量 ’+ ! - # ++(（ 0 1 .23） 。所以本连接管 配管的平均吸入流量 ’- ! ,’ H ++ # + . ! 能满足吸着响应时间的要求。
图+ -./$ + 真空发生器简图
吸盘内的真空度 # 应在真空发生器的最大真 空度 #* 的 ">+ （ ,） 至 H!+ （ -） 范围内选择 （如图 , 所示） ， 以提高真空吸着的能力， 又不致使吸着响应
0.’/1’2 34 5’6772 /8981’:31
万方数据
第(期
田玲， 等： 气动组合台真空吸附机械手系统设计
*@ 气源 压力开关
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>@ 真空过滤器
,@ 节流阀
!@ 真空
真空系统管路配置图
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所吸取的铜板重： 预选两个吸盘的直 ! G *! ;， 径为 +! 22， 选取安全系数 " G ,， 则吸吊所需真空度 为 # $ 其中 , %" , ( *! ( , $ $ # ) #"* %&’ + + !& ’ !+! ( + — —吸盘直径，22 &— — —吸吊物重量， !— ; — —安全系数， 水平吊 " !,， 垂直吊 " !) "— — —吸盘个数 ’—
9 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 #。图 # 中： #F 气 源， !F 冷冻式干燥器， ,F 空气过滤器， ’F 减压阀， %F 真空破坏阀， GF 节流阀， *F 真空压力开关， HF 真空过 滤器， &F 真空表， #"F 真空吸盘， ##F 被吸吊物， #!F 供气阀， #,F 真空发生器， #’F 消声器， #%F 单向阀。 当供气阀 #! 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 #!、 真空发生器 #,、 消音器 #’ 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 ! 和空气过滤器 , 进 行除水、 除油、 除尘。以保证空气净化度。 真空发生器 #, 的结构原理如图 ! 所示， 它是由 先收缩后扩张的拉瓦尔喷管 #、 负压腔 ! 和接收管 , 等组成。有供气口， 排气口和真空口。当供气口的
!
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 （ ;<=） 、 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 （>## 22 ? +## 22） ， 所以我们采用了如图 > 所示一个真空发生器 + 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 , 也能减少由于一个吸盘的泄漏对其它吸 盘的影响。
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其它元件选定
供给阀选 PE*&&Q 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 / 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 / 倍。以减少供给回路的压力损失。真空破坏阀选 故必须选用 PR- 真空型。由于设置于真空回路中， 能在真空条件下工作的换向阀。常见的结构形式有
万方数据
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来自百度文库
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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 - .， 配管的内径为 !/ ..， 则有 （ 0） " & ! ) - ( & ! /- * - & & # &-( /&&& /&&& ’ 是通过真空发生器的平均吸入流量 ’+ 和通过配 管的平均吸入流量 ’ - 中的小者， 单位为 0 1 .23。因 由图 / 查得到达时间 $ ! + # /+ $+ ， 根 ! + !" ! & # ’(’， 据机器的运行节拍要求吸盘吸着响应时间 ! + # & 4， 则有 )& " )& * & #&-( （ 0 1 .23） & - #++( & + #/+ $ + 平均吸入流量 ’+ ! - # ++( 0 1 .23， 又通过真空发生器 ’ & + #/+ 的平均吸入流量 ’+ ! ,’ ’- ， 其中： ’- 是真空发生器 + + 的最大吸入流量， 单位为 0 1 .23， ,’ ! 5 取 ,’ ! * + + + （一般取 ， 流动阻力偏大时取 ） 。 *
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第%期 !""# 年 #" 月
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气动组合台真空吸附机械手系统设计
田 玲
桂林 %’#""’） （桂林电子工业学院，广西 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： ()!*# 文献标识码： + 文章编号： （!""#） #""!$",!! "%$"",*$"’
收稿日期： !""#$"%$#& 作者简介： 田玲 （#&’%$） ， 女， 湖南省常德市人， 教授。
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真空回路图
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当真空破坏阀 % 通电时， 压缩空气经真空破坏
万方数据
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阀 !、 节流阀 " 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 " 用于控制真空破坏的快慢， 节流阀出口的压力不得 高于# $ ! %&’； 以保护真空压力开关 ( 和真空过滤器 )。图 * 中真空压力开关 ( 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 *! 的作用， 一是当供给阀 *+ 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 ) 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 # $ #+ %&’ 时， 滤芯应卸下清洗或更 换。过滤器入口压力不要超过 # $ ! %&’， 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 , 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 , 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/ 6278 / 真空响应时间曲线
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 E6I+&& 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。
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则真空发生器的最大吸入流量 ’- & - * - # ++( & / # -*（ 0 1 .23） 查 CD9 真空器件产品样本， 根据真空发生器的排气 万方数据
! 真空发生器选定及吸着响应时间计算
吸着响应时间 $ 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 )*% !" 的到达时间为 $+ ， 降至真空度达 ,(% !" 的到达时间 为 $-， 有 )& " ， $- & * $+ ’ — —真空发生器至吸盘的配管容积， "— (从 $+ &
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气动组合台的装调已完成， 其真空吸附机械手 运行情况良好， 性能稳定可靠， 结构紧凑， 能耗少。 真空吸附机械手以其特有的功能， 具备有良好而又 广泛的应用前景。对于任何具有较光滑表面的物体 特别对于非铁， 非金属且不适合夹紧的物体， 都可使 用真空吸附完成各种作业。
参考文献：
*,
过长。可 选 用 标 准 型 真 空 发 生 器， 其最大真空度 其 !" ! "" #$%， ! ! & # ’(’。 !"
特性和流量特性曲线， 选取喷管喉部直径为+ ..的 其最大吸入流量为 ( 0 1 .23。 EF&(GC 型真空发生器， 故实际吸着响应时间为 )& * & # &-( & & # "/)（ 4） + (* 真空发生器连接管内径 管长 EF&(GC ) ! / ..， $ & + # /+ 据此由图 ( 查得其有效截面积 . ! (， 可得通过 - .， + H ++ # + ， 此流量远大于真空发生器的 H ( ! -’ # ’(（ 0 1 .23） 平均吸入流量 ’+ ! - # ++(（ 0 1 .23） 。所以本连接管 配管的平均吸入流量 ’- ! ,’ H ++ # + . ! 能满足吸着响应时间的要求。
图+ -./$ + 真空发生器简图
吸盘内的真空度 # 应在真空发生器的最大真 空度 #* 的 ">+ （ ,） 至 H!+ （ -） 范围内选择 （如图 , 所示） ， 以提高真空吸着的能力， 又不致使吸着响应
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田玲， 等： 气动组合台真空吸附机械手系统设计
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所吸取的铜板重： 预选两个吸盘的直 ! G *! ;， 径为 +! 22， 选取安全系数 " G ,， 则吸吊所需真空度 为 # $ 其中 , %" , ( *! ( , $ $ # ) #"* %&’ + + !& ’ !+! ( + — —吸盘直径，22 &— — —吸吊物重量， !— ; — —安全系数， 水平吊 " !,， 垂直吊 " !) "— — —吸盘个数 ’—
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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 #。图 # 中： #F 气 源， !F 冷冻式干燥器， ,F 空气过滤器， ’F 减压阀， %F 真空破坏阀， GF 节流阀， *F 真空压力开关， HF 真空过 滤器， &F 真空表， #"F 真空吸盘， ##F 被吸吊物， #!F 供气阀， #,F 真空发生器， #’F 消声器， #%F 单向阀。 当供气阀 #! 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 #!、 真空发生器 #,、 消音器 #’ 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 ! 和空气过滤器 , 进 行除水、 除油、 除尘。以保证空气净化度。 真空发生器 #, 的结构原理如图 ! 所示， 它是由 先收缩后扩张的拉瓦尔喷管 #、 负压腔 ! 和接收管 , 等组成。有供气口， 排气口和真空口。当供气口的
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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 （ ;<=） 、 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 （>## 22 ? +## 22） ， 所以我们采用了如图 > 所示一个真空发生器 + 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 , 也能减少由于一个吸盘的泄漏对其它吸 盘的影响。
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其它元件选定
供给阀选 PE*&&Q 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 / 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 / 倍。以减少供给回路的压力损失。真空破坏阀选 故必须选用 PR- 真空型。由于设置于真空回路中， 能在真空条件下工作的换向阀。常见的结构形式有
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