气动空间搬运传送机构系统及其应用.pdf

气动空间搬运传送机构系统及其应用 吴洪民,陈志方 32d curvilinear pneumatic transfer system and its application wu hong2min ,chen zhi2fang (武汉理工大学物流工程系,湖北省武汉市 430063 电话:(027)86747690) 摘 要:介绍一种组合曲线运动气缸和系统,实际应用中特别适用于物件在三维空间长距离范围内 而且运行路径复杂的柔性搬运传送,比现有的模块积木式气动组合机构更简便快捷,更经济实用。 关键词:空间搬运传送;气动;机构 中图分类号:th13719 文献标识码:b 文章编号:100024858(2001)11200242003 1 引言 自动化是传统操作向现代制造技术转变的重要标 志,也是先进制造技术的核心内容之一;近10年来,气 动技术与自动化技术互动发展,在系统及元件控制方 面与电子技术结合,实现机电一体化,并不断向集成 化、 智能化、 网络化方向发展;同时,气动元件尤其是执 行元件也在不断与机械技术结合,实现气动与机构集 成,从而为现代工业应用开发出大量运动、 组合灵活快 捷,并具有高精度、 高柔性和模块化、 功能集成化的各 类新型气动元件。 在制造自动化系统中,工件和工具的搬运、 传 送、 装夹、 定位等点位间的运动,尤其是三维空间 收稿日期:200125214 作者简介:吴洪民(1963 ) , 男,湖南汨罗人,在读博士,主要 从事气动及其自动控制领域的技术研究工作。 311 工作原理 首先由工人将从练泥机制好的泥段推进加料机的 备料室中,料室中光纤检测到泥料,移位气缸动作,将 泥料从备料室移至工作位。到位后,推进气缸动作,推 进气缸为低油压缸,与气2油转换缸组成气液转换系 统。通过控制二位二通阀的工作频率,可以实现推进 缸的无级多点定位,从而可以控制送料量。推进气缸 每推料一次,切割气缸完成一次切割动作,直至料完, 推进缸快速后退。到位后,移位气缸动作,以将备料室 中的泥料移至工作位。这样周而复始地动作,实现了 成形机的自动加料。大大地减轻了劳动强度,节约了 人力。而且该机结构简单、 成本低。 312 气动系统 该机气动系统见图1所示。气动系统特点如下: 气动系统采用的3种气缸都比较特殊,移位气 缸4采用了磁耦式无杆气缸;切割气缸2采用了薄型 双缸气缸。采用这两种气缸,使整机的机械结构大大 简化,传动简单、 可靠。推进气缸3采用了低压液 压缸,使定位精度大大提高 。 椐本人实践证明,其定 11 气源组件 21 切割气缸 31 推进气缸 41 移位气缸 51 气-油转换缸 61 二位二通阀 图1 气动系统图 位精度可达015 mm。 整个系统采用了plc控制,使整机的动作配合 及数值调整上极其方便。整机的位置检测除采用光纤 外,系统中所有气缸全部采用带磁性开关的气缸。因此 使整机的位置检测准确、 可靠;调节方便、 简捷。 4 结论 实践证明,利用气2油转换缸设计的这台瓷泥自动 加料机的机械结构及气动系统是成功的。而且结构简 单,在陶瓷行业中将有其广阔的应用。 42液压与气动2001年第11期 长距离复杂路径间的运动一直是制约系统、 机构高效 快捷运行的 “瓶颈” 。目前常用的机构形式和实现方法 是采用无杆气缸配合直线导轨构成三维空间运动主 轴,然后利用相应的气动滑台或带导杆气缸,气动转 台,气动手爪等进行模块积木式组合,构成空间多自由 度运动机构。如果要求机构能实现多点无级编程定 位,则在对应的环节部位采用伺服比例定位控制、 带锁 气缸或气液组合来解决;如果要求定位精度高,就需采 用步进(或伺服)电机驱动的线性单元来取代相应的气 缸。但这些形式和方法实现的机构及其控制较复杂, 运动范围有限,效率较低,而以下介绍的一种于20世 纪90年代后期推出的曲线运动气缸及其传送系统,为 小件物品于三维空间长距离复杂路径的快捷搬运传送 开辟了一条崭新的途径。 2 结构原理和特性 211 结构原理 以日本smc公司mf系列曲线气缸及其三维空间传 送系统为例,其基本结构包括驱动、 导向、 缸体及缸筒、 供气 和安装组件等,典型的总体结构形式如图1所示。 图1 气缸总体结构形式 驱动部分由缸内活塞和外部滑块组成,原理同一 般磁性偶合式无杆气缸相同,但结构要复杂得多,为保 证活塞和滑块在缸筒曲线段也能实现平滑快速运行, 活塞采用磁环组件与活塞可分离的结构(如图2a) ,两 边为活塞,中间夹着磁环组,运行时一边活塞受气压驱 动并推动磁环组和另一边活塞同时运行,好比推着3 节相连的车箱在轨道上运行。活塞圆周外表面和滑块 磁环组内表面配有耐磨圈。滑块为马鞍形结构(如图 2b) ,滑块及磁环组套在缸筒上,并通过导向轮与导轨 (也是缸体)的导向槽扣接。缸筒与缸体浮动连接,滑 块两端防尘圈根据缸筒曲线的弯曲方向和角度自动摆 动调整以保证它与缸筒间的贴合,滑块上还可注入润 滑油脂以延长滑动部件的寿命。 导向部分包括缸体上的导轨和滑块上的导向轮。 在该类气缸中导轨也是缸体结构的一部分,不仅为滑 块导向,也为气缸的安装固定提供了结构基础。滑块 内4个特殊的v形导向轮在导轨导向槽上运行,其中 一边的2个导向轮固定,另一边2个浮动,并可预先调 节其偏心量,以适应滑块在曲线段的平滑运行。 缸筒有直线和曲线两种基本类型,其弯曲角度及 方向形式如图3所示,而1只三维空间复合曲线气缸 则需多段直线和曲线缸筒,再加上气缸两端部组合而 图2 活塞和滑块结构 图3 缸筒弯曲角度和方向的基本形式 成,最长可达20 m ,缸筒段之间的连接结构如图4所示, 但两段曲线缸筒之间不能直接对接,需加入直线段过 渡。气缸的主气口、 缓冲器、 磁性开关及滑块上执行元 件的供气嘴均在气缸端部。气缸端部气嘴和滑块上三 通梭阀共同构成供气单元,向滑块上执行元件(如气动 手指)供气,最多可有2组供气单元。 212 特性 与现有的模块积木式组合机构比较,由于只需1只 气缸即可完成复杂的空间运动,因此,采用这种曲线气缸 及其传送系统既简化了气动系统及其控制,又大大节省 了机构空间及其工作循环周期,可谓简单快捷。 气缸及系统工作压力范围为0118017 mpa(当滑 块通过外部止动器实现中位停止时则压力低于0138 mpa) 。滑块上执行元件的工作压力为0105110 mpa ,气缸磁环磁性偶合保持力可达316 n(缸径为32 mm) ,滑块最大负载为10 kg。 522001年第11期液压与气动 图4 缸筒之间的连接结构 气缸活塞最高速度可达2000 mm/ s ,但必须在终 端采取减速缓冲措施,通常是减速气动回路并配合缓 冲器,其速度控制回路如图5所示,实际应用需根据气 缸的安装、 负载和滑块的运行速度及方向等具体情况 而定,如当气缸终端垂直安装,活塞及滑块向下运动并 且速度超过500 mm/ s时,就须在端部利用气动回路和 油压缓冲器使活塞及滑块减速停止。 图5 速度控制回路 3 应用 该气缸和系统主要应用于小型工件物品在空间点 位之间长距离的快速搬运传送,尤其是在需要避开或 跨越障碍物的三维空间运动,更显出其简便、 快捷、 经 济的优越性,图6给出了基本应用实例。 图6 气缸及系统的应用示例 4 选择和使用 411 选型步骤(见图 7) 412 使用事项 a) 目前该气缸搬运传送的物件尺寸和重量有限, 具体大小需根据气缸安装、 速度及规格等工况综合分 析确定,其中气缸负载系统 n是计算的主要依据, 图7 选型步骤 要求 n1。 n= 实际负载( m) 最大负载 ( m m) + 静态转矩( m) 最大静态转矩 ( m m) + 动态转矩 ( m e) 最大动态转矩 ( m em) 滑块速度越高或缸体安装固定点间距越大,则 n应 越小。滑块转距的计算与常规无杆气缸相同,要求3 方向的最大值在允许范围内。 b) 对长距离运行则须认真考虑气缸的润滑问题, 如果超过20 m ,润滑就难以保证。 c) 滑块中位停止一般采用气压使活塞急停,但不 能保证滑块的停止精度或长时间保持在停止位置。若 用外部止动器等机械方法,则气缸驱动压力不能高于