6机械手液压系统设计
6.1 液压系统的简介
机械手液压传动是以有压力油液作为传递动力的工作介质。电动机带动油泵的输出压力油，是将电动机供给机械能转换成油液压力能。压力油经过管道和一些控制调节的装置等进入油缸，推动活 塞杆运动，使手臂作伸缩、升降的运动，油液的压力能转换成机械能。手臂在运动时所能克服摩擦的大小，及手部夹紧工件时所需要保持的握力大小，均与油液的压力和活塞的有效工作面积有关。手臂做各种运动的运动速度取决于流入密封油缸中的油液容积的多少。这种借助于运动的压力 油的容积变化来传递动力的液压传动称为容积式液压传动，机械手的液压传动系统都属于容积式液压传动。 6.2机械手液压系统的控制回路
机械手的液压系统，根据机械手自由度的多少，液压系统可繁可简，但是总不外乎由一些基本控 制回路组成。这些基本控制回路具有各种功能，如工作压力的调整、油泵的卸荷、运动的换向，工作速度的调节以及同步运动等。 6.3液压系统的组成
①液动机 压力油驱动运动部件对外工作部分。手臂做直线运动，液动机就是手臂伸缩油缸。也有回转运动的液动机一般叫作油马达，回转角小于 360°的液动机，一般叫作回转油缸。
②油泵 它供给液压系统压力油，将电动机输出的机械能转换为油液的压力能，用这压力油驱动整个液压系统工作。
③控制调节装置 各种阀类，如单向阀、节流阀、溢流阀、顺序阀、调速阀、减压阀等，各起一定作用，使机械手的手臂、手腕、手指等能够完成所要求的运动
6.3.1 压力控制回路
① 调压回路 在采用定量泵液压系统中，为控制系统最大工作压力，一般在油泵的出口附近设置溢流阀，用它来调节系统的压力，并将多余油液溢流回油箱。
②减压回路 为了使机械手的液压系统局部压力降低或稳定，在要求减压的
支路前串联上一个减 压阀，以获得比系统压力更低压力。
③ 卸荷回路 在机械手的各油缸不工作时，油泵电机还没停止工作的情况下，为减少油泵功率损耗，节省动力，降低系统发热，并使油泵在低负荷下工作，所以需要采用卸荷回路。此机械手主要采用二位二通电磁阀控制溢流阀的卸荷回路
④ 平衡与锁紧回路 在机械液压的系统中，为了防止垂直机构因自重而任意下降，可采用平衡回路将垂直机构的自重给以平衡。为了使机械手手臂在移动过程中停止在任意位置上，并防止因外力作用而发生位移，可采用锁 紧回路，即将油缸的回油路关闭，使活塞停止运动并锁紧。本机械手采用单向顺序阀做平衡阀实现 任意位置锁紧的回路。
⑤ 油泵出口处接单向阀在油泵出口处接单向阀。其作用有二：第一是保护油泵。液压系统工作时，油泵向系统供应高压油液，以驱动油缸运动而做功。当一旦电机停止转动，油泵不再向外供油，系统中原有的高压油液具有一定能量，将迫使油泵反方向转动，结果产生噪音，加速油泵的磨损。在油泵出油口处加设单向阀后，隔断系统中高压油液和油泵时间的联系，从而起到保护油缸的作用。第二是防止空气混入系统。在停机时，单向阀把系统能够和油泵隔断，防止系统的油液通过油泵流回油箱，避免空气混入，以保证启动时的平稳性。 6.3.2 速度控制回路
液压机械手各种运动的速度的控制，主要是通过改变进入油缸的流量Q。控制方法有两类：一类，采用定量泵，利用调节节流阀通流截面来改变进入油缸或油的马达的流量；另一类，采用变量泵，改变油泵供油量。本机械手采用的使定量油泵节流调速回路。根据各油泵运动速度要求，分别采用 LI 型单向节流阀、LCI型单向节流阀或着QI型单向调速阀等进行调节。
节流调速阀的优点是：简单可靠、调速范围较大、价格便宜。其缺点是：有压力和流量损耗， 在低速负荷传动时效率低，发热大。
采用节流阀进行节流调速时，负荷变化会引起油缸速度变化，其原因是负荷变化会引起节流阀 进出油口的压差变化，因而使通过节流阀的流量以至油缸的速度变化。
调速阀能够随负荷的变化而自动饿调整和稳定所通过的流量，使油缸运动速
度不受负荷变化的 影响，对速度平稳性要求较高的场合，宜用调速阀实现节流来调速。
6.3.3 方向控制回路
在机械手液压的系统中，为控制各油缸、马达运动方向和接通或关闭油路，常采用二位二通、二位三通、二位四通电磁阀和液动滑阀，由电控系统发出的电信号，控制电磁铁操纵阀芯的换向，使 油缸及油马达的油路换向，实现直线往复运动和正反向转动。
目前在液压系统中使用的电磁阀，按电源不同，可分为交流电磁阀（D型）和直流电磁阀（E型）两种。交流电磁阀的使用电压一般为 220V（也有380V或36V），直流电磁阀使用电压一般为 24V（或110V）本机械手采用交流电磁阀。交流电磁阀起动性能较好，换向时间短，接线简单，并且价廉，但是当吸不上时容易烧坏，可靠性差，换向时有冲击，允许换向频率底，寿命较短。 6.4 机械手液压传动系统
液压系统图绘制是设计液压机械手的主要内容之一。液压系统图是各种液压元件为满足机械手动作要求的有机联系图。它通常由一些典型压力控制、流量控制、方向控制回路加上一些专用的回路所组成。
绘制液压系统图的一般顺序是：1.确定油缸和油泵，2.布置中间的控制调节回路和相应的元件，以及其他的辅助装置，从而组成整个液压的系统，并用液压系统图形符号，画出液压的原理图。 6.5机械手手爪伸缩油缸设计 6.5.1确定油缸直径
油缸直径设计计算式：D=1.13 mm
p作用于活塞杠上总机械负载 p1油缸工作压力 D油缸内径
液压系统压力由加工中心总回路压力确定，一般取值6.3N/mm2
机械手总负载p=361N,考虑一些因素的影响，液压缸的负载扩大原来1.1～1.8倍，因此取p=3.61 1.5=541.5N 则公式:
D=1.13 =43.61mm 根据JB826-66,取标准系列D=50mm
液压臂原的计算可按公式： = 其中：
液压缸臂厚
p计计算压力，p计=（1.2 1.3）P D油缸内径 [ ]=11.20
p计=1.2P=1.2 6.3=7.56N/mm2
= =7.56 N/mm2 6.6油缸臂原的设计 6.6.1活塞杆的计算
活塞杆长度应该满足于杆强度要求与运动要求，当杆长大于直径15的杆，应该验算稳定性。
活塞杆强度计算可以约等于直杆拉伸强度计算。即： =
计
或d 其中：
p活塞杆所受总的机械负载 d活塞杆直径
活塞杆材料许用应力 取 =1N/mm2 d 35.52mm
根据标准JB826-66,取标准值d=35mm
活塞杆长度与直径的比为 = =5.7 15，因此不用检验稳定性 6.7手臂回转油缸选择
回转轴转动时油所需要的驱动力矩M驱=280Nm，查手册选用YM系列弹片回转油缸，参数: 工件压力：4 7MPa 排角：90 1430ml/r 扭矩：14 588.6Nm 摆角：22 304rad/s
6.8滑座伸缩油缸设计计算
滑座伸缩所用驱动力为p=1413N 计算式: D =1.13 =36.4mm
根据JB826-66可知，取标准D=40mm p计=1.2P=7.56MPa， 1100000N/mm2
= =7.37 ，取壁厚 =8mm 6.9活塞杆直径的计算 = 计
可知杆径d
d p=1413 =1.2 108N/mm2 d 18.7mm 根据TB826-66,取标准d=22mm 6.10丝杠升降时液压马达参数，规格的选定
油马达规格参数选定应根据工作需要，由已经计算出丝杠驱动力Tq=16.6Nm
根据标准应选YM-A28B型叶片油马达，参数： 排量：28ml/r 输出扭矩：18.0Nm 转速:100 2000r/min 工作压力:6.3MPa 6.11油缸的泄露与密封
液压机械手漏泄压力下降，导致工作不稳定。常用密封圈来完成密封，用来预压和在工作时由于油压的作用。 6.11.1机械手往复运动油缸的密封圈
对于往复直线运动的油缸来说，泄露的主要原因是加工精度和光洁度不够和密封装置的不良。
活塞油缸的静密封主要用0型密封圈，当为动密封用0型和v型密封圈。 0型密封圈结构简单，摩擦小，密封良好，沟槽尺寸小的优点。
V型密封圈安装在活塞与缸体和活塞与缸盖的密封，注意支撑环必须面对压力油方向。
加工中心机械手结构及控制部分设计概述30
