1.3 本课题的主要研究目标和任务

本课题研究目标是：研究设计一套完整的非接触式真空搬运系统，包括气动 回路设计、元件选型、结构设计和 PLC 控制编程，该系统能够准确、稳定、高 效的实现在非接触情况下吸放并搬运超精加工零件，完成所要求的动作。

本课题的主要任务：

1 明确系统所要完成的具体动作及动作顺序，并对系统动作进行分解

2 设计非接触式真空搬运系统的气动系统回路

3 对系统内部气动元件进行选型

4 设计非接触式真空搬运系统的整体结构，绘制系统三维造型图、二维装 配图和零件图

5 编写控制系统的 PLC 控制程序。

2. 非接触式真空搬运系统总体方案设计

2.1 任务要求

本课题设计的系统要求能够搬运工件完成工位 1 到工位 4 之间的顺序移动， 四工位间的相互位置见图 2.1，由于在每个工位上工件都要进行加工，因此系统 不仅要完成搬运工件进行移位，还需在指定位置吸附或释放工件，同时在工件进 行加工时系统的吸附装置需让开一段距离以避免系统与加工装置发生干涉[15]。

工件移动四工位图

2.2 总体方案设计

2.2.1 设计思路

本课题设计的非接触式真空搬运系统需要实现工件吸放并完成工位 1 到工 位 4 之间的顺序移动。为使系统能准确动作，同时为以后 PLC 编程控制做准备， 首先对系统动作顺序进行了分解并建立三维空间坐标系 XYZ 以准确定位工件位 置。

工件在四个工位之间的移动可以分解为：水平方向左右移动（X 轴方向）， 水平方向伸缩移动（Y 轴方向），竖直方向上下移动（Z 轴方向移动）。每一个方 向的移动均需相应的执行元件驱动来实现，为此需选用三个气缸来分别实现三个 方向的移动，此三个气缸根据相应的驱动方向可分别称为移位缸（X 轴方向）、 伸缩缸（Y 轴方向）和升降缸（Z 轴方向），同时对于每一气缸均需配置相应的 气动回路以实现启停和换向。非接触式真空吸盘的移动由三气缸配合实现，吸盘

与升降缸之间通过连接件连接，为使吸盘实现吸放工件的动作，需使用相应的控 制阀来控制。将三个气缸回路、吸盘回路组合并加上气源装置即形成整个气动系 统回路。根据回路中各元件的工作压力、工作时的气体流量以及有效截面积、工 作环境等参数选择各元件型号，完成气动系统回路。

真空搬运系统的结构设计主要考虑系统工作时的稳定性、元件布局的合理性 以及在保证前两者的前提下尽量使结构简单可靠等因素[15]。综合考虑各类因素并 结合实际工作要求，最终选择门式十字型框架作为整体的支撑架，两个无杆气缸 一上一下相互垂直呈十字形倒置且彼此固联，同时一起固定在上支板上，伸缩气 缸则通过法兰固定连接在位于下方的无杆气缸的滑台上。伸缩气缸活塞杆端通过 连接件接非接触式吸盘。此结构设计使工作时气缸所受的主要负载力方向垂直于 活塞运动方向，因此能够在负载力较高的情况下保持系统工作的平稳性。

本课题中真空搬运系统动作的控制通过 PLC 程序实现，气缸回路中的电磁 换向阀均选用双电控，吸盘回路中的换向阀选用单电控，便于 PLC 通过内部继 电器控制电磁阀动作，进而实现气缸的启停与换向以及吸盘吸放工件。来!自~751论-文|网www.751com.cn