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1、課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 課程設(shè)計(jì)名稱 液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì) 專 業(yè) 機(jī)械制造及自動(dòng)化 目 錄1.緒論1 1.1機(jī)械手簡(jiǎn)介1 1.1.1機(jī)械手概述1 1.1.2國(guó)內(nèi)外機(jī)械手的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)1 1.1.3基本工作過程2 1.2液壓控制系統(tǒng)的特點(diǎn)32.液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4 2.1液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介4 2.2液壓系統(tǒng)的組成4 2.3 液壓系統(tǒng)原理4 2.4 液壓系統(tǒng)的工況分析5 2.5 機(jī)械手液壓系統(tǒng)的控制回路5 2.6 擬定液壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖8 2.7 液壓元件簡(jiǎn)介和選型10 2.7.1 液壓元件簡(jiǎn)介10 2.7.2 液壓元件的選型113.電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)16 3.1 主電路的設(shè)計(jì)與元件的選用1

2、6 3.2 擬定I/O接線圖204.設(shè)計(jì)總結(jié)22摘要: 在機(jī)械制造業(yè)中，機(jī)械手己被廣泛應(yīng)用，大大地改善了工人的勞動(dòng)條件，顯著地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快了實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。機(jī)械手能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。本文介紹了一種組合機(jī)床上下料機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。本文的機(jī)械手由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，選擇用PLC進(jìn)行控制。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)是運(yùn)行平穩(wěn)，壽命長(zhǎng)；容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；布置較靈活。PLC控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)；易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎；建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造；體積小重量輕，能

3、耗低。本文選定拖動(dòng)方案為液壓傳動(dòng)，對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行了分析，介紹了本題所用的液壓系統(tǒng)的組成，擬定了液壓原理圖。通過本次的設(shè)計(jì)，我對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)有了更深層的了解，為以后這方面的工作與學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞: 機(jī)械手;液壓缸1 緒論在工業(yè)生產(chǎn)線中，機(jī)械手具有很廣泛的用途。它是工作抓取和裝配系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。它的基本作用是從指定位置抓取工件運(yùn)送到另一個(gè)指定的位置進(jìn)行裝配。機(jī)械手臂代替了人土的繁雜勞動(dòng)，并且操作精度高，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。 1.1 機(jī)械手簡(jiǎn)介 1.1.1 機(jī)械手概述圖1-1 自動(dòng)上下料機(jī)械手 機(jī)械手的組成:能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)

4、物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。如圖1-1它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕上和原子能等部門。機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來(lái)抓持工件(或工具)的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)(擺動(dòng))、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。

5、自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣在工業(yè)生產(chǎn)線中，機(jī)械手具有很廣泛的用途。它是工作抓取和裝配系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。它的基本作用是從指定位置抓取工件運(yùn)送到另一個(gè)指定的位置進(jìn)行裝配。機(jī)械手臂代替了人土的繁雜勞動(dòng)，并且操作精度高，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。 機(jī)械手的組成:能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕上和原子能等部門。 1.1.2 國(guó)內(nèi)外機(jī)械手的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 目前工業(yè)機(jī)械手主要用于機(jī)床加工、鑄造、熱處理等方面，無(wú)論

6、數(shù)量、品種和性能方而還是不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要。 在國(guó)內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，重點(diǎn)發(fā)展鑄造、熱處理方而的機(jī)械手，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)以及根據(jù)不同類型的加緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類型的基加緊機(jī)構(gòu)，即可組成不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)計(jì)制造，有便于更換上件，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機(jī)械手的作用。 此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺

7、等性能的機(jī)械手，并考慮與計(jì)算機(jī)連用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。 在國(guó)外機(jī)械制造業(yè)中工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機(jī)床、橫鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來(lái)完成規(guī)定的操作。 此外，國(guó)外機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某種智能的機(jī)械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時(shí)，即能更正井自行檢測(cè)，重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績(jī)。 視覺功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測(cè)距儀(即距離傳感器)以及微型計(jì)算機(jī)。工作是電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號(hào)，然后送給計(jì)算機(jī)，以便分析物體的種

8、類、大小、顏色和位置，并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。 觸覺功能即是在機(jī)械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時(shí)機(jī)械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通過裝在手指內(nèi)的敏感元件來(lái)控制，達(dá)到自動(dòng)調(diào)整握力的大小?？傊?，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展機(jī)械手裝配作業(yè)的能力也將進(jìn)一步提高。 更重要的是將機(jī)械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。 1.1.3 基本工作過程如圖為機(jī)械手運(yùn)動(dòng)圖，機(jī)械手的動(dòng)作過程：手臂順時(shí)針旋轉(zhuǎn)手臂下降手臂右行手腕順時(shí)針旋轉(zhuǎn)夾緊工件手臂左行手臂上升手臂逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)手腕逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)松開工件回

9、原點(diǎn)（手腕順時(shí)針旋轉(zhuǎn)手臂左行手臂上升手臂順時(shí)針旋轉(zhuǎn)） 1.2 液壓控制系統(tǒng)的特點(diǎn)1 液壓元件的布置不受嚴(yán)格的空間位置限制，系統(tǒng)中各部分用管道連接，布局安裝有很大的靈活性，能構(gòu)成用其他方法難以組成的復(fù)雜系統(tǒng)。2 可以在運(yùn)動(dòng)過程中實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速。3 液壓傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)均勻平穩(wěn)，易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁的換向。4 操作控制方便、省力，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、中遠(yuǎn)程距離控制、過載保護(hù)。5 液壓元件標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化程度較高，有利于縮短機(jī)器的設(shè)計(jì)、制造周期和降低制造成本2 液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1 液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介 機(jī)械手的液壓傳動(dòng)是以有壓力的油液作為傳遞動(dòng)力的工作介質(zhì)。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵輸出壓力油，是將電動(dòng)

10、機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能。壓力油經(jīng)過管道及一些控制調(diào)節(jié)裝置等進(jìn)入油缸，推動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)，從而使手臂作伸縮、升降等運(yùn)動(dòng)，將油液的壓力能又轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。手臂在運(yùn)動(dòng)時(shí)所能克服的摩擦阻力大小，以及夾持式手部夾緊工件時(shí)所需保持的握力大小，均與油液的壓力和活塞的有效工作面積有關(guān)。手臂做各種運(yùn)動(dòng)的速度決定于流入密封油缸中油液容積的多少。這種借助于運(yùn)動(dòng)著的壓力油的容積變化來(lái)傳遞動(dòng)力的液壓傳動(dòng)稱為容積式液壓傳動(dòng)，機(jī)械手的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)都屬于容積式液壓傳動(dòng)。 2.2 液壓系統(tǒng)的組成 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成： 油泵:它供給液壓系統(tǒng)壓力油，將電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能，用這壓力油驅(qū)動(dòng)整個(gè)液壓

11、系統(tǒng)工作。 液動(dòng)機(jī):壓力油驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件對(duì)外工作部分。手臂做直線運(yùn)動(dòng)，液動(dòng)機(jī)就是手臂伸縮油缸。也有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液動(dòng)機(jī)一般叫作油馬達(dá)，回轉(zhuǎn)角小于360的液動(dòng)機(jī)，一般叫作回轉(zhuǎn)油缸（或稱擺動(dòng)油缸）。 控制調(diào)節(jié)裝置:各種閥類，如單向閥、溢流閥、節(jié)流閥、調(diào)速閥、減壓閥、順序閥等，各起一定作用，使機(jī)械手的手臂、手腕、手指等能夠完成所要求的運(yùn)動(dòng)。 2.3 液壓系統(tǒng)原理 它是由兩個(gè)大小不同的液缸組成的，在液缸里充滿水或油。充水的叫“水壓機(jī)”；充油的稱“油壓機(jī)”。兩個(gè)液缸里各有一個(gè)可以滑動(dòng)的活塞，如果在小活塞上加一定值的壓力，根據(jù)帕斯卡定律，小活塞將這一壓力通過液體的壓力傳遞給大活塞，將大活塞頂上去。設(shè)小活塞的橫截

12、面積是S1，加在小活塞上的向下的壓力是F1。于是，小活塞對(duì)液體的壓強(qiáng)為P=F1/SI，能夠大小不變地被液體向各個(gè)方向傳遞。大活塞所受到的壓強(qiáng)必然也等于P。若大活塞的橫截面積是S2，壓強(qiáng)P在大活塞上所產(chǎn)生的向上的壓力F2=PxS2，截面積是小活塞橫截面積的倍數(shù)。從上式知，在小活塞上加一較小的力，則在大活塞上會(huì)得到很大的力，為此用液壓機(jī)來(lái)壓制膠合板、榨油、提取重物、鍛壓鋼材等。 2.4 液壓系統(tǒng)的工況分析機(jī)械手的自動(dòng)工作循環(huán)是由控制線路控制液壓系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖2-1是一次工作進(jìn)給液壓系統(tǒng)圖，工作循環(huán)包括快進(jìn)、工進(jìn)、快退，可以完成機(jī)械手的機(jī)座旋轉(zhuǎn)，腰部升降，手臂伸縮，手腕旋轉(zhuǎn)，手爪夾緊等運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)

13、現(xiàn)上下料的目的。整個(gè)過程由plc系統(tǒng)控制，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)3種循環(huán)方式。圖2-1液壓工藝控制裝置要求 2.5 機(jī)械手液壓系統(tǒng)的控制回路 機(jī)械手的液壓系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)械手自由度的多少，液壓系統(tǒng)可繁可簡(jiǎn)，但是總不外乎由一些基本控制回路組成。這些基本控制回路具有各種功能，如工作壓力的調(diào)整、油泵的卸荷、運(yùn)動(dòng)的換向、工作速度的調(diào)節(jié)以及 同步運(yùn)動(dòng)等。壓力控制回路 卸荷回路的作用和方法：在機(jī)械手各油缸不工作時(shí)或短時(shí)間不工作時(shí)，油泵電機(jī)又不停止工作的情況下，為減少油泵的功率損耗，節(jié)省動(dòng)力，降低系統(tǒng)的發(fā)熱，使油泵在低負(fù)荷下工作。因?yàn)楸玫妮敵龉β实扔趬毫土髁康某朔e，因此卸載的方法有兩種，一種是將泵的出口直接

14、接回油箱，泵在零壓或接近零壓下工作；一種是使泵在零流量或接近零流量下工作。前者稱為壓力卸載，后者稱為流量卸載。此機(jī)械手采用二位二通電磁閥控制先導(dǎo)型溢流閥的卸載回路。當(dāng)先導(dǎo)型溢流閥通過二位二通電磁閥接通油箱時(shí)，泵輸出地油液以很低的壓力經(jīng)溢流閥回油箱，實(shí)現(xiàn)卸載。圖2-3 卸荷回路 平衡回路的功能在于使執(zhí)行元件的回游路上保持一定的背壓值，以平衡重力負(fù)載，使之不會(huì)因自重而自行下落。本設(shè)計(jì)采用單向順序閥的平衡回路，調(diào)整順序閥，使其開啟壓力與液壓缸下腔作用面積的乘積稍微大于垂直運(yùn)動(dòng)部件的重力?；钊滦袝r(shí)，由于回油路上存在一定背壓支承重力負(fù)載，活塞將平穩(wěn)下落；換向閥處于中位，活塞停止運(yùn)動(dòng)，不再繼續(xù)下行。此處

15、的順序閥又被稱作平衡閥。在這種平衡回路中，順序閥調(diào)整壓力調(diào)定后，若工作負(fù)載變小，系統(tǒng)的功率損失將增大。又由于滑閥結(jié)構(gòu)的順序閥和換向閥存在泄漏，活塞不可能長(zhǎng)時(shí)間停在任意位置，故這種回路適用于工作負(fù)載固定且活塞閉鎖要求不高的場(chǎng)合。 速度控制回路 速度控制回路是討論液壓執(zhí)行元件速度的調(diào)節(jié)和變換的問題。單向節(jié)流閥（見圖2-4）是簡(jiǎn)易的流量控制閥，在定量泵液壓系統(tǒng)中，節(jié)流閥和溢流閥配合，可組成三種節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，即進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)、回油路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)和旁路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)。節(jié)流閥沒有流量負(fù)反饋功能，不能補(bǔ)償由負(fù)載變化所造成的速度不穩(wěn)定，一般僅用于負(fù)載變化不大或?qū)λ俣确€(wěn)定性要求不高的場(chǎng)合。圖2-4 方向控制回

16、路1換向回路在機(jī)械手液壓系統(tǒng)中，為控制各油缸、馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)方向和接通或關(guān)閉油路，通常采用二位二通、二位三通、二位四通、三位四通電磁閥和電液動(dòng)滑閥，由電控系統(tǒng)發(fā)出電信號(hào)，控制電磁鐵操縱閥芯換向，使油缸及油馬達(dá)的油路換向，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和正反向轉(zhuǎn)動(dòng)。這里選用二位四通（如圖2-5b）、三位四通（如圖2-5a）的換向閥。二位閥智能使執(zhí)行元件正反向運(yùn)動(dòng)，而三位有中位，不同中位滑閥機(jī)能可使系統(tǒng)獲得不同性能。 （a） (b)圖2-5 方向控制回路 2鎖緊回路鎖緊回路的功能是通過切斷執(zhí)行元件的進(jìn)油、出油通道來(lái)使停在任意位置，并防止停止運(yùn)動(dòng)后因外界因素而發(fā)生竄動(dòng)。本設(shè)計(jì)采用的是在液壓缸兩側(cè)油路上都串聯(lián)一液控單向

17、閥形成互鎖，活塞可以在行程的任何位置上長(zhǎng)期鎖緊，不會(huì)因外界原因而竄動(dòng)。 2.6 擬定液壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖 圖2-6為機(jī)械手的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖。它由液壓油通過過濾器，液壓泵，溢流閥，壓力繼電器，進(jìn)入各并聯(lián)液路上的電磁閥，以控制液壓缸和手部動(dòng)作。圖2-2 機(jī)械手液壓原理圖1.油箱 2.過濾器 3.液壓泵 4.三位四通電磁換向閥 5.二位四通電磁換向閥 6.單向節(jié)流閥 7.液壓馬達(dá) 8.行程開關(guān) 9.溢流閥 10.背壓閥液壓系統(tǒng)說(shuō)明如下： 元件設(shè)計(jì)說(shuō)明：在機(jī)械手工作中，立柱升降頻繁，為了節(jié)省能量，減少系統(tǒng)發(fā)熱，故選用雙聯(lián)齒輪泵，其中一個(gè)為小流量泵，另一個(gè)為大流量泵。設(shè)置過濾器，濾去油液中的雜

18、質(zhì)，防止油液的清潔，保證液壓系統(tǒng)正常工作。設(shè)置單向閥，防止系統(tǒng)的壓力沖擊，在泵不工作時(shí)防止系統(tǒng)的油液倒流經(jīng)泵回油箱。設(shè)置溢流閥，保證系統(tǒng)壓力恒定，限制其最高壓力。設(shè)置換向閥，使油箱接通或切斷而改變油流的方向。設(shè)置調(diào)速閥，保持液流速度的穩(wěn)定。設(shè)置背壓閥，防止液壓缸突然失去負(fù)載向前沖。 系統(tǒng)工作過程說(shuō)明：?jiǎn)?dòng) 按啟動(dòng)按鈕，電磁鐵全部處于失電狀態(tài)，三位電磁閥處于中位。液壓泵啟動(dòng)，從油箱1中抽油，通過過濾器2將油過濾，再經(jīng)過單向閥，油液進(jìn)入各電磁換向閥。 手臂左旋轉(zhuǎn)時(shí)，YA2得電油液經(jīng)過單向調(diào)速閥，液壓馬達(dá)左旋，當(dāng)碰到行程開關(guān)SQ5時(shí)，YA2失電油液封閉。進(jìn)油路：泵液控單向閥換向閥單向調(diào)速閥液壓馬達(dá)，

19、回油路：液壓馬達(dá)單向調(diào)速閥油箱。右旋時(shí)，YA3得電，換向閥換至右位，液壓馬達(dá)右旋，當(dāng)碰到SQ6行程開關(guān)停止旋轉(zhuǎn)。進(jìn)油路：泵液控單向閥換向閥單向調(diào)速閥液壓馬達(dá)。回油路：液壓馬達(dá)單向調(diào)速閥油箱。手臂上升時(shí)，YA6得電油液經(jīng)過單向調(diào)速閥，液壓活塞桿伸出（上升），當(dāng)碰到行程開關(guān)SQ3時(shí)，YA6失電油液封閉,保持不動(dòng)狀態(tài)。進(jìn)油路：泵液控單向閥換向閥單向調(diào)速閥活塞液壓缸，回油路：活塞液壓缸背壓閥單向調(diào)速閥換向閥油箱。下降時(shí)，YA7得電，換向閥換至右位，油液從右端進(jìn)入，液壓缸活塞桿收回，當(dāng)碰到SQ4行程開關(guān)時(shí)液壓缸停止運(yùn)動(dòng)。進(jìn)油路：泵液控單向閥換向閥單向調(diào)速閥活塞液壓缸，回油路：活塞液壓缸單向調(diào)速閥換向閥油

20、箱。手臂伸出時(shí)，YA8得電，油液經(jīng)過單向調(diào)速閥，液壓活塞桿伸出，當(dāng)碰到行程開關(guān)SQ2時(shí)，YA8失電油液封閉，保持不動(dòng)狀態(tài)。進(jìn)油路：泵液控單向閥換向閥單向調(diào)速閥活塞液壓缸?；赜吐罚夯钊簤焊讚Q向閥油箱。收縮時(shí)，YA9得電，換向閥換至右位，油液從右端進(jìn)入，液壓缸活塞缸收縮，當(dāng)碰到SQ1行程開關(guān)時(shí)液壓缸停止運(yùn)動(dòng)。進(jìn)油路：泵液控單向閥換向閥活塞液壓缸。回油路：活塞液壓缸單向調(diào)速閥換向閥油箱。手腕左旋轉(zhuǎn)時(shí)，YA4得電油液經(jīng)過單向調(diào)速閥，液壓旋轉(zhuǎn)缸左旋，當(dāng)碰到行程開關(guān)SQ8時(shí)，YA4失電油液封閉，保持不動(dòng)狀態(tài)。進(jìn)油路,回油路同手臂回轉(zhuǎn)。右旋時(shí)，YA5得電，油液從右端進(jìn)入，液壓旋轉(zhuǎn)缸右旋，當(dāng)碰到SQ7形成開

21、關(guān)停止旋轉(zhuǎn)。夾緊和松開只有一個(gè)線圈的二位二通電磁閥經(jīng)由液壓系統(tǒng)完成驅(qū)動(dòng)，線圈通電時(shí)工件被夾住，線圈斷開時(shí)工件被松開。 2.7 液壓元件簡(jiǎn)介和選型 2.7.1 液壓元件簡(jiǎn)介液壓元件分類動(dòng)力元件：齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵。 執(zhí)行元件-液壓缸：活塞液壓缸、柱塞液壓缸、擺動(dòng)液壓缸、組合液壓缸。 液壓馬達(dá)：齒輪式液壓馬達(dá)、葉片液壓馬達(dá)、柱塞液壓馬達(dá)。 控制元件-方向控制閥：?jiǎn)蜗蜷y、換向閥。 壓力控制閥：溢流閥、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等。 流量控制閥：節(jié)流閥、調(diào)速閥、分流閥。 輔助元件：蓄能器、過濾器、冷卻器、加熱器、油管、管接頭、油箱、壓力計(jì)、流量計(jì)、密封裝置等。 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成液壓系統(tǒng)主

22、要由：動(dòng)力元件（油泵）、執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達(dá)）、控制元件（各種閥）、輔助元件和工作介質(zhì)等五部分組成。 1、動(dòng)力元件（油泵）它的作用是把液體利用原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓力能；是液壓傳動(dòng)中的動(dòng)力部分。 2、執(zhí)行元件（油缸、液壓馬達(dá)）它是將液體的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。其中，油缸做直線運(yùn)動(dòng)，馬達(dá)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 3、控制元件包括壓力閥、流量閥和方向閥等。它們的作用是根據(jù)需要無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)液動(dòng)機(jī)的速度，并對(duì)液壓系統(tǒng)中工作液體的壓力、流量和流向進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。 4、輔助元件除上述三部分以外的其它元件，包括壓力表、濾油器、蓄能裝置、冷卻器、管件主要包括:各種管接頭(擴(kuò)口式、焊接式、卡套式,法蘭）、高壓球閥、快換接頭、

23、軟管總成、測(cè)壓接頭、管夾等及油箱等，它們同樣十分重要。 5、工作介質(zhì)工作介質(zhì)是指各類液壓傳動(dòng)中的液壓油或乳化液，它經(jīng)過油泵和液動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。 2.7.2 液壓元件的選型 設(shè)計(jì)的主要技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)床上下料機(jī)械手的液壓系統(tǒng)。 1）機(jī)械手要求的工作循環(huán)是：機(jī)械手在實(shí)現(xiàn)上下料的過程要求實(shí)現(xiàn)“小臂伸長(zhǎng)/手部抓緊/腕部回轉(zhuǎn)/小臂收縮/手部放松/卸荷”的自動(dòng)循環(huán)，由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)的加速、減速時(shí)間均為0.2s。2）機(jī)械手的工作參數(shù)如下：a、坐標(biāo)形式：圓柱坐標(biāo)系；b、臂的運(yùn)動(dòng)形成：伸縮運(yùn)動(dòng)500mm，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)180；c、運(yùn)動(dòng)速度：使生產(chǎn)率滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)的要求即可；d、控制方式：起止設(shè)定位置；e、定

24、位精度：0.5mm；f、手指握力：392N；g、驅(qū)動(dòng)方式：液壓驅(qū)動(dòng)。3）機(jī)械手自動(dòng)化要求：要求系統(tǒng)采用電液結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)，速度換接無(wú)沖擊，且速度要穩(wěn)定，能承受一定量的反向負(fù)荷。液壓缸參數(shù)的計(jì)算夾緊液壓缸的參數(shù)計(jì)算夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。手指對(duì)工件的夾緊力可按公式計(jì)算：式中：K安全系數(shù)，通常1.2-2.0; 軸向力 av形手爪的開合角 工件和手爪間的摩擦系數(shù)計(jì)算：設(shè)K=1.5，=mg，=0.31根據(jù)公式，將已知條件帶入： 2根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得：

25、NabFFNp3594035cos802130cos222=oa由于實(shí)際采用的液壓缸驅(qū)動(dòng)力大于計(jì)算，把手抓的機(jī)械效率考慮在內(nèi)，一般取=0.88-0.93取=0.9 NFFpP3928.3909.0359=h1、液壓缸工作壓力的確定由資料取液壓缸工作壓力P=0.4MPa2、液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定確定液壓缸的內(nèi)徑DF實(shí)際=(-)預(yù)設(shè)活塞桿直徑d=0.5D,液壓缸工作壓力P=0.4M所以=0.0396根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓傳動(dòng)分冊(cè)，選取液壓缸內(nèi)徑為：D=40mm，則活塞桿內(nèi)徑為d=40.5=20mm，選取d=18mm伸縮液壓缸的參數(shù)計(jì)算液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的確定根據(jù)設(shè)計(jì)要求，結(jié)合末端執(zhí)行器

26、的尺寸，采用單活塞缸雙作用液壓缸，初定內(nèi)徑為，可得活塞桿直徑：圓整后，取活塞桿直徑d=18mm由液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)，取液壓缸工作壓力P=0.4MPa由公式： 升降液壓缸的參數(shù)計(jì)算液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的確定根據(jù)設(shè)計(jì)要求，結(jié)合末端執(zhí)行器的尺寸以及升降液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸，采用但活塞桿雙作用液壓缸，初定內(nèi)徑為可得活塞桿直徑圓整后，取活塞桿直徑d=32mm查手冊(cè)取液壓缸工作壓力p=0.4MPa由公式： 計(jì)入載荷率就能保證液壓缸工作時(shí)的動(dòng)態(tài)特性。若液壓缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求較高,且工作頻率高，其載荷率一般取，速度高時(shí)取小值，速度低時(shí)取大值。若液壓缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求一般，且工作頻率低，基本是勻速運(yùn)動(dòng)，其載荷率可取。得F1=2

27、198N,F2=1972.92N回轉(zhuǎn)液壓缸的參數(shù)計(jì)算設(shè)b=60mm，工作壓力p=4Mpa，d=50mm則由得m取液壓缸內(nèi)徑40mm液壓泵的選型由于回轉(zhuǎn)階段液壓缸工作壓力最大，若取進(jìn)油路總壓力損失，壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差，則液壓泵最高工作壓力可按式算出因此泵的額定壓力可取Pr升降時(shí)所需流量最小是3L/min,設(shè)溢流閥最小溢流量為14.5L/min，則小流量泵的流量應(yīng)為，回轉(zhuǎn)時(shí)液壓缸所需的最大流量是129L/min，則泵的總流量為即大流量泵的流量。根據(jù)計(jì)算出的壓力和流量，可選用CBZ型的液壓泵：大泵的額定流量為125L/min，額定工作壓力2.5MPa;小泵的額定流量為18L/min,額定工

28、作壓力2.5MPa，其消耗功率6.8KW,轉(zhuǎn)速為1450r/min。 電動(dòng)機(jī)的選擇查表選用J02-51-4型電機(jī)，屬于籠型異步電動(dòng)機(jī)，采用B級(jí)絕緣，外殼防護(hù)級(jí)為IP44，冷卻方式為I（014）即全封閉自扇冷卻，額定功率為7.5KW,額定電壓380v，額定功率50Hz，如表Y90S4電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)所示表2-1 型號(hào)額定功率kw滿載時(shí)堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩電流A轉(zhuǎn)速r/min效率%功率因素額定電流額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩J02-51-47.527140079078652222其它元件的選型表2-2 其它液壓元件的選型型號(hào)名稱數(shù)量DBDH6G10/1溢流閥1行程開關(guān)8KF3E6L壓力表4QLA-L3單向節(jié)流閥

29、5Q22DX-1二位三通電磁閥1Q25DC-3二位五通電磁閥4TK-10平衡閥1液壓泵1XU-1380-100過濾器1油箱13.電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)選用一臺(tái)三相交流異步電動(dòng)機(jī)M拖動(dòng)， 3.1 主電路的設(shè)計(jì)與元件的選用設(shè)計(jì)過程選用組合開關(guān)將三相電源引入，F(xiàn)U為電動(dòng)機(jī)M的短路保護(hù)熔斷器，KR為M電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)用熱繼電器,接觸器KM為M電動(dòng)機(jī)起動(dòng)用接觸器，并接地線保護(hù)電動(dòng)機(jī)。主電路元件的選用開關(guān)選擇用組合開關(guān)，組合開關(guān)主要是作為電源引入開關(guān)，它也可以啟停5KW以下的異步電動(dòng)機(jī)，適合該電路的應(yīng)用。接觸器KM主要控制對(duì)象就是電動(dòng)機(jī)，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制，并具有欠電壓保護(hù)。熱繼電器KR是專門用來(lái)對(duì)

30、連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過載及斷相保護(hù)，以防止電動(dòng)機(jī)過熱而燒毀的保護(hù)電器。熔斷器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格低廉的保護(hù)電器，廣泛用于電氣設(shè)備的短路保護(hù)。表3-1 機(jī)械手電氣元件表符號(hào)名稱型號(hào)規(guī)格數(shù)量QF組合開關(guān)HZ10-25/133極 55V 25A1KM交流接觸器CJ10-4040A 線圈電壓127V1FU熔斷器RL1-15500V 熔體10A1KR熱繼電器JR10-10熱元件1號(hào) 額定電流19.9A1根據(jù)以上各項(xiàng)要求，再對(duì)照本機(jī)械手的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求分析，可選用三菱公司FX系列FX2N-64MR。三菱FX系列FX2N-64MR PLC型號(hào)特性：1. 主機(jī)點(diǎn)數(shù)： 322. 最大I/O點(diǎn)數(shù)：256點(diǎn)

31、 3. 程序容量：4K Steps 4. 通訊端口：內(nèi)置RS-232與RS-485，兼容MODBUS ASCII / RTU通訊協(xié)議。 5. 高速脈沖輸出：支持2點(diǎn)(Y0, Y1)獨(dú)立高速脈沖輸出功能，最高可達(dá)10kHz。 6. 內(nèi)置四點(diǎn)高速計(jì)數(shù)器：三菱FX2N-64MR系列PLC確定I/O分配表序號(hào)輸入代號(hào)功能序號(hào)輸出代號(hào)功能1X10SA方式選擇23Y1YA1夾緊2X1124Y2YA2機(jī)座順時(shí)針旋轉(zhuǎn)3X0SQ0機(jī)座順時(shí)針旋轉(zhuǎn)開關(guān)25Y3YA3機(jī)座逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)4X1SQ1手臂左行開關(guān)26Y4YA4手腕順時(shí)針旋轉(zhuǎn)5X2SQ2手臂右行開關(guān)27Y5YA5手腕逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)6X3SQ3腰部上升開關(guān)28Y6Y

32、A6腰部上升7X4SQ4腰部下降開關(guān)29Y7YA7腰部下降8X5SQ5手腕順時(shí)針旋轉(zhuǎn)開關(guān)30Y9YA9手臂右行9X6SQ6手腕逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)開關(guān)31Y10YA10手臂左行10X7SQ7機(jī)座逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)開關(guān)32Y11L1指示燈11X15SB1啟動(dòng)12X17SB2停止13X20SB3腰部上升按鈕14X21SB4腰部下降按鈕15X22SB5手臂右行按鈕16X23SB6手臂左行按鈕17X24SB7手腕順時(shí)針旋轉(zhuǎn)按鈕18X25SB8手腕逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)按鈕19X26SB9機(jī)座順時(shí)針旋轉(zhuǎn)按鈕20X27SB10機(jī)座逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)按鈕21X30SB11夾緊按鈕22X31SB12松開按鈕 3.2 擬定I/O接線圖根據(jù)系統(tǒng)輸入輸

33、出點(diǎn)的數(shù)目，選擇三菱公司的FX2N系列FX2N-64MR，原理圖如圖所示。電磁鐵動(dòng)作順序表（自動(dòng)）電磁鐵機(jī)械手動(dòng)作YA1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA9轉(zhuǎn)換指令手臂順轉(zhuǎn)-+-SQ0手臂下降-+-SQ4手臂右行-+-SQ2手臂順轉(zhuǎn)-+-SQ5夾緊+-SB11手臂左行+-+SQ1手臂上升+-+-SQ3手臂逆轉(zhuǎn)+-+-SQ7手腕逆轉(zhuǎn)+-+-SQ6松開-SB12電磁鐵動(dòng)作順序表（自動(dòng)返回原點(diǎn)）電磁鐵機(jī)械手動(dòng)作YA1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA9YA10轉(zhuǎn)換指令手腕順轉(zhuǎn)-+-SQ5手臂左行-+SQ1手臂上升-+-SQ3手臂順轉(zhuǎn)-+-SQ54.設(shè)計(jì)總結(jié) 通過此次設(shè)計(jì)，使我了解了

34、機(jī)械手的很多相關(guān)知識(shí)，也了解了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外在此方面的一些先進(jìn)生產(chǎn)和制造技術(shù)，掌握了液壓系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)，能夠獨(dú)立地完成簡(jiǎn)單液壓圖的設(shè)計(jì)，也學(xué)會(huì)了使用PLC軟件對(duì)機(jī)械手進(jìn)行簡(jiǎn)單的控制，并繪制了有關(guān)的I/O接線圖、梯形圖等。為以后的工作學(xué)習(xí)創(chuàng)造了一定的基礎(chǔ)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)對(duì)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)做了簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中沒有涉及得很深入，例如沒有對(duì)PLC程序進(jìn)行實(shí)際調(diào)試。但本次設(shè)計(jì)的上下料機(jī)械手，相對(duì)于通用機(jī)械手，因此，動(dòng)作固定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)成本低廉，專用性較高，可實(shí)現(xiàn)車間內(nèi)的一些搬運(yùn)工作。在這一次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我有很多收獲。首先把我?guī)啄陙?lái)所學(xué)的知識(shí)做了一次系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，獨(dú)立分析

35、問題和解決問題的能力，也使我學(xué)會(huì)怎樣更好的利用圖書館，網(wǎng)絡(luò)資料,還使我學(xué)會(huì)如何與同學(xué)共同討論問題。經(jīng)過本次設(shè)計(jì)，我切實(shí)體會(huì)作為一個(gè)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)人員的艱難性。在設(shè)計(jì)過程中，我經(jīng)常遇到各種各樣的問題，有的是知識(shí)方面的不足導(dǎo)致的，有的是設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)方面導(dǎo)致的。這些問題有時(shí)令我束手無(wú)措，不過在自己不斷地努力下，終于順利地完成了，所以做事一定要堅(jiān)持努力。雖然我的設(shè)計(jì)存在很多不足的地方，但在這兩個(gè)月的時(shí)間里，我學(xué)到了許多知識(shí)，積累了不少寶貴的經(jīng)驗(yàn)，這些對(duì)于我即將要走向社會(huì)工作崗位，將起到很關(guān)鍵的作用。參 考 文 獻(xiàn)1 王炳實(shí). 機(jī)床電氣控制.第三版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004年. 2 王本軼. 機(jī)床設(shè)備控制基礎(chǔ). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005年.3 丁樹模. 液壓傳動(dòng). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007年.4 林平勇. 高崇. 電工電子技術(shù).第二版：北京：高等教育出版社，2004年.5 熊幸明. 曹才開. 一種工業(yè)機(jī)械手的PLC控制.微計(jì)算機(jī)信息，2006年.6 孔秀艷. 一種四軸搬運(yùn)機(jī)械手的PLC控制. 大眾科技，2008年，第7期. 7 劉軒.王麗偉. 機(jī)械手的PLC控制. 機(jī)床電器. 2006年.8 張應(yīng)金. PLC在機(jī)械手搬運(yùn)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.自動(dòng)化博覽，2008年02刊.9 章宏甲. 液壓與氣壓傳動(dòng)，機(jī)械工業(yè)出版社，2005年.- 24 -