水壓機(jī)專用機(jī)械手設(shè)計(jì),水壓機(jī),專用,機(jī)械手,設(shè)計(jì) 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ABSTRACT In China, many industrial ligament developing productivity high precision machining equipments imported from abroad, such as CNC lathe, milling machine, etc, and have several function of machine together in processing center, etc. In this kind of CNC machine greatly enhanced the work product machining accuracy, speed and reduce the labor intensity of work, so popular. But this kind of equipment, the introduction is also very expensive, so many domestic enterprises in the technical personnel of the original old machine, to improve productivity and reduce labor intensity, industrial automation, this kind of improvement is also very popular. I think for ordinary led by a set of machine design on the manipulator, to reduce feeding time, reduce labor intensity. Manipulator is a kind of imitation of the upper body movement machine, it can be scheduled according to request type or holds the automation tool operation of technical equipment, industrial automation, promote the production of industrial production of the further development plays an important role. The powerful vitality and the extensive attention by people, and welcome. Industrial robots can replace the hands of heavy labor, significantly reduce labor intensity, and improve labor productivity and automation level. Industrial production often appears in the heavy work frequently, handling and long-term operation, if not drab robots that labor intensity is high, sometimes even with employees, driving speed greatly retard, this kind of circumstance using manipulator is very effective. In addition, it can be in high temperature, low temperature, water, the universe, reflective and other toxic, environmental pollution condition on the operation. More show its superiority, has broad prospects. Keywords： Process the craft，F(xiàn)ixed position，Clip tight，Appropriation tongs Ⅱ 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 摘 要 射性和其他有毒、有污染環(huán)境條件上進(jìn)行操作。更顯其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。在中國工業(yè)韌帶發(fā)展中，很多高生產(chǎn)率高精度的機(jī)械加工設(shè)備從國外引進(jìn)，比如數(shù)控車床和銑床等，還有把幾種機(jī)床的功能集中在一起的加工中心等。總之這類 CNC機(jī)床大大的提高了工作速度，產(chǎn)品的加工精度，降低了工作的勞動(dòng)強(qiáng)度，所以大受歡迎。但是這類設(shè)備引進(jìn)費(fèi)用也是相當(dāng)?shù)陌嘿F，所以國內(nèi)很多企業(yè)的技術(shù)人員在原先的舊機(jī)床上進(jìn)行改進(jìn)，來達(dá)到提高生產(chǎn)率和降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化，這類改進(jìn)同樣也大受歡迎。 我由引想到為普通機(jī)床配套設(shè)計(jì)一套上料機(jī)械手，來起到減少上料的時(shí)間，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度的目的。機(jī)械手是一種模仿人體上肢運(yùn)動(dòng)的機(jī)器，它能按照預(yù)定要求輸送工種或握持工具進(jìn)行操作的自動(dòng)化技術(shù)設(shè)備，對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化，推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展起著重要作用。因而具有強(qiáng)大的生命力，受到人們的廣泛重視和歡迎。 工業(yè)機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動(dòng)，顯著減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高 勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運(yùn)和長(zhǎng)期頻繁，單調(diào)的操作，如果沒有機(jī)械手那么工人的勞動(dòng)強(qiáng)度是很高的，有時(shí)候還要用行車員工件，生產(chǎn)速度大大延緩，這種情況采用機(jī)械手是很有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、反 關(guān)鍵詞：加工工藝；機(jī)床；機(jī)械手 Ⅰ 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 前言 工業(yè)機(jī)械手是近幾年來出現(xiàn)的一種技術(shù)裝備，它能夠仿人體上肢的某些動(dòng)作，在生產(chǎn)中代替人搬運(yùn)物體或操持工具進(jìn)行操作。因此，機(jī)械手的應(yīng)用越來越普遍，并有著廣泛的發(fā)展前途。 為了提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕工人的勞動(dòng)，并且可保證產(chǎn)品的質(zhì)量。 在設(shè)計(jì)機(jī)械手之前，我們到工廠進(jìn)行了實(shí)地考察對(duì)其結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)形式進(jìn)行研究和分析。回校之后，通過查找有關(guān)資料進(jìn)行機(jī)械手的初步設(shè)計(jì)和計(jì)算。 通過這次設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我們綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)掌握了工程設(shè)計(jì)的一般程序，建立了正確的設(shè)計(jì)思想，使我們學(xué)到了許多在課堂上沒有學(xué)到的知識(shí)，為我們將來的工作奠定了一定的基礎(chǔ)。 在設(shè)計(jì)過程中得到了老師的指導(dǎo)和幫助，在此向您表示感謝。 由于我們的能力有限，在計(jì)算和結(jié)構(gòu)中難免會(huì)出現(xiàn)缺點(diǎn)錯(cuò)誤，真誠期待各位領(lǐng)導(dǎo)和各位老師給予批評(píng)指正。 1． 機(jī)械部分 1-1 確定機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及擬定工作原理圖 一、設(shè)計(jì)要點(diǎn) 1、130，152大炮藥筒壓底工序上，下料機(jī)械手完成頂料、抓料、提開、轉(zhuǎn)腕、下降、放料。 2、手臂行程分為兩個(gè)行程：提開和放料：1000mm 3、傳動(dòng)方式：液壓傳動(dòng) 4、抓持工件的重量：130、16.15kg ；152、12.48kg 二、傳動(dòng)方案的確定 1、驅(qū)動(dòng)方式的確定： 該機(jī)械手采用的是液壓傳動(dòng)，它與氣壓傳動(dòng)相比，能夠有如下優(yōu)點(diǎn)： 1) 能得到較大的輸出力和力矩。 2) 液壓傳動(dòng)滯后現(xiàn)象小，反映較靈敏，傳動(dòng)平穩(wěn)，由于氣壓傳動(dòng)能得到較高的速度，但空氣粘性比油液低，傳動(dòng)中沖擊較大，不利于精確定位。 3) 輸出力和運(yùn)動(dòng)速度控制比較容易，輸出力和運(yùn)動(dòng)速度在一定的油缸尺寸下，主要決定于油液的壓力和流量，通過調(diào)節(jié)相應(yīng)的壓力和流量，能比較方便地控制輸出功率。 4)可達(dá)到較高的定位精度，抓重較輕時(shí)，采用適宜的緩沖措施和定位方式，但系統(tǒng)的泄漏難以避免，影響工作效率和系統(tǒng)的工作性能。 2、運(yùn)動(dòng)路線的確定 根據(jù)其工作循環(huán)，確定運(yùn)動(dòng)路線 傳料——下降——抓料——上升——轉(zhuǎn)腕——下降——松指——上升——直腕 三、機(jī)械手的基本參數(shù) 1) 抓重：根據(jù)任務(wù)所給質(zhì)量，抓料的質(zhì)量為16.15kg、12.47kg兩種工件。 2) 自由度數(shù)為兩個(gè)，手臂的豎直方向向上的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，腕部回轉(zhuǎn)油缸的擺動(dòng)。 3) 工作時(shí)間：任務(wù)是要求機(jī)械手在一分鐘內(nèi)完成兩個(gè)工作循環(huán)，根據(jù)其循環(huán)時(shí)間可分配如下： 手臂上升時(shí)間：5秒 手臂下降時(shí)間：4秒 轉(zhuǎn)腕時(shí)間：3秒 抓料時(shí)間：2秒 放料時(shí)間：1秒 4)定位精確：機(jī)械手的定位精度是由加工工藝要求決定的，三抓定位精度高，根據(jù)本身的結(jié)構(gòu)，抓重工作速度以及驅(qū)動(dòng)方式和緩沖定位方式來確定。本機(jī)械手的定位精度為±1mm。 四、機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)任務(wù)書的要求和工作地的要求，升降系統(tǒng)設(shè)計(jì)成雙作用單桿活塞式油缸，它完成工件的放料任務(wù)?？紤]它的體積要求和轉(zhuǎn)矩要求，采用雙葉片回轉(zhuǎn)油缸，手部采用雙作用單桿式油缸，由滑塊來確定手部的夾緊位置。腕部回轉(zhuǎn)45°，采用單導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。 1-2 夾緊油缸的設(shè)計(jì) 一．夾緊油缸的設(shè)計(jì) 1、夾緊缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選擇 采用滑頭結(jié)構(gòu)，這種形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，并在夾緊工作后能自鎖。 2、手指選擇 根據(jù)工作形狀結(jié)構(gòu)和工藝要求，采用三指式結(jié)構(gòu)，這樣在轉(zhuǎn)腕時(shí)比較平穩(wěn)，三指式120°，對(duì)稱分布。 3、三指夾緊力的計(jì)算 在手指好工件接觸處安裝橡膠，加橡膠墊的目的是使其夾緊可靠，避免碰傷工件表面。 工件夾緊力的計(jì)算： 銅和橡膠的摩擦系數(shù) =0.2 (查手冊(cè)) 工件的重力： =16.15×10=161.5（） 3 = ==269（） 由于,故 夾緊力傳給滑塊，滑塊通過活塞桿的斜塊，將滑塊的壓力分解為兩個(gè)方向，一個(gè)是對(duì)斜塊的壓力，一個(gè)是摩擦力，由受力分析如圖示： 圖1.1 理論驅(qū)動(dòng)力：p` f為鋼與鋼的摩擦系數(shù)，取f=0.15 故 實(shí)際驅(qū)動(dòng)力P 安全系數(shù)，1.5~2 ——0.85~0.9 所以 4.夾緊缸的計(jì)算： 1﹚指部夾緊缸的運(yùn)動(dòng)形式是直線王府運(yùn)動(dòng)，常選用單桿活塞油缸。 2﹚液壓缸尺寸的確定 缸的推力： 取工作壓力: 液壓缸活塞有效工作體積： 3）無桿腔： 4）活塞桿直徑的確定 根據(jù)上式和速度比Φ確定 由于抓料時(shí)間與放料行程相等，所以時(shí)間比等于速度比，即 ：放料所需的速度 ：抓料所需的速度 由《工業(yè)機(jī)械手冊(cè)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》天津科學(xué)技術(shù)出版社，差得 活塞桿直徑的驗(yàn)算： 故安全 5.實(shí)際液壓的計(jì)算： 缸的推力： 實(shí)際壓力： 6．夾緊缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）液壓缸的密封均采用O型密封圈密封。 2）活塞桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 圖1.2 材料：選45鋼 密封圈外徑：D=100mm 溝槽寬度：B=6.4±0.2mm 往復(fù)運(yùn)動(dòng)距離：H=5.4mm 溝槽外徑：D`=100mm 溝槽內(nèi)徑d`=100mm 內(nèi)因角半徑R=0.4mm 外因角半徑r=0.2mm 不同軸度E≤0.1mm 7.頂料桿設(shè)計(jì) 1)材料選35鋼 2)桿長(zhǎng)的計(jì)算，腕部回轉(zhuǎn)45o,根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式來確定其長(zhǎng)度. 圖1.3 o為回轉(zhuǎn)缸中心；A為夾緊缸的中心；B為頂料桿的接點(diǎn)；C為頂料桿的位置。 由結(jié)構(gòu)可知 AB=95mm OB=198mm OC=630mm 則： 即：頂料桿與豎直方向的角度為 1-3腕部的計(jì)算 1、腕部總重力 腕部選用回轉(zhuǎn)桿，材料查手冊(cè)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》上冊(cè)，第一分冊(cè)第二版，比重選鋼對(duì)鋼 1)手指按矩形：a=20，b=3.5 c=3.5 有三個(gè)手指 2)鉤耳：a=5.4cm b=1.4cm c=7.7cm 有六個(gè)鉤耳 3）氣抓體： 4) 抓料缸體： 5）手部缸重：m5=m2+m3+m4=2.7+11.17+21.42=35.29(kg) 6）工件重：m6=16.15(kg) 7）緊固板： 8）回轉(zhuǎn)缸所能達(dá)到的總質(zhì)量：m=m1+m5+m6+m7=63kg 總重力： 2、回轉(zhuǎn)缸的轉(zhuǎn)矩驗(yàn)算 圖1.4 設(shè)回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)中心為其幾何中心 S1：連板重心到回轉(zhuǎn)軸的距離 S1=7mm S2：手部缸的重心到回轉(zhuǎn)軸距離 S2=70mm S3：手指重心到回轉(zhuǎn)軸的距離 S3=180mm S4：工件重心到回轉(zhuǎn)軸距離 S4=800mm Sx：回轉(zhuǎn)缸所能達(dá)到的重心 由圖可知： 3、驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 M=163.8 4、回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑的計(jì)算 P1：回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力 p1=20×105Pa d：輸出軸與動(dòng)片聯(lián)接處的直徑，初設(shè)計(jì)時(shí)可按 選取，根據(jù)《工業(yè)機(jī)械手冊(cè)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》天津科學(xué)技術(shù)出版社查得 驗(yàn)算轉(zhuǎn)動(dòng)缸的轉(zhuǎn)矩： 查《工業(yè)機(jī)械手冊(cè)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》天津科學(xué)技術(shù)出版社 P99 3-13 5、回轉(zhuǎn)缸的壁厚可根據(jù)腕部結(jié)構(gòu)和工藝性選取 6、選用的軸承 由于此軸主要承受的是徑向載荷，也承受一定的軸向載荷，故選用單列向心球軸承，由于結(jié)構(gòu)的限制采用超輕窄系列的軸承，軸承型號(hào)7000110 7、回轉(zhuǎn)油缸密封形式的確定 回轉(zhuǎn)油缸的動(dòng)片和靜片均采用截石形狀為O型的矩形密封圈，由于雙向受壓力故加雙向牛皮檔圈，其作用：是防止高壓油液將O型密封圈擠入配合間隙，以保證密封性，并延長(zhǎng)密封圈的使用壽命。 8、回轉(zhuǎn)缸螺栓的驗(yàn)算 引自《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》國防工業(yè)出版社編。 1）螺栓受力分析： 此螺栓受軸向載荷，載荷作用線與螺栓軸線平行，其合力通過螺栓組的形心，螺栓組受的軸向載荷，查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》國防工業(yè)出版社編。 每個(gè)螺栓受的軸向載荷為： 2）求螺栓工作時(shí)總拉伸載荷 3）校核螺栓的許用應(yīng)力 螺栓材料：選45鋼 由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》國防版查3.1-5.3取，設(shè)裝配時(shí)可控制預(yù)緊力，按表3.1-53暫取安全系數(shù)SP=2，引自表3.5-56得螺栓的許用應(yīng)力為： 4）確定螺栓直徑 由表3.1-47得： 設(shè)計(jì)時(shí)選用M8的螺栓。 9、花鍵的強(qiáng)度校核 引自《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》國防工業(yè)出版社 工作面的擠壓或磨損 靜聯(lián)接： 式中：T——轉(zhuǎn)矩N·mm T=163800N·mm ——各齒間載荷分面均勻系數(shù)通常取=0.7~0.8 取=0.8 Z——齒數(shù) 取Z=8 h——齒的工作高度 c~c=0.25倒角尺寸 L——齒的工作長(zhǎng)度 L=28mm  1-4手臂缸的設(shè)計(jì)和計(jì)算 1、手臂缸內(nèi)徑的確定 查《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)手冊(cè)》天津科學(xué)技術(shù)出版社 取D=80mm 活塞的有效工作面積 2、油缸的壁厚 D—缸筒內(nèi)徑 []—油缸材料的許用應(yīng)力[]=（1000~1100）×105P 校核：[]= 只有在（4000~4400）×105之間，才滿足條件，為4000×105滿足條件。 3、活塞桿的計(jì)算及驗(yàn)算 活塞桿的尺寸要滿足活塞運(yùn)動(dòng)的要求和強(qiáng)度要求，對(duì)于桿長(zhǎng)若要大于15d，則活塞桿還必須考慮是否具有足夠的穩(wěn)定性（即具有保持其軸線不會(huì)因工作時(shí)所受軸向壓力而彎曲的能力）。 1）按強(qiáng)度條件決定活塞桿d = 式中：P-活塞桿上所受的總機(jī)橫載荷，為1296.5N d-活塞桿直徑，為40mm 由于 大柔度桿或稱為細(xì)長(zhǎng)桿的臨界力Pk 當(dāng) —活塞桿的計(jì)算柔度。 i—活塞桿的橫截面的慣性半徑 l—活塞桿的計(jì)算長(zhǎng)度 h—長(zhǎng)度計(jì)算系數(shù) i= —特定柔度值 = E—活塞桿材料的彈性模量 E=2.1×1011Pa —活塞桿材料的比例極限 由于= > hk—安全系數(shù)，取為2 P—軸向壓力 P為1297N 4、缸蓋的設(shè)計(jì) 1）缸蓋的材料選用ZG35，根據(jù)其結(jié)構(gòu)可能性參考《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》冶金工業(yè)出版表3-1-56設(shè)計(jì)的上、下蓋由法蘭聯(lián)接，下蓋的結(jié)構(gòu)有緩沖裝置。 2）密封的結(jié)構(gòu) （1）均采用O型密封圈密封 O型密封圈具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，密封性良好，動(dòng)磨擦阻力小，溝槽尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，制造容易，成本低，安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，因此，O型密封圈應(yīng)用較廣泛。 按化學(xué)工業(yè)出版社《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 表6-134，6-136，6-137查得 80處的靜密封為： 斷面的直徑： 溝槽寬度： 運(yùn)動(dòng)的距離： 溝槽外徑：D1=80mm 溝槽內(nèi)徑： P2=0.3mm r=0.1mm 不同軸度： B=3.9+0.15mm H=3.3mm D1=d2+2H=46.6mm d1=40mm P2=0.3mm r=0.1mm E≤0.07mm 5、活塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）活塞材料選用45號(hào)鋼 2）長(zhǎng)度由冶金工業(yè)出版社編《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》表31-43查得l=60mm 3）在活塞上開密封槽尺寸，化學(xué)工業(yè)出版社《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表6-134，6-136查得 80處的動(dòng)密封： 6、油缸端蓋的連接方式及強(qiáng)度計(jì)算 油缸材料為45鋼 它的端蓋聯(lián)接方式用法蘭連接 優(yōu)點(diǎn)：容易加工和裝卸 缺點(diǎn)：外徑和重量較大 1）缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算： 當(dāng)缸體與缸蓋用法蘭連接時(shí)，螺釘除了應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度之外還要保證聯(lián)接的緊密性。 查《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》天津科學(xué) 出版社。 取缸蓋螺釘間的距離。 t=150mm h—安全系數(shù) 取h為1.2~2.5 在這種聯(lián)接中，每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)部石上承受的拉力，是工作載荷與剩余鎖緊為之和。 P—缸蓋受的合成液壓力 —剩余鎖緊力 取螺釘直徑d1=10mm 7、液壓缸的放置及固定形式 根據(jù)工作情況，豎直放置，其固定形式為外，法蘭安裝與導(dǎo)向板聯(lián)接。 8、手臂下蓋世太保緩沖裝置的設(shè)計(jì) 運(yùn)動(dòng)部件的全部機(jī)械能E的計(jì)弱。 E=E液+E磨+E動(dòng)+E+靜 式中：P1—活塞的工作壓力取8×105Pa F—活塞的有效工作面積 F= L—緩沖行程 L=300mm=0.3m 2）在緩沖過程中所具有的磨擦能：E磨 由于E磨很小，可以忽略不計(jì) 3）參與運(yùn)動(dòng)的部件所具有的動(dòng)能：E動(dòng) V—運(yùn)動(dòng)部件在緩沖下行時(shí)，所具有的速度為10m/s G—參與運(yùn)動(dòng)的重量，為1297N g—重力加速度 為10m/s2 4）當(dāng)油缸為非水平位置安裝時(shí)，作升降運(yùn)動(dòng)的部件所具有的重力勢(shì)能：E重 當(dāng)油缸在水平方向安置時(shí) E重=o 9、節(jié)流孔直徑的確定 式中：E—緩沖開始時(shí)，運(yùn)動(dòng)部件所具有的全部機(jī)械能為7262.8N·m L—緩沖行程，有時(shí)即為緩沖柱塞長(zhǎng)度為0.3m F—緩沖柱塞的活塞有效面積 f為調(diào)恒節(jié)流時(shí)C取固定的2~3倍。 取節(jié)流孔直徑d=10mm 10、導(dǎo)向套的設(shè)計(jì) 導(dǎo)向套的選取主要是根據(jù)軸的直徑以及所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)來選取的。 導(dǎo)向套的配合長(zhǎng)度一般選取直徑的1.5倍。 引自《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》上冊(cè)，第二分冊(cè)，化學(xué)工業(yè)出版社。 11、回轉(zhuǎn)缸軸的確定 1）軸進(jìn)行校核 軸的材料選用45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)化處理。 （1）軸疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算 扭矩： 合成彎矩： 軸的直徑： 抗彎截面的系數(shù)： 扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)： 彎曲應(yīng)力幅： 彎曲平均應(yīng)力： 圖1.5 圖1.6 彎曲扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度： 彎曲和扭轉(zhuǎn)等效系數(shù)： 絕對(duì)尺寸： 表面質(zhì)量系數(shù)： 彎曲時(shí)有效應(yīng)力集中系數(shù)： 扭轉(zhuǎn)時(shí)有效應(yīng)力集中系數(shù)：K2 只考慮彎曲作用時(shí)的安全系數(shù)： 只考慮扭矩作用時(shí)的安全系數(shù)Za 扭轉(zhuǎn)平均應(yīng)力 安全系數(shù)： 安全系數(shù)Sp=1.5查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》國防出版社出版 由于 S1>Sp 故滿足要求，安全 S2>Sp （2）軸靜強(qiáng)度校核計(jì)算 bs=360MPa 扭轉(zhuǎn)屈服強(qiáng)度極限Zs: Zs=208.8MPa 抗彎截面系數(shù)W： W1=34300mm3 W2=9940mm3 扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)Wp: Wp1=60642.4mm3 Wp2=19800mm3 最大瞬時(shí)彎矩： Mmax=2M=2×38900=77800N·mm 最大瞬時(shí)扭矩： Tmax=T=8190N·mm 只考慮彎曲時(shí)安全系數(shù) 只考慮扭轉(zhuǎn)時(shí)安全系數(shù) 查手冊(cè) Sp=1.4 故：滿足要求 靜強(qiáng)度足夠 2．電器部分 2-1機(jī)械手電器部分的設(shè)計(jì)概述 一、本設(shè)計(jì)的目的及意義 工業(yè)機(jī)械手的動(dòng)作過程控制系統(tǒng)按照預(yù)先整定好的程序來運(yùn)行。檢查元件及電子驅(qū)動(dòng)裝置，克服了在設(shè)備上受到限位開關(guān)，體積大，有觸電磨損，壽命的不足。 二、設(shè)計(jì)要求 1、有工件啟動(dòng)，機(jī)械手按工藝要求，順序完成各項(xiàng)工作，無工件停止。 2、本電氣控制裝置要能保證使用壽命長(zhǎng)，無觸電磨損，可靠性好，維修方便。 3、外加電源電壓200v 三、總體方案論證 實(shí)現(xiàn)機(jī)械手自動(dòng)電子控制系統(tǒng)主要有四種方式： 1、數(shù)字電子技術(shù) 2、工業(yè)控制計(jì)示機(jī) 3、繼電器 4、可編程序控制器 數(shù)字電路復(fù)雜，成本低，可以設(shè)計(jì)出數(shù)字控制裝置但是可靠性差。 工業(yè)計(jì)示機(jī)快速，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，但人員技術(shù)水平要求高，應(yīng)具有一定的專業(yè)知識(shí)，在整機(jī)結(jié)構(gòu)上不能適應(yīng)惡劣工作環(huán)境，不如可編程易于推廣。 繼電器控制系統(tǒng)是針對(duì)一定生產(chǎn)機(jī)械，固定的生產(chǎn)工藝而設(shè)計(jì)的，采用硬接電線安裝而成，只能完成既定的邏輯控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)等功能，即只能進(jìn)行開關(guān)量的控制，一旦改變生菜工藝過過程，繼電器控制系統(tǒng)必須重新配線，因而適應(yīng)性很差，且體積龐大，安裝維修均不方便。 可編程序只要改變程序，就可適應(yīng)生產(chǎn)工藝過程的改變，適應(yīng)性強(qiáng)，即可以進(jìn)行開關(guān)量控制又可進(jìn)行模擬量控制。 可編程序控制器體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，開發(fā)期短，安裝和維修工作量少，有自動(dòng)診斷功能，可靠性高。 綜上比較，本機(jī)械手采用可編程序控制器來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 2-2 傳感器的選擇 一、 傳感器的作用是將有無工件的情況轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，將機(jī)械手到位與否裝換成電信號(hào)。 該液壓機(jī)械手的位置檢測(cè)傳感器有霍爾傳感器，自感傳感器，渦流傳感器，電位傳感器多種，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，比較如下： 霍爾傳感器是一種磁敏傳感器，具有使用壽命長(zhǎng)，無觸電磨損，無火花干擾，無轉(zhuǎn)換抖動(dòng)，工作效率高，溫度特性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，輸出電動(dòng)勢(shì)的變化范圍大等優(yōu)點(diǎn)。 自感傳感器簡(jiǎn)單可靠，輸出功率大的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是輸出量于電源頻率有密切關(guān)系，要求有一個(gè)頻率穩(wěn)定的電源。 渦流傳感器測(cè)量的線性范圍大，靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，但電測(cè)量位移的范圍較小，不適于機(jī)械手位移檢測(cè)。 電位傳感器測(cè)量結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，有一定可靠性，輸出功率較大，但其粘度不夠。 綜上比較，選擇霍爾傳感器。 二、霍爾傳感器電路圖及工作原理。 圖2.1 圖2.2 工作原理：當(dāng)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度B上升到導(dǎo)通點(diǎn)Bop時(shí)，霍爾開關(guān)輸出由高降到低，當(dāng)B由大到小降至Brp時(shí)，霍爾開關(guān)輸出由低到高，霍爾位檢開關(guān)正是利用這一轉(zhuǎn)移特性，機(jī)械手適當(dāng)位置固定是一塊磁鋼，當(dāng)磁鋼和霍爾開關(guān)相靠近時(shí)，磁路導(dǎo)通，輸出為低電平，當(dāng)磁鋼和霍爾相遠(yuǎn)離時(shí)磁路斷開，輸出為高電平。 2-3 放射式紅外檢測(cè)開關(guān) 圖2.3 工作原理： 無元件——光路通——T1導(dǎo)通——T2導(dǎo)通——V0為低電平——有工件——光路斷——T1截止——T2截止——V0為高電平。 2—4 根據(jù)工藝過程分析控制要求 機(jī)械手的全部動(dòng)作由液壓缸驅(qū)動(dòng)，而液壓缸又由相應(yīng)的電磁閥控制，其中，上升/下降和直腕/轉(zhuǎn)腕分別由雙線圈兩位電磁閥控制，通電上升，斷電上升停止；通電下降，斷電下降停止；通電直腕，斷電直腕停止；通電轉(zhuǎn)腕，斷電轉(zhuǎn)腕停止，夾/松由單線圈兩位置電磁閥控制，通電加緊，斷電放松。 機(jī)械手直腕并準(zhǔn)備下降時(shí)，為了準(zhǔn)保安全，必須在無工件時(shí)才能允許下降，也就是說上一次搬運(yùn)的工件未被搬走時(shí)，機(jī)械手應(yīng)自動(dòng)停止。 機(jī)械手的工作過程:從原點(diǎn)開始，按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降，下降到底時(shí)，碰到下線位開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止；同時(shí)接通夾緊電磁閥，機(jī)械手夾緊，夾緊后，上升電磁閥斷電，上升停止；同時(shí)接通轉(zhuǎn)腕電磁閥，機(jī)械手轉(zhuǎn)腕，轉(zhuǎn)腕后，若此時(shí)工作地上無工件，則光電開關(guān)接通，下降電磁閥斷電，下降停止；同時(shí)夾緊電磁閥斷電，機(jī)械手放松。放松后，上升電磁閥通電，機(jī)械手上升，上升到頂時(shí)，碰到上位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止，同時(shí)接通知腕電磁閥，直腕時(shí)間停止。至此，機(jī)械手動(dòng)作完成一個(gè)周期。 為了滿足生產(chǎn)要求，機(jī)械手應(yīng)設(shè)置手動(dòng)操作方式和自動(dòng)操作方式。自動(dòng)操作方式又分為單步，單周期，連續(xù)操作方式。 手動(dòng)操作方式：就是用按鈕操作時(shí)對(duì)機(jī)械手的每一種動(dòng)作單獨(dú)進(jìn)行控制。 單步操作：每按一次啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手完成一步動(dòng)作后自動(dòng)停止。 單周期操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按一下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后停止。在工作中若按一下停止按鈕，則機(jī)械手動(dòng)作停止，重新啟動(dòng)時(shí)，須用手動(dòng)操作方式將機(jī)械手移回原點(diǎn)，然后按一下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手有重新開始單周期操作。 連續(xù)操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手的動(dòng)作將自動(dòng)的，連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。 在工作中肉按下停止按鈕，則機(jī)械手動(dòng)作停止，重新啟動(dòng)時(shí)需用手動(dòng)操作方式將機(jī)械手移回原點(diǎn)，然后按下啟動(dòng)按鈕機(jī)械手又開始連續(xù)操作。 在工作中按下復(fù)位按鈕，則機(jī)械手將繼續(xù)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后回到原點(diǎn)自動(dòng)停止。 2—5確定所需的用戶輸入/輸出設(shè)備及PC的選擇 一：輸入設(shè)備——用以產(chǎn)生輸入控制信號(hào) 輸出設(shè)備——由PC得輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行元件。 I/O 表 輸入信號(hào) 序號(hào) 輸入信號(hào) 序號(hào) 啟動(dòng)按鈕 X400 單步 X407 上限位開關(guān) X401 單周期 X410 下限位開關(guān)1 X402 連續(xù) X411 下限位開關(guān)2 X403 直腕/轉(zhuǎn)腕 X412 光電開關(guān) X404 夾/松 X413 停止按鈕 X405 上/下 X500 手動(dòng) X406 復(fù)位 X501 輸出信號(hào) 序號(hào) 輸出信號(hào) 序號(hào) 下降電磁閥 X430 夾緊電磁閥 X433 轉(zhuǎn)腕電磁閥 X431 直腕電磁閥 X434 上升電磁閥 X432 原點(diǎn)指示 X435 表2.1 所以PC共需14點(diǎn)輸入，6點(diǎn)輸出。 二、PC選擇 該機(jī)械手的控制為純開關(guān)控制，且所需的I/O點(diǎn)數(shù)不多，因此選擇一般的小型抵擋機(jī)即可 由于所需的I/O點(diǎn)數(shù)為14/6點(diǎn)，考慮到機(jī)械手操作的工藝固定，PC的I/O點(diǎn)基本上可留余量。 綜上所訴，選擇F1-40H，其主機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)為14/16點(diǎn)。 2—6 PC程序設(shè)計(jì) 當(dāng)作方式選擇開關(guān)置于“手動(dòng)”時(shí)，輸入點(diǎn)X406接通，其輸入繼電器常閉節(jié)點(diǎn)斷開，執(zhí)行手動(dòng)操作。 在操作選擇開關(guān)置于“單步”“單周期”“連續(xù)”時(shí)，其對(duì)應(yīng)的輸入X407,X410,X411接通，其輸入繼電器常閉節(jié)點(diǎn)斷開，執(zhí)行自動(dòng)操作程序。 在執(zhí)行自動(dòng)操作程序時(shí)，如操作選擇開關(guān)置于連續(xù)時(shí)，啟動(dòng)后輔助繼電器M200同樣接通，程序自動(dòng)循環(huán)。操作選擇開關(guān)置于“單步”時(shí)，M200同樣接通，程序也可以循環(huán)，但必須是每按一次啟動(dòng)按鈕執(zhí)行一步，如果操作選擇開關(guān)置于“單周期”或運(yùn)行過程中按下復(fù)位按鈕時(shí)，則輔助繼電器M200復(fù)位，程序執(zhí)行完一個(gè)周期時(shí)自動(dòng)停止。 由于直腕/轉(zhuǎn)腕，上/下運(yùn)動(dòng)采用雙線圈兩位電磁閥控制，兩個(gè)線圈不能同時(shí)通電，因此在直腕/轉(zhuǎn)腕，上/下移動(dòng)的電路中設(shè)置了互鎖環(huán)節(jié). 一、步進(jìn)指令編程。 1. 步進(jìn)指令是由狀態(tài)轉(zhuǎn)移設(shè)計(jì)梯形圖的一種步進(jìn)指令。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖直觀地表示了工藝流程。因此，采用步進(jìn)指令設(shè)計(jì)梯形圖具有簡(jiǎn)單直觀地特點(diǎn)，是順序控制變得容易，大大縮短了設(shè)置者的設(shè)計(jì)時(shí)間。 步進(jìn)指令STL和步進(jìn)返回指令RET與狀態(tài)寄存器S配合使用，能方便地編制出步進(jìn)控制程序 圖2.4 圖2.5用狀態(tài)寄存器編程的自動(dòng)操作流程圖 機(jī)械手在原點(diǎn)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕后，狀態(tài)S600接通，執(zhí)行第一程序，機(jī)械手完成第一步動(dòng)作以后，每完成一步，原來的狀態(tài)自動(dòng)復(fù)位，機(jī)械手完成下一步移動(dòng)。 在單周期操作方式下，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到最后一步后不再轉(zhuǎn)移，機(jī)械手完成最后一步動(dòng)作后自動(dòng)停止在原點(diǎn)。 在連續(xù)操作方式下，M200接通，當(dāng)機(jī)械手完成最后一步動(dòng)作后，不再轉(zhuǎn)移，機(jī)械手完成最后一步動(dòng)作后自動(dòng)停止在原點(diǎn)。 在運(yùn)行中，如按復(fù)位按鈕，則X501接通，M200復(fù)位，機(jī)械手的動(dòng)作繼續(xù)執(zhí)行完成第一個(gè)周期后，回到原點(diǎn)自動(dòng)停止。 在運(yùn)行中，如按停止按鈕后，則X405接通，狀態(tài)S600-S680全部復(fù)位，機(jī)械手動(dòng)作停止，重新啟動(dòng)時(shí)先用手動(dòng)操作將機(jī)械手移回原點(diǎn)，再按啟動(dòng)按鈕，又重新開始自動(dòng)操作。 根據(jù)梯形圖，便可編出自動(dòng)操作程序： 0 LD X401 1 OUT Y435 2 LD X400 3 AND X401 4 S S600 5 STL S600 6 OUT Y430 7 LD X402 8 S S601 9 STL S601 10 S Y433 32 OUT T452 11 OUT T451 33 K3 12 K3 34 LD T452 13 LD T450 35 S S606 14 S S602 36 STL S606 15 STL S602 37 OUT Y432 16 OUT Y432 38 LD X401 17 LD X401 39 S S607 18 S S603 40 STL S607 19 STL S603 41 S Y434 20 S Y431 42 OUT T453 21 OUT T451 43 K3 22 K3 44 LD T453 23 LD T451 45 S S608 24 S S604 46 STL S608 25 STL S604 47 LOT X404 26 LD X404 48 S X434 27 OUT Y430 49 OUT T452 28 LD X403 50 K3 29 S S605 51 LD X404 30 STL S605 52 AND T452 31 STL Y434 53 AND M200 54 S S600 55 RET 56 AND 2-7 外部電源 為了保護(hù)可編程序控制器安全和負(fù)載的緊急停車，贏在可編程序控制器的外部負(fù)載供應(yīng)點(diǎn)的線路撒謊能夠裝上接觸器，用按鈕控制其接通，斷開。當(dāng)外部負(fù)載需要緊急斷開時(shí)，只要按下停止按鈕就可將電源斷開，而與可編程序控制器無關(guān) 另外，電源恢復(fù)后，負(fù)載也不會(huì)馬上啟動(dòng)，只有按下啟動(dòng)按鈕后才會(huì)啟動(dòng)。 總接圖線 圖2.6 結(jié) 論 畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束了，經(jīng)過這次鍛煉，我對(duì)工程機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)步驟和設(shè)計(jì)方法有了新的認(rèn)識(shí)，加深了對(duì)理性知識(shí)的深入理解 上料用液壓機(jī)械手是一種典型的機(jī)電一體化設(shè)備，它終合了我四年來學(xué)習(xí)的多門專業(yè)課程，從某種意義上講，也是對(duì)我四年來學(xué)習(xí)效果的檢驗(yàn)，所以，我始終都是抱著認(rèn)真，務(wù)實(shí)的態(tài)度來進(jìn)設(shè)計(jì)的，在設(shè)計(jì)過程中有成功的喜悅，也有困惑不解的苦悶，在指導(dǎo)教師和同組同學(xué)的幫助下，通過大量收集資料，進(jìn)行閱讀分析，對(duì)比論證，遇到的困難都得到了解決，暗示完成了指導(dǎo)教師布置的設(shè)計(jì)任務(wù)。并且，還額外擴(kuò)充了一些輔助功能的設(shè)計(jì)。并力爭(zhēng)做到優(yōu)化結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)選擇合理，計(jì)時(shí)準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)先進(jìn)。但是，有待于在今后的工作中進(jìn)一步完善。 由于初次設(shè)計(jì)，本人能力有限，見解不多，設(shè)計(jì)中也許存在著缺點(diǎn)，甚至是錯(cuò)誤。請(qǐng)閱讀者給予批評(píng)指正。 致 謝 經(jīng)過半年的忙碌，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲了。當(dāng)我快要完成老師下達(dá)給我的任務(wù)時(shí)，我仿佛經(jīng)過一次翻山越嶺，眼前豁然開朗，在此，我要特別感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師張老師，他給予了我太多太多的幫助，真的非常感謝張老師！ 畢業(yè)設(shè)計(jì)是檢驗(yàn)學(xué)生實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對(duì)我們所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用和評(píng)定，對(duì)我們有著非常重要的意義。它也是一次鍛煉——對(duì)我們自身能力的鍛煉。增強(qiáng)了我們對(duì)所學(xué)專業(yè)知識(shí)的了解，開闊了我們的視野，使我了解到機(jī)械這門學(xué)問是深不可測(cè)的，還有好多等待我們?nèi)W(xué)習(xí)，等待我們?nèi)?chuàng)新。 我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是《某產(chǎn)品專用上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)》，對(duì)于這次設(shè)計(jì)，我感觸頗深，我不僅從中學(xué)到了很多新的知識(shí)，還讓我對(duì)于以前所學(xué)知識(shí)得到充分運(yùn)用，這使設(shè)計(jì)讓我收獲甚多，受益匪淺。 然而由于我的水平有限，設(shè)計(jì)中尚有許多不足，也可能有些疏漏，希望各位老師批評(píng)指教。 最后，再次感謝張老師的指導(dǎo)與幫助！ 參考文獻(xiàn) 1.《機(jī)械液壓傳動(dòng)》 于啟榮主編 2.《工業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》 天津科學(xué)技術(shù)出版社 3.《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》 編讀液壓傳動(dòng)和氣動(dòng)傳動(dòng) 4.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 石油化學(xué)出版社 5.《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》 國防工業(yè)出版社 6.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 上，中，下，化學(xué)工業(yè)出版設(shè) 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