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 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(guó)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(guó)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?？傊@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(guó)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(chéng)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)。考慮它的體積要求和轉(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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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) 7.《可編程學(xué)序控制及應(yīng)用》 重慶大學(xué)出版社 35 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 目 錄 摘 要······································································································································Ⅰ Abstract····································································································································Ⅱ 前言··········································································································································· 1 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·················································································2 1-2 夾緊油缸的設(shè)計(jì)·················································································································3 一．夾緊缸的設(shè)計(jì)·················································································································3 1．夾緊缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)············································································································3 2．手指選擇···························································································································3 3. 三指夾緊力計(jì)算················································································································3 4. 夾緊缸計(jì)算························································································································4 5. 實(shí)際液壓力的計(jì)算······ ·····································································································5 6.夾緊缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)··············································································································5 7.頂料杯的計(jì)算 ····················································································································6 1-3腕部計(jì)算······························································································································7 1.腕部總重力··························································································································7 2.回轉(zhuǎn)油缸的轉(zhuǎn)矩驗(yàn)算··········································································································7 3.驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算··················································································································8 4.回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑的計(jì)算··············································································································8 5回轉(zhuǎn)缸壁厚可根據(jù)腕部結(jié)構(gòu)和工藝性選擇······································································9 6.選用的軸承··························································································································9 7.回轉(zhuǎn)油缸密封形式的確定··································································································9 8.回轉(zhuǎn)缸螺栓的驗(yàn)算··············································································································9 9.花鍵的強(qiáng)度校核················································································································10 1-4手臂缸的設(shè)計(jì)和計(jì)算·········································································································12 1.手臂缸內(nèi)徑的確定············································································································12 2.油缸的壁厚························································································································12 3.活塞桿的計(jì)算及驗(yàn)算········································································································13 4.缸蓋的設(shè)計(jì)························································································································14 5.活塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)················································································································15 6.油缸端蓋的連接方式及強(qiáng)度計(jì)算····················································································16 7.液壓缸的固定形式及放置································································································17 8.手臂下蓋緩沖裝置的設(shè)計(jì)································································································17 9.節(jié)流孔直徑的確定············································································································18 10.導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)··················································································································19 11.回轉(zhuǎn)缸軸的校核··············································································································19 2．電氣部分 2-1機(jī)械手電氣部分的設(shè)計(jì)概述·····························································································24 2-2傳感器的選擇·····················································································································24 2-3放射式紅外檢測(cè)開關(guān)·········································································································26 2-4根據(jù)工藝過程分析控制要求·····························································································27 2-5確定用戶輸入/輸出設(shè)備及pc的選擇···············································································28 2-6 pc程序設(shè)計(jì)························································································································28 2-7外部電源·····························································································································32 結(jié)論··········································································································································33 致謝··········································································································································34 參考文獻(xiàn)···································································································································35 VIII