鍛壓機(jī)自動(dòng)上料機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鍛壓機(jī)自動(dòng)上料機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì),鍛壓機(jī)自動(dòng)上料機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì),鍛壓,自動(dòng),機(jī)械手,驅(qū)動(dòng),系統(tǒng),設(shè)計(jì) 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)） 2010屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè) 06234 班級(jí) 題 目 鍛壓機(jī)自動(dòng)上料機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓 名 周 梁 學(xué)號(hào) 0623410 指導(dǎo)教師 陳玲 職稱 教 授 二О 一 О年 五 月 二十四 日 內(nèi)容摘要 工業(yè)機(jī)械手是一種在工業(yè)生產(chǎn)中代替人執(zhí)行危險(xiǎn)或者重復(fù)工作的自動(dòng)化裝置，按照設(shè)定的程序、軌跡和要求執(zhí)行抓取、搬運(yùn)工作或操持工具或進(jìn)行操作。它主要有執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、和控制系統(tǒng)組成。本文簡(jiǎn)要介紹了機(jī)械手與其它設(shè)備的配置關(guān)系及工作過(guò)程，并對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行了分析，詳細(xì)論述了機(jī)械手總體方案的設(shè)計(jì)，特別是對(duì)實(shí)現(xiàn)預(yù)期要求動(dòng)作的各種方案進(jìn)行了比較分析，進(jìn)而得出最終方案。根據(jù)手臂的動(dòng)作要求，采用圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手；機(jī)械手的自由度數(shù)為四個(gè)，它們是大臂的升降和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，小臂的伸縮運(yùn)動(dòng)，手腕的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)采用兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型；機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式采用液壓驅(qū)動(dòng)?？刂品绞綖辄c(diǎn)位程序控制。本次設(shè)計(jì)主要進(jìn)行大臂升降及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、手臂及伸縮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)進(jìn)行大臂升降及回轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)并且對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行理論分析和比較。 關(guān) 鍵 詞:雙作用式油缸； 點(diǎn)位控制； 液壓系統(tǒng) ； 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) Abstract Industrial manipulator is a kind of automatic devices, which substitutes people to carry out dangerous or duplicate work. It complies crawler tracks、handling work or manage or operate a tool according to set procedures and requirements. It is constituted with executive body、drive system and control system. In this paper, it has shortly introduced the position connection and work process between manipulator and other equipments. It has also given a relatively minute discussion of the manipulator overall plan, especially have compared the different projects to realize the require action and then given out the final scheme. According to the motion requirements of the manipulator’s arm, it has adopted cylindrical coordinate manipulator. The number of the manipulator’s freedom is four: up-down and rotating of the big arm, the straight reciprocating motion of the small arm, revolving movement of the wrist. The fingers of the manipulator have adopted the two-points sustain round structure. The power drive of manipulator is to be used is hydraulic system and control program for points for control type. This design is mainly consist of the design of large arm take-off and landing and rotating, the structural design of arm and telescopic arm, structural design of hand. What I mainly design is the structural design of large arm take-off and landing and rotation, and I carry out the theoretical analysis and comparison of hydraulic system. Key words:Double-acting oil cylinder； Point-to-point control； Hydraulic system ； Structural design 一 緒論 - 4 - 1.1 機(jī)械手的基本概念 - 6 - 1.2 機(jī)械手的應(yīng)用簡(jiǎn)況 - 6 - 1.3 機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì) - 6 - 1.4 應(yīng)用機(jī)械手的意義 - 7 - 二 總體方案及分析 - 8 - 2.1 原始數(shù)據(jù) - 8 - 2.2 工作要求 - 10 - 2.3 系統(tǒng)組成 - 10 - 2.4 總體技術(shù)方案及分析 - 11 - 2.5 液壓系統(tǒng)的工作原理和優(yōu)缺點(diǎn) - 17 - 2.6 手部結(jié)構(gòu) - 19 - 三 自動(dòng)上料機(jī)械手升降油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算及選擇 - 20 - 3.1 工作載荷的計(jì)算 - 20 - 3.2 液壓缸的主要尺寸的確定 - 20 - 3.3 液壓缸主要部件的設(shè)計(jì)和材料選擇 - 22 - 3.4 校核 - 23 - 3.5 關(guān)于液壓缸的緩沖與排氣、密封 - 24 - 總 結(jié) - 25 - 參 考 文 獻(xiàn) - 26 - 致 謝 - 27 - 一 緒論 機(jī)械工業(yè)是國(guó)民的裝備部，是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民生活提供耐用消費(fèi)品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開(kāi)各種各樣的機(jī)械裝備，機(jī)械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益有很大的和直接的影響。機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。因此，世界各國(guó)都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國(guó)經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。 工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手的是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。 機(jī)械手是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線中，機(jī)械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)展起來(lái)的一門新興的技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)，不知疲勞，不怕危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來(lái)越廣泛地得到了應(yīng)用。 機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。 機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可用來(lái)搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。 1.1 機(jī)械手的基本概念 機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。機(jī)械手是一種能模擬人的手臂的部分動(dòng)作，按預(yù)定的程序、軌跡及其它要求，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工件或操縱工具的自動(dòng)化裝置。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 12643-90)對(duì)機(jī)械手的定義:“具有和人手臂相似的動(dòng)作功能，可在空間抓放物體，或進(jìn)行其它操作的機(jī)械裝置。 1.2 機(jī)械手的應(yīng)用簡(jiǎn)況 現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化，自動(dòng)化已成為突出的主題。化工等連續(xù)性生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。因此，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。 1.3 機(jī)械手的發(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)論數(shù)量、品種和性能方面還是不能滿足工業(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、熱處理方面的機(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，有便于更換工件，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(jué)、視覺(jué)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)，即能更正并自行檢測(cè)，重點(diǎn)是研究視覺(jué)功能和觸覺(jué)功能。目前已經(jīng)取得一定成績(jī)。 1.4 應(yīng)用機(jī)械手的意義 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手也越來(lái)越多的地被應(yīng)用。在機(jī)械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機(jī)械加工、裝配、檢驗(yàn)、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實(shí)理。其他部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國(guó)防工業(yè)等工作中也均有所應(yīng)用。 在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的意義可以概括如下： 1.以提高生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化程度 應(yīng)用機(jī)械手有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化的程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。 2.以改善勞動(dòng)條件，避免人身事故 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動(dòng)條件得以改善。 在一些簡(jiǎn)單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 3.可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 應(yīng)用機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床的綜合加工自動(dòng)線上，目前幾乎都沒(méi)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。 綜上所述，有效的應(yīng)用機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。 二 總體方案及分析 2.1 原始數(shù)據(jù) 抓重：60kg； 自由度數(shù)：4個(gè)； 坐標(biāo)形式：圓柱坐標(biāo)； 最大工作半徑：1700毫米； 手臂最大中心高：2300毫米； 手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)； 手臂伸縮范圍：0~500毫米 手臂伸縮速度：伸出176毫米每秒； 縮回233毫米每秒； 手臂升降范圍：0~600毫米； 手臂升降速度：上升102毫米每秒； 下降152毫米每秒； 手臂回轉(zhuǎn)范圍：00 ~2000 (實(shí)際使用為950)； 手臂回轉(zhuǎn)速度：630每秒； 手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 手腕回轉(zhuǎn)范圍:00~1800； 手腕回轉(zhuǎn)速度：2010每秒； 手指夾持范圍： Φ30-Φ120毫米； 緩沖方式及定位方式： 手臂伸縮：伸出時(shí)由行程開(kāi)關(guān)適時(shí)切斷油路，手臂緩沖，縮回時(shí)由行程開(kāi)關(guān)控制返回終了位置。 手臂升降：上升時(shí)是靠可調(diào)碰鐵觸動(dòng)行程開(kāi)關(guān)而發(fā)信，使電液換向閥變?yōu)椤皁”型滑閥機(jī)能，切斷油路而實(shí)現(xiàn)緩沖定位，下降時(shí)靠油缸端部節(jié)流緩沖，由行程開(kāi)關(guān)控制終了位置。 手臂回轉(zhuǎn)：采用行程節(jié)流閥（雙向使用）減速緩沖，用定位油缸驅(qū)動(dòng)定位銷而定位。 手腕回轉(zhuǎn)：采用行程開(kāi)關(guān)發(fā)信，切斷油路滑行緩沖，死擋塊定位。 驅(qū)動(dòng)方式：液壓 控制方式：點(diǎn)位程序控制 2.2 工作要求 機(jī)械手的工藝流程： 機(jī)械手原位→機(jī)械手前伸→機(jī)械手上升→機(jī)械手抓取并夾緊→機(jī)械手后退 機(jī)械手左轉(zhuǎn)→機(jī)械手前伸→機(jī)械手松開(kāi)→機(jī)械手下降→機(jī)械手右轉(zhuǎn)→退至原位 2.3 系統(tǒng)組成 本機(jī)械手系統(tǒng)由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。執(zhí)行系統(tǒng)包括手部、手臂、手腕。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括動(dòng)力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成?？刂葡到y(tǒng)由程序控制系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)組成。 2.4 總體技術(shù)方案及分析 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的就是要把我們所學(xué)的比較分散的知識(shí)綜合起來(lái)，并進(jìn)行靈活運(yùn)用?，F(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì)是機(jī)電一體化，因此，我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)是要我們將“機(jī)”、“電”、“液”三者合并起來(lái)。 “機(jī)”即是指機(jī)械，機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程可以分四部分，即機(jī)械手的上升下降、機(jī)械手的前伸后縮、機(jī)械手的加緊放松、機(jī)械手的左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)。 工業(yè)機(jī)械手的機(jī)械機(jī)構(gòu)是指它的執(zhí)行系統(tǒng)，是機(jī)械手抓持工件、進(jìn)行操作及各種運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部件。機(jī)械部件主要包括手部，手臂前后伸縮部分，手臂上下升降部分腰轉(zhuǎn)部分以及機(jī)座。機(jī)械手的動(dòng)作主要包括手部的夾緊、手臂的伸縮及回轉(zhuǎn)和大臂的升降和回轉(zhuǎn)。 手部：包括杠桿手指，單向作用式握緊油缸等。其工作原理：物體進(jìn)入手指后，拉桿手油缸作用，通過(guò)拉桿帶動(dòng)杠桿手指回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)握緊或松開(kāi)動(dòng)作。 （1）手臂的前后伸縮部分 手臂的前后伸縮部分由直線油缸帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)直線油缸工作時(shí)通過(guò)活塞桿行程的變化，完成手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)。 （2）自動(dòng)上料機(jī)械手手臂伸降機(jī)構(gòu) 手臂的上下升降部分采用雙作用式油缸實(shí)現(xiàn)垂直升降運(yùn)動(dòng)。 其行程最大為600毫米。升降機(jī)構(gòu)中，升降缸體15與缸體支撐17座用螺釘聯(lián)結(jié)，活塞桿14的上端通過(guò)球形鉸鏈11,上球形鉸座9、連接盤10和導(dǎo)向套5等組成升降機(jī)構(gòu)的升降部分。當(dāng)壓力油經(jīng)油管進(jìn)到升降缸上下兩腔后，推動(dòng)活塞桿并帶動(dòng)導(dǎo)向套一起作升降運(yùn)動(dòng)。在導(dǎo)向套5上裝有導(dǎo)向鍵16，它能在缸體支撐座17上的鍵槽內(nèi)滑動(dòng)，用此鍵防止導(dǎo)向套升降機(jī)時(shí)可能產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)。用導(dǎo)向套作導(dǎo)向裝置，其導(dǎo)向性能好，剛度大，工作平穩(wěn)?；钊麠U與連接盤間用球形鉸鏈聯(lián)結(jié)，可自動(dòng)彌補(bǔ)導(dǎo)向套傾斜所引起的偏差。手臂下降運(yùn)動(dòng)的緩沖，由油缸底部的緩沖調(diào)節(jié)閥22來(lái)實(shí)現(xiàn)。手臂升降行程是通過(guò)安裝在側(cè)板1上的可調(diào)撞塊7和行程開(kāi)關(guān)來(lái)控制。 如圖（1.1) 圖1.1 優(yōu)缺點(diǎn):工作比較平穩(wěn)，重量輕，慣性小，反應(yīng)快；操縱控制方便；一般采用礦物油為工作介質(zhì)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)面可自行潤(rùn)滑，使用壽命長(zhǎng)；但不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比，這是由于液壓油的可壓縮性和泄漏造成的；工作性能易受溫度變化的影響，因此不宜在很高或很低的溫度條件下工作。由于流體流動(dòng)的阻力損失和泄漏較大，所以效率較低，污染比較大。 （3）上料機(jī)械手中間部座 手臂回轉(zhuǎn)部分主要采用行星輪和回轉(zhuǎn)油缸組成。 齒圈2固定在支架5上，并與手臂回轉(zhuǎn)油缸的齒輪16嚙合，齒輪16與手臂回轉(zhuǎn)油缸的轉(zhuǎn)軸固定連接,而回轉(zhuǎn)油缸的殼體又固定在手臂伸縮機(jī)構(gòu)的中間架體上。當(dāng)回轉(zhuǎn)油缸的轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)齒輪16自傳時(shí)，因齒圈固定，齒輪除自傳外還要繞齒圈做公轉(zhuǎn)，致使手臂伸縮機(jī)構(gòu)為一整體而回轉(zhuǎn)，即手臂回轉(zhuǎn)與東。回轉(zhuǎn)油缸殼體上裝有行程減速閥，齒輪16端面上裝有擋塊1。當(dāng)手臂回轉(zhuǎn)時(shí)，行程減速閥與擋塊相接觸壓冬閥芯徐徐關(guān)斷油路，實(shí)現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)終點(diǎn)位置的緩沖。在支架5上裝有連接座9，在開(kāi)關(guān)座8上裝有組合式行程開(kāi)關(guān)，在手臂回轉(zhuǎn)過(guò)程中靠碰塊7（手臂回轉(zhuǎn)定位油缸上）出動(dòng)組合式行程開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)，控制手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)位置。為使其精確定位，控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，使安裝在手臂中間架體上的定位油缸動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)插銷定位。如圖（1.2） 圖1.2 優(yōu)缺點(diǎn)：利用齒輪結(jié)構(gòu)，機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)定位更準(zhǔn)確，但它也具有保養(yǎng)條件高，產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)影響其零件的工作壽命等缺點(diǎn)。 （4） 手臂回轉(zhuǎn)油缸的結(jié)構(gòu) 手臂回轉(zhuǎn)油缸的結(jié)構(gòu)如圖所示,回轉(zhuǎn)缸體3和上端蓋1、下端蓋4、定片間用螺釘連接，并將他們作為一體通過(guò)上端蓋與手臂伸縮機(jī)構(gòu)連接形成一個(gè)運(yùn)動(dòng)部件。轉(zhuǎn)軸2支持在上、下端蓋上，與動(dòng)片固定連接，其身伸出端通過(guò)花鍵軸部分與中間座的齒輪（圖1.2中16）連接，向手臂傳遞動(dòng)。如圖(1.3) 圖1.3 優(yōu)缺點(diǎn)與雙作用油缸相似。 （5） 手臂回轉(zhuǎn)定位油缸 手臂回轉(zhuǎn)定位油缸是依靠彈簧復(fù)位。用螺釘和圓柱銷固定在手臂伸縮機(jī)構(gòu)的中間架體上，使手臂在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)得到精確定位，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活可靠。如圖(1.4) 彈簧 如圖1.4 優(yōu)缺點(diǎn):利用彈簧來(lái)簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，使其變得更經(jīng)濟(jì)實(shí)用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈活可靠。但由于彈簧的使用壽命短，時(shí)間長(zhǎng)了容易加大了系統(tǒng)誤差，使準(zhǔn)確性變低。 2.5 液壓系統(tǒng)的工作原理和優(yōu)缺點(diǎn) “機(jī)、電、液”中的“液”即指液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)由以下五個(gè)部分組成：（1）動(dòng)力元件（2）執(zhí)行元件 （3）控制調(diào)節(jié)元件（4）輔助元件 （5）工作介質(zhì) 。所謂液壓系統(tǒng)就是以液體為介質(zhì)，依靠運(yùn)動(dòng)者的液體的壓力能來(lái)傳遞力的。液壓系統(tǒng)工作是，液壓泵把電動(dòng)機(jī)傳來(lái)的回轉(zhuǎn)式機(jī)械能轉(zhuǎn)變成油液的壓力能：油液被輸送到液壓缸（或液壓馬達(dá)）后，又由液壓缸（或液壓馬達(dá)）把油液的壓力能變?yōu)橹本€式（或回轉(zhuǎn)式）的機(jī)械能輸出。液壓系統(tǒng)中的油液在受調(diào)節(jié)、控制的狀態(tài)下進(jìn)行工作的因此液壓傳動(dòng)和液壓控制在這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)難以截然分開(kāi)。液壓系統(tǒng)必須滿足其執(zhí)行元件在力和速度方面的要求。 液壓系統(tǒng)與機(jī)械、電力等傳動(dòng)相比。有以下特點(diǎn)： （1）能方便的進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍大。 （2）體積小，、重量輕、功率大。一方面，在相同輸出功率的前提下，其體積小、重量輕、慣性小、動(dòng)作靈敏，這對(duì)于液壓自動(dòng)控制系統(tǒng)有重要的意義。另一方面，在體積或重量相近的情況下，其輸出功率大，能傳遞較大的扭矩或推力（如萬(wàn)噸水壓力等）。 （3）控制和調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單、方便、省力，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和過(guò)載保護(hù)。 （4）可實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙傳動(dòng)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。 （5）因?yàn)閭鲃?dòng)介質(zhì)為油液，故液體元件有自我潤(rùn)滑作用，使用壽命長(zhǎng)。 6）液壓元件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、便于設(shè)計(jì)、制造和推廣使用。 （7）可以采用大推力的液壓缸和大扭矩的液壓馬達(dá)直接帶動(dòng)負(fù)載，從而失去了中間的減速裝置，使傳動(dòng)簡(jiǎn)化。 液壓傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)： （1）漏 由于作為傳動(dòng)介質(zhì)的液體是在一定的壓力下，有時(shí)是在較高的壓力下工作的，因此在有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面間不可避免要產(chǎn)生泄漏。同時(shí)，由于油液并不是不可以壓縮的，油管等也回產(chǎn)生彈性變形，所以液壓傳動(dòng)不宜用在傳動(dòng)比要求較嚴(yán)格的場(chǎng)合。 （2）震 液壓傳動(dòng)中的“液壓沖擊和空穴現(xiàn)象”會(huì)產(chǎn)生很大的震動(dòng)和噪聲。 （3）熱 在能量轉(zhuǎn)換和傳遞過(guò)程中，由于存在機(jī)械摩擦、壓力損失、泄漏損失，因而易使油液發(fā)熱，總效率降低，故液壓傳動(dòng)不宜遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)動(dòng)。 （4）液壓傳動(dòng)性能對(duì)溫度比較敏感，故不宜在高溫及低溫下工作。液壓傳動(dòng)裝置對(duì)油液的污染也較敏感，故要求有良好的過(guò)濾設(shè)施。 （5）液壓元件加工要求高一般情況下又要求有獨(dú)立的能源（如液壓泵站），這些可能使產(chǎn)品成本提高。 （6）液壓系統(tǒng)出現(xiàn)鼓故障時(shí)不宜追查原因，不宜迅速排除。 綜上所述，液壓傳動(dòng)由于其優(yōu)點(diǎn)比較突出，故在工、農(nóng)業(yè)各個(gè)部門獲得廣泛的應(yīng)用。它的某些缺點(diǎn)隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展、提高，正在逐步得到克服。 由于液壓傳動(dòng)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)有以上幾個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，所以確定機(jī)械手的前伸后退、左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)、夾緊放松三部分動(dòng)作用液壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2.6 手部結(jié)構(gòu) 機(jī)械手是一種通用性較強(qiáng)的自動(dòng)化作業(yè)設(shè)備，手部則是直接執(zhí)行作業(yè)任務(wù)的裝置。大多數(shù)手部的結(jié)構(gòu)和尺寸是根據(jù)不同作業(yè)任務(wù)要求來(lái)設(shè)計(jì)的。根據(jù)其用途和結(jié)構(gòu)的不同，可以分為夾持式和吸附式。本設(shè)計(jì)中選用的是夾持式。 三 自動(dòng)上料機(jī)械手升降油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算及選擇 自動(dòng)上料機(jī)械手升降油缸采用雙作用式直線油缸。如圖（4.1） 圖4.1 3.1 工作載荷的計(jì)算 油缸提升的工作載荷為F,則F＝K(G+Fa)/η 其中K——安全系數(shù)，取K＝1.5 G——運(yùn)動(dòng)部件所受的重力，若取m＝300kg，則G＝mg＝300×9.8＝2940N Fa——慣性載荷，F(xiàn)a＝G·a/g,取起動(dòng)時(shí)油缸活塞加速度a＝14m/s,則Fa＝G·a/g＝980×14/9.8＝4200N η——液壓缸的機(jī)械效率，取η＝0.9 ∴F＝K(G+Fa)/η ＝1.5×(2940+4200)/0.9 ＝11900N 3.2 液壓缸的主要尺寸的確定 D＝ 其中，φ——活塞桿直徑d與D的比值，即φ＝d/D,這里取φ＝0.52。 F——工作載荷，前已計(jì)算過(guò)，為11900N. ——工件提升時(shí)有桿腔的壓強(qiáng)，取＝2MPa ——工件提升時(shí)無(wú)桿腔的壓強(qiáng)，取＝0MPa 最后得液壓缸內(nèi)徑也即活塞直徑 D＝＝＝105.13mm 若按標(biāo)準(zhǔn)取D＝115mm,則取d＝D＝115×0.52＝60mm ∴取D＝115mm,d＝60mm。 (3)液壓缸行程的制定 升降液壓缸的行程在總體方案中根據(jù)工藝要求已給出，這里為600mm. 3.3 液壓缸主要部件的設(shè)計(jì)和材料選擇 ①缸筒 工程機(jī)械、鍛壓機(jī)械等工作壓力較高的場(chǎng)合，常用20、35、45號(hào)鋼的無(wú)縫鋼管。其中，20號(hào)鋼用的較少，因?yàn)槠漭^軟，機(jī)械強(qiáng)度也低，加工粗糙度不宜保證。須與缸蓋、管接頭、耳軸等零件焊接的缸筒用35號(hào)鋼，并在粗加工后調(diào)質(zhì)。不與其它零件焊接的缸筒，常用45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)，調(diào)制處理的目的是保證強(qiáng)度高、加工性好，一般調(diào)質(zhì)到HB241～HB285。這里液壓缸筒選用45號(hào)鋼調(diào)質(zhì).缸筒內(nèi)徑采用H7配合。內(nèi)孔表面的粗糙度，當(dāng)活塞采用橡膠密封圈時(shí)，取R0.4～R0.1。 ②活塞 活塞材料常用耐磨鑄鐵、鋁合金或鋼外面覆蓋一層青銅、黃銅和尼龍等耐磨套。本方案活塞材料選用45號(hào)鋼。 ③缸蓋及活塞桿導(dǎo)向套 缸蓋采用35號(hào)鋼或45號(hào)鋼鍛件，或ZG35、ZG45及HT250、HT300、HT350等鑄鐵材料?；钊麠U導(dǎo)向套可以是缸蓋本身，但最好在內(nèi)表面堆焊黃銅、青銅或其它耐磨材料?；钊麠U導(dǎo)向套也可另外壓入，采用鑄鐵、黃銅、青銅、或尼龍。這里材料選取45號(hào)鋼。 ④活塞桿 活塞桿有實(shí)心和空心兩種。實(shí)心的用35或45號(hào)鋼，要求高的可用40Gr鋼?？招牡挠?5號(hào)、45號(hào)無(wú)縫鋼管、并要求活塞桿的一端留出焊接和熱處理的通氣孔。缸的活塞桿也選45號(hào)鋼。 3.4 校核 （1）剛筒壁厚 在中低壓液壓系統(tǒng)中，剛筒壁厚往往由結(jié)構(gòu)工藝要求決定，一般不要校核。 （2）活塞桿直徑的校核 d 式中 F——活塞桿上的作用力 []——活塞桿材料的許用應(yīng)力，[]＝b/1.4 b＝598MPa  d＝＝50.35mm 所以活塞桿符合要求。 （3）缸蓋固定螺栓的校核 ds 式中F——液壓缸負(fù)載； K——螺紋擰緊系數(shù)，k＝1.12～1.5； Z——固定螺栓個(gè)數(shù)； ——螺栓材料的許用應(yīng)力；[]＝s/(1.22～2.5),s為材料屈服點(diǎn) s＝225 MPa ds＝＝3.6mm 故聯(lián)接螺栓符合要求。 3.5 關(guān)于液壓缸的緩沖與排氣、密封 以上設(shè)計(jì)液壓缸負(fù)載不是很大，而且運(yùn)行速度慢，所以不設(shè)置制動(dòng)機(jī)構(gòu)。這兩個(gè)液壓缸直徑和行程不是很大，不再專門設(shè)置排氣裝置，安裝時(shí)一次將氣排空。關(guān)于密封，活塞與缸筒間、缸筒與活塞桿導(dǎo)套間采用O型密封圈,活塞桿與活塞桿導(dǎo)套間采取Y型密封圈，Y型密封圈的唇邊面向高壓區(qū)。為防止大臂安裝后會(huì)出現(xiàn)偏心，在安裝現(xiàn)場(chǎng)調(diào)配平衡重。 總 結(jié) 機(jī)械手設(shè)計(jì)是一個(gè)集機(jī)械結(jié)構(gòu)，電子技術(shù)，傳感器技術(shù)，控制測(cè)試技術(shù)，液壓與氣壓傳動(dòng)等多學(xué)科統(tǒng)一的綜合系統(tǒng)。本文以鍛壓機(jī)自動(dòng)上料機(jī)械手為研究課題，提出其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，以此基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。文中著重研究分析了機(jī)械手的機(jī)械整體結(jié)構(gòu)及各部分零件結(jié)構(gòu)和液壓傳動(dòng)部分倆大問(wèn)題，初步完成了一個(gè)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的整體設(shè)計(jì)。 本課題的設(shè)計(jì)工作總結(jié)如下： 1.課題要點(diǎn)：通過(guò)在大學(xué)學(xué)習(xí)期間所學(xué)到的知識(shí)，對(duì)機(jī)械手的機(jī)械原理進(jìn)行建摸，設(shè)定最佳方案。 2.課題核心：利用CAD對(duì)機(jī)械手的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)以及部分非標(biāo)零件進(jìn)行實(shí)體設(shè)計(jì)并裝配。在設(shè)計(jì)中不僅要遵照最初方案，還要充分考慮部分實(shí)體設(shè)計(jì)的合理性。 3.驗(yàn)證工作：用力學(xué)知識(shí)對(duì)機(jī)械手的非標(biāo)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)及校核，來(lái)驗(yàn)證其是否可以適應(yīng)工作要求。 4.完成構(gòu)建：提出操作機(jī)械手的控制策略——液壓傳動(dòng)，用CAD構(gòu)建原理圖，并與機(jī)械結(jié)構(gòu)相結(jié)合完成此課題。 機(jī)械手的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)涉及多個(gè)領(lǐng)域和多個(gè)學(xué)科。由于作者水平有限和時(shí)間有限，此課題仍有許多問(wèn)題需要解決。 參 考 文 獻(xiàn) 1、楊黎明.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè).第一版.國(guó)防工業(yè)出版社,1986,12 2、吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì). 第一版.中央廣播電視大學(xué)出版社,1998,2 3、盧頌峰.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè). 第一版.中央廣播電視大學(xué)出版社,1998,4 4、非標(biāo)準(zhǔn)零件手冊(cè).第三版.國(guó)防工業(yè)出版社 5、液壓與氣動(dòng)傳動(dòng).機(jī)械工業(yè)出版社 6、機(jī)械手及其應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社 7、液壓元件樣本.機(jī)械工業(yè)出版社 8、楊長(zhǎng)能, 張興毅.可編程序控制器基礎(chǔ)及應(yīng)用. 第一版.重慶大學(xué)出版社,1992,1 9、左建民.液壓與氣壓傳動(dòng).第二版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999,5 10、孫燕華.AutoCAD2000機(jī)械制圖.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002,9 11、顧京.數(shù)控加工編程及操作.北京:高等教育出版社,2003,9 12、陳立德.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū).第二版.北京:高等教育出版社,2004,6 13、金大鷹.機(jī)械制圖.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001,7 14、柴鵬飛.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004,8 15、John J.Craig,Introduction to Robotics Mcchanics And Control[M],Second Edition,Addison-Wesley, Rcading,MA,1989 致 謝 經(jīng)過(guò)半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)論文，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。 在論文寫(xiě)作過(guò)程中，得到了陳玲老師的親切關(guān)懷和耐心的指導(dǎo)。她嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，陳老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。多少個(gè)日日夜夜，陳老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想上給我以無(wú)微不至的關(guān)懷，除了敬佩李明老師的專業(yè)水平外，她的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。在此謹(jǐn)向李老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。 ????在論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長(zhǎng)大含辛茹苦的父母，謝謝你們! 最后我還要感謝我的母校四年來(lái)對(duì)我的栽培！ - 27 -