數(shù)控機床自動夾持搬運裝置畢業(yè)設(shè)計論文說明書.doc

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1、 畢業(yè)設(shè)計(論文)說明書 題 目： 數(shù)控機床自動夾持搬運裝置 的液壓系統(tǒng)設(shè)計 作 者： 學(xué) 號： 系 (院)： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)者： 評閱者：

2、 年 月  畢業(yè)設(shè)計（論文）中文摘要 數(shù)控機床自動夾持搬運裝置的液壓系統(tǒng)設(shè)計 摘 要：數(shù)控機床上專用于工件和零件的夾持和自動運轉(zhuǎn)的裝置，其運動自由度多，且有嚴(yán)格的動作順序要求。用液壓驅(qū)動可實現(xiàn)動作自動循環(huán)，利于自動化和高效率等要求。機械手用于各種工藝裝備上，其中包括組成柔性自動化系統(tǒng)的數(shù)控金屬切削機床。工業(yè)機器人裝備有自動可換夾持裝置，其中雙夾持器的裝置用來保證同時操作毛坯和在加工的零件。本設(shè)計主要針對機械手的液壓系統(tǒng)，確定液壓系統(tǒng)中各個部分的功能，并且對各種執(zhí)行元件進(jìn)行計算分析，最終完成液壓原理圖。 關(guān)鍵詞：可換夾持裝置 液壓元件 雙夾持器

3、 畢業(yè)設(shè)計（論文）外文摘要 Numerically Controlled Machine Tools Automatically Handling Devices Hydraulic Rescue System Design Abstract: Numerically controlled machine tools, spare parts and dedicated to her rescue and automatic operation of the device, the more freedom of mo

4、vement and strict action sequence. Driven by hydraulic achievable moves automatically cycle for automation and high efficiency. Mechanical hand for various processes and equipment, including the digital automation system composed soft metal cutting machine tools. Industrial robots are equipped with

5、automatic convertible rescue devices, including devices used to ensure that double-rescue devices at the same time and in the processing operation blank parts. The design of the hydraulic system mainly mechanical hand, identifying the functions of the various parts of the hydraulic system, and imple

6、mentation of various components in the calculation of analysis, and ultimately complete hydraulic principles maps. Keywords: Convertible rescue devices ; Hydraulic components; Double-rescue vehicles  目 錄 1 概述……………………………………………………………………………………… 1 1.1課題背景…………………………

7、…………………………………………… 1 1.2課題內(nèi)容………………………………………………………………………… 1 1.3課題的意義………………………………………………………………………… 2 1.4課題的創(chuàng)新點………………………………………………………………………… 2 2 機械手的功能設(shè)計…………………………………………………………………… 2 2.1機械手液壓系統(tǒng)的各部分功能…………………………………………………………… 2 2.2 機械手液壓系統(tǒng)的功能綜合…………………………………………………………5 2.3機械手電磁鐵動作循環(huán)表……………………………………………………

8、……… 6 2.4 機械手液壓系統(tǒng)方案設(shè)計……………………………………………………… 6 3 機械手液壓系統(tǒng)機構(gòu)設(shè)計計算……………………………………………………… 6 3.1負(fù)載分析………………………………………………………………………………… 6 3.2 液壓馬達(dá)的負(fù)載…………………………………………………………………………9 3.3 執(zhí)行元件主要參數(shù)的確定…………………………………………………………………10 3.4 計算液壓缸各工作階段的工作壓力、流量、功率………………………………………11 3.5 擬定液壓原理圖………………………………………………………………………11

9、 3.6選擇液壓元件………………………………………………………………………………12 3.7液壓缸基本參數(shù)的確定……………………………………………………………………14 3.8液壓缸結(jié)構(gòu)強度計算和穩(wěn)定校驗…………………………………………………………17 3.9液壓傳動用油的選擇………………………………………………………………………22 4 驗算系統(tǒng)液壓性能………………………………………………………………………23 4.1壓力損失的驗算及泵壓力的調(diào)整…………………………………………………………23 4.2液壓系統(tǒng)發(fā)熱和溫升驗算…………………………………………………………………26

10、 4.3濾油器的選擇………………………………………………………………………………26 結(jié)論 …………………………………………………………………………………… 30 致謝 …………………………………………………………………………………… 31 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………32 1概述 1．1 課題背景 現(xiàn)在工業(yè)機器人集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。自從1962年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機器人以來，機器人技術(shù)極其產(chǎn)品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(tǒng)（FMS）、自動化工廠（FA

11、）、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）的自動化工具。 廣泛采用工業(yè)機器人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。和計算機、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，工業(yè)機器人的廣泛應(yīng)用正在日益改善著人類的生產(chǎn)和生活方式。 工業(yè)機器人是最典型的機電一體化數(shù)字化裝備，技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很廣，作為先進(jìn)制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息化社會的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起著越來越重要的作用。國外專家預(yù)測，機器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計算機之后出現(xiàn)的一種新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。據(jù)聯(lián)合國歐洲委員會（UNECE）和國際機器人聯(lián)合會（IFR）的統(tǒng)計

12、，世界機器人市場前景看好，從20世紀(jì)下半葉起，世界機器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長的良好勢頭。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，機器人產(chǎn)品發(fā)展速度較快，年增長率平均在10%左右。2004年增長率達(dá)到闖記錄的20%。其中，亞洲機器人增長幅度最為突出，高達(dá)43%。 在自動化生產(chǎn)領(lǐng)域中，工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的。工業(yè)機械手的是從工業(yè)機器人中分支出來的。 其特點是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機械手作業(yè)具有準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力。 機械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機器，它有多個自由度，

13、可用來搬運物體以完成在各個不同環(huán)境中工作。 機械手由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動-傳動機構(gòu)、控制系統(tǒng)、智能系統(tǒng)、遠(yuǎn)程診斷監(jiān)控系統(tǒng)五部分組成。驅(qū)動-傳動機構(gòu)與執(zhí)行機構(gòu)是相輔相成的，在驅(qū)動系統(tǒng)中可以分：機械式、電氣式、液壓式和復(fù)合式，其中液壓操作力最大。 本課題是數(shù)控機床上專用于工件和零件的夾持和自動運轉(zhuǎn)的裝置，其運動自由度多，且有嚴(yán)格的動作順序要求、用液壓驅(qū)動可實現(xiàn)動作自動循環(huán)，利于自動化和高效率等要求。 1．2課題內(nèi)容 本課題的基本內(nèi)容是： 1）功能原理方案分析 2）液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計 3）液壓系統(tǒng)的計算 4）油箱與執(zhí)行元件工作圖設(shè)計 5）編寫計算說明書 1．3課題的意義 本課

14、題所研究的數(shù)控機床的裝夾裝置屬于工業(yè)機器人這一范疇，對它的研究實際上就是對工業(yè)機器人的研究?，F(xiàn)在工業(yè)機器人集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。自從1962年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機器人以來，機器人技術(shù)極其產(chǎn)品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(tǒng)（FMS）、自動化工廠（FA）、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）的自動化工具。 廣泛采用工業(yè)機器人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。和計算機、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，工業(yè)機器人的廣泛應(yīng)用正在日益改善著人

15、類的生產(chǎn)和生活方式。 隨著加工行業(yè)在我國的迅速發(fā)展，各行各業(yè)的自動化裝備水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常常配有機械手，以提高生產(chǎn)效率，代替工人完成惡劣環(huán)境下危險、繁重的勞動。 1．4課題的創(chuàng)新點 采用手動換向閥變換夾持方式，既可以雙夾持也可以單夾持。 2機械手的功能設(shè)計 2．1機械手液壓系統(tǒng)的各部分功能 2.1.1 液壓站 圖2-1液壓站液壓原理圖 1．蓄能器 2精過濾器 3.壓力繼電器 4.減壓閥 5.冷卻器 6.液壓馬達(dá) 本設(shè)計應(yīng)用液壓站供應(yīng)小車，滑板和機器人手臂位移電液步進(jìn)式驅(qū)動裝置以及手腕轉(zhuǎn)動、擺動機構(gòu)和夾持器夾緊機構(gòu)驅(qū)動裝置。同時液壓站能夠相應(yīng)于在主干線恒壓

16、下進(jìn)入液壓系統(tǒng)的耗油量來自動變化可調(diào)泵的供給量。液壓站還進(jìn)行油的冷卻，并能防止在斷路狀態(tài)下液壓系統(tǒng)中漏油。 2..1.2小車驅(qū)動裝置 圖2-2小車驅(qū)動裝置液壓原理圖 1.液壓馬達(dá)M1 2.單向閥 3.液壓分配器 4.步進(jìn)電動機 小車的驅(qū)動裝置由液壓馬達(dá)M1和成套步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)組成。當(dāng)信號傳遞到步進(jìn)馬達(dá)M5時，其轉(zhuǎn)子通過螺旋傳動推動液壓分配器的滑閥，他連接著壓力管和溢流管與相應(yīng)的液壓馬達(dá)腔。液壓馬達(dá)之間的連接使其在軸上的力矩方向相反，以保持在齒輪齒條傳動中的無隙嚙合。在電液步進(jìn)驅(qū)動裝置的液壓馬達(dá)傳動時，其與分配器滑閥剛性相連的軸，使得滑閥回到初始位置，從而實現(xiàn)位置反饋。

17、 手臂滑板移動用線性電液步進(jìn)式驅(qū)動裝置和手臂擺動用線性電液步進(jìn)驅(qū)動裝置是由步進(jìn)電動機（M3和M4）、隨動分配器和液壓缸組成，液壓缸活塞桿內(nèi)裝有位置反饋螺旋機構(gòu)。在信號傳遞到步進(jìn)電動機時，其轉(zhuǎn)子通過螺旋傳動推動液壓分配器滑閥，開啟進(jìn)入液壓缸油通道。液壓缸活塞平行運動通過螺旋傳動變?yōu)榻z桿傳動，而通過齒輪傳動和螺旋副變?yōu)榛y軸向移動。單向閥的作用是用來防止液壓設(shè)備斷路時手臂桿件自然下垂。 2.1.3 機械手腕轉(zhuǎn)動（擺動） 圖2-3機械手手腕擺動（轉(zhuǎn)動）液壓原理圖 1.定位器 2.液壓缸 液壓操縱盤控制手腕轉(zhuǎn)動（擺動），取決于電磁鐵Y7或Y8及Y6，

18、由取決于手腕（頭部）擺動方向的旋轉(zhuǎn)指令控制。此時定位器的活塞克服彈簧力向上運動，并通過杠桿推動隨動滑閥，開啟油道通路，油通過分配器P2到液壓馬達(dá)M2的腔內(nèi)。此后，當(dāng)液壓馬達(dá)達(dá)到所需的轉(zhuǎn)速時，信號進(jìn)入電磁鐵斷路，從而使手腕固定和分配器P2斷路。液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)。 在指令傳遞到液壓滑閥上的分配器P3和P4時，液壓馬達(dá)M3使手腕轉(zhuǎn)動。在電磁鐵P4接通時，油在壓力下進(jìn)入控制液壓缸左腔。此時電磁鐵Y5斷開，則活塞移動到極右位置，通過杠桿17推動隨動閥，并且開啟油通道，使油進(jìn)入液壓馬達(dá)M3腔內(nèi)。杠桿17的另一端安裝在手腕傳動部分的靠模保持接觸。這樣當(dāng)手腕轉(zhuǎn)動一定角度時（例如在極右位置）杠桿17使隨動

19、閥回到中間位置，且液壓馬達(dá)M3停止轉(zhuǎn)動。當(dāng)電磁鐵Y5接通，Y4斷開，油在壓力下進(jìn)入控制液壓缸右腔，而其左腔與排油孔相連；活塞移動到左邊位置，且液壓馬達(dá)M3將手腕轉(zhuǎn)動到靠模的相應(yīng)突緣上。在電磁鐵Y2和Y5接通時，液壓缸2兩腔均與壓力管路相連，而由于活塞面積，使他停在套筒擋塊所確定的中間位置上。液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動手腕到靠模中間凸緣上。 2.1.4夾持器驅(qū)動裝置 圖2-4夾持裝置液壓原理圖 1.手動換向閥 2.單向閥 液壓缸的驅(qū)動裝置不但用于帶雙夾持器，又用于單夾持器。按夾持器型式，液壓操縱盤的閥式分配器用手動擺放在左面或右面的位置。用單夾持器工作時用液壓分配器P5進(jìn)行控制

20、。在接通電磁鐵Y2時，夾持器張開；而在斷開Y2時，夾持器產(chǎn)生壓緊動作。裝在液壓操縱盤上的單向閥防止在系統(tǒng)中壓力下降時，夾持器迅速松開。在雙夾持工作時，通過接通電磁鐵Y2或Y3來傳遞給每一只手臂的松開指令。當(dāng)兩個磁鐵接通時（或斷開），夾持器同時被彈簧壓緊。 2．2 機械手液壓系統(tǒng)的功能綜合 總之，本次設(shè)計的機械手的總的功能如以下圖所示： 圖2-5機械手總功能示意圖 小車，滑板和機器人手臂位移電液步進(jìn)式驅(qū)動裝置以及手腕轉(zhuǎn)動、擺動機構(gòu)和夾持器夾緊機構(gòu)驅(qū)動裝置都需要液壓系統(tǒng)來調(diào)控。 2．3機械手電磁鐵動作循環(huán)表 表2-1機械手工作狀態(tài)以及動作 控制目標(biāo) 工作狀態(tài) 電

21、 磁 鐵 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 液壓站 啟動 - 工作 + 夾持器傳動裝置 夾緊 + - + 松開 + + - 中間位置 + + + - 手腕（頭部）回轉(zhuǎn)傳動裝置 向右 + + - 向左 + - + 中間位置 + + + 停止 + - - 手腕（頭部）擺動傳動裝置 向右 +

22、 + + - 向左 + + - + 停止 + - - - 2.4 機械手液壓系統(tǒng)方案設(shè)計 液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸或液壓馬達(dá)。前者實現(xiàn)直線運動，后者實現(xiàn)回旋運動，對于單純并且簡單的直線運動或回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)，可以分別采用液壓缸或液壓馬達(dá)直接驅(qū)動。 根據(jù)設(shè)計目標(biāo)及現(xiàn)有條件,在查閱有關(guān)資料和實物調(diào)研的基礎(chǔ)上,構(gòu)建本機械手的總本設(shè)計方案如下: 1.設(shè)計成一個數(shù)控機床搬運機械手,用于將工件從工位I搬運到工位Ⅱ。 2.本機械手包含手指夾緊工件,手臂轉(zhuǎn)位,手指松開卸料,手臂復(fù)位四個基本動作,采用手動上下料等功能。 3.具備

23、自動與手動操作兩種工作方式并能快速靈活地切換且互鎖.手動方式下操作者可以隨意地完成這四個基 本動作的任意組合;自動方式下機械手的一個工作循環(huán)包括夾緊,轉(zhuǎn)位,卸料,復(fù)位,能夠穩(wěn)定可靠地重復(fù)循環(huán)工作。 3機械手液壓系統(tǒng)機構(gòu)設(shè)計計算 3．1負(fù)載分析 3．1．1載荷的組成和計算 如圖1表示一個以液壓缸為執(zhí)行元件的液壓系統(tǒng)計算簡圖。各參數(shù)標(biāo)注圖上，其中Fw是作用在活塞桿上的外部載荷，F(xiàn)m是活塞與缸壁以及活塞桿遇導(dǎo)向套之間的密封阻力。作用在活塞桿上的外部載荷Fg，導(dǎo)軌的摩擦力Ff和由速度變化而產(chǎn)生的慣性力Fa。 圖3-1液壓缸受力簡圖 （1）工作載荷Fd 常見的工作載荷有作用于活塞桿上

24、的重力、切削力、擠壓力等，這些作用力與活塞的運動方向相同為負(fù)相反為正。 （2）導(dǎo)軌摩擦載荷 摩擦阻力是指液壓缸驅(qū)動工作機構(gòu)工作時所克服的機械摩擦阻力，對于機床來說，即導(dǎo)軌摩擦阻力，其值與導(dǎo)軌的形式，放置情況和運動狀態(tài)有關(guān)。 在機床上經(jīng)常使用的平導(dǎo)軌和V型導(dǎo)軌水平放置。 對于平道軌 ＝f （3-1） 對于V型導(dǎo)軌 ＝f/sin（Φ/2） （3-2） 式中Fn——作用

25、在導(dǎo)軌上的法向力 Φ——V型導(dǎo)軌夾角 f——導(dǎo)軌摩擦因數(shù) 圖3-2 平導(dǎo)軌 圖3-3 V型導(dǎo)軌 本課題采用平軌，故： ＝f f取滑動導(dǎo)軌（材料鑄鐵對鑄鐵）低速（v<10m/min）時的摩擦因數(shù)。 F＝0.1 ＝409.8＝392N 故：＝39.2 （3）慣性力 慣性力指運動部件在啟動或制動過程中的慣性力，其計算公式如下： （3-3） 式中m——運動部件的質(zhì)量 a——運動部件的加速度 ΔV——啟動或制動前后的速度差 Δt——啟動或制動

26、時間 一般機床運動取0.25~0.5s 進(jìn)給運動取0.1~0.5s 故取Δt＝0.5s ＝400.8/0.5＝64N （4）重力 垂直或傾斜放置運動部件無平衡，其自重也是一種負(fù)載， ＝409.8＝392N （5）密封阻力 密封阻力指裝有密封件在相對移動中產(chǎn)生的摩擦力。它與密封類型、液壓缸的加工精度和油液的工作壓力有關(guān)。密封阻力難以計算，一般估算為 ＝（1-）F （3-4） 式中 ——液壓缸的機械效率 一般取0.90~0.95 F——作用在活塞桿上的

27、載荷 故 = / 參 考 文 獻(xiàn) [1] 雷天覺 .新編液壓工程手冊. 機械工業(yè)出版社.1998 [2] 路甬祥.液壓氣動技術(shù)手冊.機械工業(yè)出版社.2002 [3] 吉林工業(yè)大學(xué)等校編.工程機械液壓與液力傳動.機械工業(yè)出版社.1979 [4] 馬永輝等編 .工程機械液壓系統(tǒng)設(shè)計計算.機械工業(yè)出版社.1985 [5] 大連理工大學(xué)工程畫教研室.機械制圖.第4版.北京：高等教育出版社，1993. [6] 機械工程手冊.機械工程手冊機電工程手冊編輯委員會編.北京：機械工業(yè)出版社，1982. [7] 吳宗澤.機械機構(gòu)設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社，1988. [8] 戌大先.機械設(shè)計圖冊（第四卷）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1997. [9] 吳宗澤.機械結(jié)構(gòu)設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社，1988. [10] 工程手冊編委會.機械工程手冊.第6卷.北京：機械工業(yè)出版社,1982. [11] 濮良貴，紀(jì)名剛.機械設(shè)計.第7版.北京：高等教育出版社，2001. [12] 徐灝.機械設(shè)計手冊.第2版.北京：機械工業(yè)教育出版社，2000. [13] 成大先.機械設(shè)計手冊.第三版第四卷.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1996.