自動(dòng)換刀機(jī)械手的總功能設(shè)計(jì)【數(shù)控臥式鏜銑床的自動(dòng)換刀機(jī)械手】

自動(dòng)換刀機(jī)械手的總功能設(shè)計(jì)【數(shù)控臥式鏜銑床的自動(dòng)換刀機(jī)械手】,數(shù)控臥式鏜銑床的自動(dòng)換刀機(jī)械手,自動(dòng)換刀機(jī)械手的總功能設(shè)計(jì)【數(shù)控臥式鏜銑床的自動(dòng)換刀機(jī)械手】,自動(dòng),機(jī)械手,功能設(shè)計(jì),數(shù)控,臥式,銑床 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 前 言 隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，自動(dòng)化程度的迅速提高，實(shí)現(xiàn)工件的裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送或操持焊槍、噴槍、扳手等工具進(jìn)行加工、裝配等作業(yè)的自動(dòng)化，已越來越引起人們的重視。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率；可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的應(yīng)用。 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化領(lǐng)域中，機(jī)械加工的快速上下刀、精確的加工都使數(shù)控機(jī)床以及數(shù)控加工中心的應(yīng)用顯得十分重要。據(jù)詳實(shí)的資料統(tǒng)計(jì)，這些費(fèi)用占全部加工費(fèi)用的五分之一以上。而大規(guī)模的機(jī)械加工中，時(shí)間的節(jié)省越來越成為生產(chǎn)者和工程設(shè)計(jì)者（或者技術(shù)人員）的追求方向，這也是未來工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。 在現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)中，需要普通車床的生產(chǎn)更為高效、精度高、適應(yīng)性強(qiáng)、加工性能強(qiáng)，而且還可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。這樣使之能夠適于單件、中小批量的生產(chǎn)；形狀比較復(fù)雜，精度要求高的零件加工；產(chǎn)品更新頻繁，生產(chǎn)周期短的加工。這在改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，改善工作條件，提高經(jīng)濟(jì)效益等方面，都能獲得顯著的效果。 機(jī)械手已被廣泛用于航空、航天以及工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，并取得較好的效果?，F(xiàn)今的工業(yè)機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩類。我國目前研制的工業(yè)機(jī)械手大多還是專用機(jī)械手。該機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式比較簡單，專用性強(qiáng)，僅附屬于某臺(tái)機(jī)床。雖然其有著通用機(jī)械手無法比擬的批量大，對(duì)某些設(shè)備（或者機(jī)加零件）的加工精確性高的優(yōu)點(diǎn)，但就目前來看，專用機(jī)械手存在著適應(yīng)性不強(qiáng)的弊端。這就要對(duì)其進(jìn)行必要的改造，使其適應(yīng)未來的工業(yè)發(fā)展的需要。由于通用機(jī)械手改變工作程序較方便，特別適用于多品種、小批量的生產(chǎn)。通用機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用只有三十年的歷史，但這些裝置在國外得到相當(dāng)重視。所以設(shè)計(jì)生產(chǎn)使用數(shù)控機(jī)床、數(shù)控加工中心一類的較為高級(jí)的機(jī)加設(shè)備是迫在眉睫的。雖然目前我國的數(shù)控加工中心等大型設(shè)備還是依賴進(jìn)口，但相信不久的將來我國必然會(huì)設(shè)計(jì)研制出自己的設(shè)備，這需要我們所有人的不懈努力。 我們這次的設(shè)計(jì)任務(wù)是參考以往的技術(shù)資料，設(shè)計(jì)數(shù)控臥式鏜銑床的自動(dòng)換刀機(jī)械手。但由于初涉大型設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，搜集的資料可能不夠全面，且缺乏實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，故設(shè)計(jì)不當(dāng)之處再所難免，懇請(qǐng)各位老師給予批評(píng)和指正。 1 工業(yè)機(jī)械手的簡介 工業(yè)機(jī)械手是一種模仿人的動(dòng)作，按照預(yù)先設(shè)定的程序、軌跡或其它要求實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工件或操縱工具的自動(dòng)化裝置。 1.1 工業(yè)機(jī)械手的組成 ① 執(zhí)行系統(tǒng) （手部、腕部、臂部、機(jī)身、行走機(jī)構(gòu)） ② 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) （驅(qū)動(dòng)元件和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)） ③ 控制系統(tǒng) （檢測(cè)裝置、控制裝置） 1.2 工業(yè)機(jī)械手的分類方法簡介 ⑴ 按驅(qū)動(dòng)方式分 ① 液壓式：操縱力大，體積小，動(dòng)作平穩(wěn)。缺點(diǎn)是漏油會(huì)影響系統(tǒng)的工作性能，而且油的黏度對(duì)溫度變化敏感。 ② 氣動(dòng)式：氣源方便，維護(hù)簡單，易于獲得高速度。其缺點(diǎn)是操作力較小、體積大、空氣可壓縮性大、速度控制困難、動(dòng)作不平穩(wěn)、控制有滯后現(xiàn)象。 ③ 電動(dòng)式：動(dòng)力源方便、操作力較大，其缺點(diǎn)是需要設(shè)置減速機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，或者用特殊電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 ④ 機(jī)械式：一般借助動(dòng)力源，通過凸輪、連桿機(jī)構(gòu)等實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，變換程序較困難，其動(dòng)作可靠。 ⑵ 按用途分 ① 用機(jī)械手：一般指附屬于某一設(shè)備的、程序是固定的、動(dòng)作簡單的機(jī)械手。 ② 通用機(jī)械手：一般指動(dòng)作程序可變，具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械手。 ⑶ 按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式分 ① 點(diǎn)位控制：只要求準(zhǔn)確控制手部移動(dòng)的起止位置或有限的設(shè)定點(diǎn)位置，不要求控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。 ② 連續(xù)軌跡控制：要求準(zhǔn)確控制運(yùn)動(dòng)軌跡，其設(shè)定點(diǎn)是無限的，能在三維空間中做任意復(fù)雜的動(dòng)作。 1.3 工業(yè)機(jī)械手的機(jī)身簡介 1.3.1 設(shè)計(jì)機(jī)身應(yīng)注意的問題 機(jī)身是支承臂部的部件。升降、回轉(zhuǎn)和俯仰運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等都裝在機(jī)身上。有關(guān)機(jī)身的設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下幾個(gè)問題： ① 有足夠的剛度和穩(wěn)定性。 ② 運(yùn)動(dòng)要靈活。升降運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)套長度不宜過短，否則可能產(chǎn)生卡死現(xiàn)象，一般要有導(dǎo)向裝置。 ③ 結(jié)構(gòu)布置要合理，便于裝修。 1.3.2 機(jī)身的結(jié)構(gòu)方案 ① 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)采用齒條活塞油缸驅(qū)動(dòng)的機(jī)身。升降運(yùn)動(dòng)由活塞4驅(qū)動(dòng)，靠立柱上平鍵導(dǎo)向?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由齒條活塞2驅(qū)動(dòng)齒輪，帶動(dòng)配油軸3和油缸體6一起轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過缸體上鍵帶動(dòng)外套一起轉(zhuǎn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的。圖如下： ② 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)采用擺動(dòng)油缸驅(qū)動(dòng)的機(jī)身。升降運(yùn)動(dòng)由活塞油缸4驅(qū)動(dòng)，靠升降活塞桿內(nèi)花鍵套2導(dǎo)向?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由擺動(dòng)油缸5驅(qū)動(dòng)，其回轉(zhuǎn)角度是210度，因擺動(dòng)缸安置在升降活塞桿的上方，故活塞桿1的尺寸要加大。 ③ 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)采用活塞油缸帶動(dòng)齒條傳動(dòng)的機(jī)身。升降運(yùn)動(dòng)由活塞3驅(qū)動(dòng)。回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由活塞油缸7驅(qū)動(dòng)與其平行安裝的齒條5和齒輪4來實(shí)現(xiàn)的。這種結(jié)構(gòu)多用于抓重小的情況。 ④ 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由擺動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)。擺動(dòng)缸安置在立柱上部。臂部用銷軸和擺動(dòng)缸體連接，作為臂部俯仰運(yùn)動(dòng)的支點(diǎn)。擺動(dòng)缸的轉(zhuǎn)軸和立柱固連，擺動(dòng)缸體與轉(zhuǎn)套相連，俯仰用活塞油缸裝在轉(zhuǎn)套上?；钊麠U與臂部托架用鉸鏈連接。擺動(dòng)缸工作時(shí)，缸體帶動(dòng)套筒及活塞缸和臂部一起回轉(zhuǎn)。 ⑤ 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)采用氣缸鏈條傳動(dòng)的機(jī)身。升降運(yùn)動(dòng)是由單作用式氣缸來實(shí)現(xiàn)的。上腔進(jìn)氣后推動(dòng)缸體上升，下降時(shí)依靠自動(dòng)由兩只氣缸6交替驅(qū)動(dòng)，鏈條5帶動(dòng)鏈輪2來實(shí)現(xiàn)的。鏈輪2通過鏈帶動(dòng)升降氣缸的活塞桿和導(dǎo)向桿同步回轉(zhuǎn)。 1.3.3 驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于起動(dòng)過程中不是等加速運(yùn)動(dòng)，所以最大驅(qū)動(dòng)力矩要比理論上平均值大一些。計(jì)算時(shí)一般取1.3倍。驅(qū)動(dòng)力矩按下式計(jì)算： Ma = 1.3 ( Mm + Mg ) N * m 式中 Mm ---- 摩擦力矩（包括各支承處的摩擦力矩） N Mg ---- 起動(dòng)時(shí)慣性力矩，一般按下式計(jì)算： Mg = Jω / t N*m 其中 J ---- 臂部對(duì)其回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 N ω---- 臂部回轉(zhuǎn)角速度 1 / s t ---- 臂部起動(dòng)時(shí)所需的時(shí)間 s 1.3.4 機(jī)身的方案評(píng)價(jià) 表1.1 加權(quán)評(píng)分表 評(píng)價(jià)要素 剛度 維修性 平穩(wěn)性 靈活性 制造性 重量 總分 取舍 要素比重 0.3 0.1 0.2 0.1 0.1 02 1 滿足程度 ① 80 70 70 70 70 50 69 舍 ② 80 80 70 70 70 80 76 舍 ③ 80 80 85 85 70 70 78.5 取 ④ 60 70 85 85 70 70 74.5 舍 ⑥ 85 70 85 85 85 85 83 取 1.4 緩沖器與定位功能單元的設(shè)計(jì) 說明： 工業(yè)生產(chǎn)要求機(jī)械手工作速度快，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，定位精度高。應(yīng)注意其影響因素，設(shè)計(jì)合理結(jié)構(gòu)，以滿足要求。 1.4.1 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)特征 深入分析機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，有利于根據(jù)工作條件選擇適宜的運(yùn)動(dòng)特性。下列為我們所選上下刀機(jī)械手所應(yīng)具有的運(yùn)動(dòng)規(guī)律減速較大的情形。 按照上圖的運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手的速度變化呈等加速或不等加速運(yùn)行，其減速過程亦可分為等減速運(yùn)行和不等減速運(yùn)行。在等加速運(yùn)行而不等減速運(yùn)行時(shí)，由于速度形成短，故有利于提高機(jī)械手的工作速度。 特點(diǎn)： 速度變化基本上連續(xù)，運(yùn)動(dòng)中不會(huì)發(fā)生沖擊，可以滿足高速、平穩(wěn)、定位精度高的要求。 1.4.2 開關(guān)型機(jī)械手的速度及位置控制 說明： 用電氣開關(guān)、換向閥、節(jié)流閥及機(jī)械擋塊等控制的機(jī)械手稱為開關(guān)型機(jī)械手。 ① 液壓機(jī)械手的速度控制 開關(guān)型液壓機(jī)械手一般采用節(jié)流減速的方法，少數(shù)采用蓄能器或溢流減速的方法，也可以幾種方法同時(shí)采用。 A. 節(jié)流減速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 油缸端部緩沖裝置，油路節(jié)流緩沖回路以及液動(dòng)機(jī)械手用的液壓緩沖器，都是利用節(jié)流原理，吸收機(jī)械手的能量，提高背壓控制減速，它們的設(shè)計(jì)方法相同。 減速過程中，節(jié)流口恒定的稱為恒節(jié)流，節(jié)流口不斷變化的稱為漸變節(jié)流。采用恒定節(jié)流口，在減速開始時(shí)，減速度大，沖擊大。隨后減速平滑下降，定位是稍高。該種節(jié)流口減速行程長，適用低速機(jī)械手（參見下圖）。漸變節(jié)流可獲得較好的減速特性，如緩沖柱塞開方截面拋物線節(jié)流槽（參見下圖1）可實(shí)現(xiàn)等減速，減速行程短，柱塞上開三角槽（參見下圖2）減速過程沖擊小，減速行程比恒節(jié)流短。圓錐形柱塞的減速特征比開三角柱塞的稍差。 B. 油缸端部緩沖裝置 行程固定的機(jī)械手多采用油缸端部緩沖裝置。 下圖是控制加速和減速的緩沖裝置結(jié)構(gòu)。啟動(dòng)時(shí)，油經(jīng)節(jié)流孔1，單向閥2進(jìn)入油缸，活塞5退出緩沖室3后主油口6進(jìn)油，機(jī)械手快速運(yùn)行。活塞進(jìn)入緩沖室的過程中，三角槽控制節(jié)流減速。適用于速度低于40cm / s的機(jī)械手。 該緩沖方案是油缸端部兩級(jí)節(jié)流緩沖裝置，錐度為0.5度的緩沖柱塞1進(jìn)入節(jié)流環(huán)2的過程中實(shí)現(xiàn)漸變減速。緩沖柱塞圓柱段將主油口封閉后，余油經(jīng)節(jié)流環(huán)的槽和可調(diào)節(jié)流閥擠出實(shí)現(xiàn)兩極節(jié)流緩沖。適用于慣性負(fù)荷大的機(jī)械手。 ② 液動(dòng)機(jī)械手的速度控制 A. 液動(dòng)機(jī)械手比其他的類型機(jī)械手有較多的優(yōu)點(diǎn)。但還是有一 些可壓縮性，可這也比氣動(dòng)的小的多，慣性負(fù)荷大的液動(dòng)機(jī)械手采用液壓緩沖回路。 B. 采用液動(dòng)液阻裝置。 C. 開關(guān)型機(jī)械手的定位系統(tǒng) 定位系統(tǒng)與速度控制系統(tǒng)有密切聯(lián)系，但有獨(dú)立性。例如節(jié)流減速后，既可發(fā)出指令關(guān)閉油路,定位也可以壓在擋塊上而定位。 a. 電氣開關(guān)預(yù)定位： 電動(dòng)機(jī)械手一般用電磁制動(dòng)器定位。當(dāng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)到定位點(diǎn)時(shí)，行程開關(guān)發(fā)訊電控系統(tǒng)，激勵(lì)電磁制動(dòng)器而定位。 特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、維修方便，但定位精度低。 b. 機(jī)械擋塊定位： 一般是在減速后，驅(qū)動(dòng)壓力將運(yùn)動(dòng)件壓在機(jī)械擋塊上或驅(qū)動(dòng)壓力將活塞壓靠缸蓋而定位，定位精度較高?？煞譃閱吸c(diǎn)定位或多點(diǎn)定位擋塊機(jī)構(gòu)。 1.4.3 機(jī)械傳動(dòng)型機(jī)械手速度及位置控制 為了便于控制機(jī)械手的速度及位置，一些專用機(jī)械手采用凸輪機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，特點(diǎn)是工作速度可以提高而且與主機(jī)同步工作而不產(chǎn)生誤動(dòng)作。 通過比較緩沖方案選擇液壓緩沖器和油缸端部緩沖，定位選機(jī)械擋塊定位。 1.4.4 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電控系統(tǒng)的選擇 ① 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)四種。機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式，可以只用一種方式驅(qū)動(dòng)，也可以采用幾種方式聯(lián)合驅(qū)動(dòng)。 表1.2 各種驅(qū)動(dòng)方案特點(diǎn)比較及初選 比較內(nèi)容 驅(qū)動(dòng)方式特點(diǎn)比較 機(jī)械傳動(dòng) 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 氣壓驅(qū)動(dòng) 液壓驅(qū)動(dòng) 異步電機(jī) 直流電機(jī) 步進(jìn)或伺服電機(jī) 輸出力 輸出力較大 輸出力較大 輸出力較小 氣體壓力小，輸出力較小，如需輸出力較大，則結(jié)構(gòu)尺寸較大 輸出壓力高，可以獲得較大的輸出力 控制性能 速度可高，速度與加速度均由機(jī)構(gòu)控制。定位精度高，可與主機(jī)嚴(yán)格同步 控制性能較差，慣性大，不易精確定位 控制性能好，可以精確定位但控制系統(tǒng)復(fù)雜 可高速，氣體壓縮性大，阻尼效果差，沖擊較嚴(yán)重，精確定位差，低速不易控制 油液壓縮性較差。壓力流量均容易控制，可無級(jí)調(diào)速，反應(yīng)靈敏，實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制 體積 當(dāng)自由度多時(shí)，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，體積也較大 要有減速裝置，體積較大 體積較小 體積較大 在輸出力相同的條件下，體積小 維修使用 維修使用方便 維修使用方便 維修使用復(fù)雜 維修簡單，能在高溫粉塵等惡劣環(huán)境中使用，泄露影響小 維修方便，液體對(duì)溫度變化敏感，油液泄露易著火 應(yīng)用范圍 應(yīng)用于自由度少的專用機(jī)械手，高速、低速均能適用 使用于抓重大和速度低的機(jī)械手 可用于程序復(fù)雜和運(yùn)動(dòng)軌跡要求嚴(yán)格的小型通用機(jī)械手 中小型專用，通用機(jī)械手都能用 中小型專用，通用機(jī)械手都有應(yīng)用，特別是重型機(jī)械手，多為液壓驅(qū)動(dòng) 成本 結(jié)構(gòu)簡單，成本低，一般工廠可以自己制造 成本低 成本較高 結(jié)構(gòu)簡單，能源方便，成本低 液壓元件成本高，油路也比較復(fù)雜 取舍 取 取 舍 取 取 ② 電控系統(tǒng)的選擇 機(jī)械手的電控系統(tǒng)有多種類型，除專用機(jī)械手外，大多數(shù)要專門進(jìn)行電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，各種電控系統(tǒng)特點(diǎn)范圍如下： 表1.3 各種電控系統(tǒng)特點(diǎn)比較 比較內(nèi)容 控制系統(tǒng) 固定程序 可編制程序 繼電器線路 半導(dǎo)體邏輯線路 順序控制器 示教再現(xiàn)或計(jì)算機(jī) 動(dòng)作程序容量 動(dòng)作程序較少 動(dòng)作程序可以較多 動(dòng)作程序可以為16步，也可以擴(kuò)展為32步以上 動(dòng)作程序較多， 200步或更多 控制參數(shù) ⒈ 動(dòng)作程序 ⒉ 動(dòng)作到達(dá)位置或時(shí)間 ⒊ 夾放信息 ⒋ 聯(lián)鎖信息 這些信息固定于線路之中，不能任意變 動(dòng) ⒈ 動(dòng)作程序 ⒉動(dòng)作到達(dá)位置或時(shí)間 ⒊ 時(shí)間信息 ⒋夾放信息 ⒌聯(lián)鎖信息 ⒍ 程序終了信息 這些信息可以任意編排 ⒈ 動(dòng)作程序 ⒉動(dòng)作到達(dá)位置或時(shí)間 ⒊ 夾放信息 ⒋ 聯(lián)鎖信息 ⒌ 時(shí)間信息 ⒍ 運(yùn)動(dòng)速度信息 ⒎ 定位精度信息 ⒏ 程序終了信息編排程序范圍大，可安裝各種傳感器 制造與維修 制造簡單，維修方便，體積較大 維護(hù)簡單，制造方便，體積小 一般由專業(yè)工廠生產(chǎn)供應(yīng)，需具有一定專業(yè)知識(shí)的人員維修 線路復(fù)雜，制造調(diào)整均較困難，需要專業(yè)人員維護(hù) 行程檢測(cè)元件 行程開關(guān)、機(jī)械擋塊 行程開關(guān)、機(jī)械擋塊 行程開關(guān)、電位器 電位器、旋轉(zhuǎn)變壓器、數(shù)碼盤、光柵等 使用壽命 壽命低 壽命較高 壽命較高 壽命較高 成本 便宜 較便宜 成本較高 成本最高 使用范圍 決定用于動(dòng)作少、速度低的專用機(jī)械手 用于速度快、節(jié)拍短的專用機(jī)械手 用于一般通用機(jī)械手 用于動(dòng)作多、程序復(fù)雜的高級(jí)通用機(jī)械手 取舍 取 舍 取 舍 2 自動(dòng)換刀機(jī)械手的總功能設(shè)計(jì) 2.1 自動(dòng)換刀機(jī)械手的黑箱描述 總功能分解成若干個(gè)功能元素： 分為： 夾持 ----- 松開 上升 ----- 下降 伸 ----- 縮 轉(zhuǎn)位 ----- 復(fù)位 2.2 機(jī)械手功能單元的分類 根據(jù)仿生學(xué)的原理，機(jī)械手的功能單元可以分為： A： 手指 ---- 夾緊、松開工作。 B： 手腕 ---- 回轉(zhuǎn)、平移、俯仰等功能。 C： 手臂 ---- 伸縮使工件沿直線運(yùn)動(dòng)。 D： 底座 ---- 升降手臂、回轉(zhuǎn)手臂。 E： 緩沖器與定位： 回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、緩沖、定位。 F： 液壓控制部分： 控制各部分協(xié)調(diào)動(dòng)作。 。 3 自動(dòng)換刀機(jī)械手總方案確定 3.1 結(jié)構(gòu)上的布置要求 機(jī)械手工作中運(yùn)動(dòng)速度較高，在結(jié)構(gòu)位置上應(yīng)保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，這樣可以提高機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，可以提高機(jī)械手使用的可靠性，并提高使用壽命。 ⑴ 部要防止偏重 通常臂部處于懸臂的工作狀態(tài)，在設(shè)計(jì)臂部、腕部和手部結(jié)構(gòu)時(shí)，盡量使其總的重心在支撐中心，防止對(duì)支撐中心的偏重，偏重將會(huì)產(chǎn)生附加的彎矩，引起立柱的導(dǎo)向的變形，工作中引起導(dǎo)向裝置不均勻的磨損。在回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，偏重對(duì)回轉(zhuǎn)軸附加有動(dòng)壓力，其方向不斷的變化，特別是高速及速度突然變化時(shí)更為明顯，這些引起機(jī)械手的振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成卡死。 措施： ① 減輕腕部、手部的重量，并盡量減少偏心載荷?？刹捎娩X合金制造腕部和手部。 ② 合理分布臂部上各零件的重量和增加平衡重，使臂部平衡。 ③ 某些機(jī)械手結(jié)構(gòu)上無法避免偏重，則應(yīng)加強(qiáng)導(dǎo)向支撐，盡力減輕偏重對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響。 ⑵ 加強(qiáng)臂部的剛度 提高臂部剛度是減少手部顫動(dòng)的關(guān)鍵，有利于提高定位精度，常采用導(dǎo)向形式，如本設(shè)計(jì)所用。 ⑶ 改進(jìn)緩沖裝置和提高配合精度 機(jī)械手的緩沖裝置是保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)和減少振動(dòng)的主要措施。沖擊有兩種：一種是機(jī)械沖擊。它是在臂部運(yùn)動(dòng)中與定位裝置相碰而產(chǎn)生的?？捎镁彌_裝置來消除。另一種是液壓系統(tǒng)工作時(shí)產(chǎn)生的沖擊（如換向動(dòng)作）作用于管路之中，會(huì)引起機(jī)械手的振動(dòng)，要靠改進(jìn)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)來解決。 措施： ① 提高部件的配合精度，減少間隙有利于運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，特別是高速運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手更需要保證加工精度和間配。 ③ 機(jī)械手的緊固件在運(yùn)動(dòng)中受變載荷的作用必須采用防松措施。 3.2 自動(dòng)上下刀機(jī)械手各個(gè)部分方案的最終評(píng)定 原則： ① 成本低。 ② 盡量減少?zèng)_擊振動(dòng)的影響。 ③ 運(yùn)動(dòng)定位精確，速度快。 ④ 要求控制靈敏。 ⑤ 夾持緊，杜絕出現(xiàn)“掉體”現(xiàn)象。 采用方案組合法，根據(jù)以上的對(duì)執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)各功能的方案論證結(jié)果進(jìn)行總的方案組合。 表3.1 部件 方案 序號(hào) 名稱 A B C D 1 兩指 單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型 雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型 帶平移的雙支點(diǎn)夾緊型 2 手臂 帶雙導(dǎo)向桿的手臂 3 座體 擺動(dòng)油缸， 驅(qū)動(dòng)機(jī)身 水平回轉(zhuǎn)和俯仰機(jī)身 升降運(yùn)動(dòng)為方框形滾珠導(dǎo)軌 氣缸鏈條傳動(dòng)的機(jī)身 4 驅(qū)動(dòng)方式 機(jī)械傳動(dòng) 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng) 氣壓驅(qū)動(dòng) 液壓驅(qū)動(dòng) 5 控制系統(tǒng)及緩沖系統(tǒng) 加速及快速控制系統(tǒng) 氣路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) 油路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) 電路調(diào)速裝置 凸輪連桿機(jī)構(gòu) 減速緩沖裝置 液壓緩沖裝置 油缸端部節(jié)流緩沖裝置 反接制動(dòng)電路 連桿機(jī)構(gòu) 6 定位形式 機(jī)械擋塊定位 多點(diǎn)定位機(jī)構(gòu) 端部定位 7 定控制系統(tǒng) 繼電器線路 順序控制器 液壓緩沖器 進(jìn)行最佳方案組合即： ㈠ Pij(C1A2C3D4C5A6) ⑴ 兩指 選用C方案 ⑵ 手臂 選用A方案 ⑶ 座體 選用C方案 ⑷ 驅(qū)動(dòng)方式 選用D方案 ⑸ ① 加速及快速控制 選用C方案 ② 減速緩沖裝置 選用C方案 ⑹ 定位形式 選用A方案 ㈡ Pij(B1A2B3D4B5B6) ⑴ 兩指 選用B方案 ⑵ 手臂 選用A方案 ⑶ 座體 選用B方案 ⑷ 驅(qū)動(dòng)方式 選用D方案 ⑸ ① 加速及快速控制 選用B方案 ② 減速緩沖裝置 選用B凡案 ⑹ 定位形式 選用B方案 ㈢ Pij(B1A2B3A4D5B6) ⑴ 兩指 選用B方案 ⑵ 手臂 選用A方案 ⑶ 座體 選用B方案 ⑷ 驅(qū)動(dòng)方式 選用A方案 ⑸ ① 加速及快速控制 選用D方案 ② 減速緩沖裝置 選用D凡案 ⑹ 定位形式 選用B方案 表3.2 方案具體評(píng)價(jià) 方案 效果估計(jì)（10分制） 決策 可靠性 維修性 加工性 安全性 重量 外觀 性能 合計(jì) A 8 9 9 8 8 9 10 60 取 B 9 7 8 8 7.5 8 8 56.5 取 C 9 9 9 7 9 7 8 59 取 方案的綜合評(píng)價(jià) 表3.3 連乘評(píng)分表 評(píng)價(jià)項(xiàng)目 評(píng)價(jià)方案 要素 等級(jí) 標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn)分 A B C 產(chǎn)品功能 1 能滿足用戶要求 3 3 3 3 2 基本能滿足用戶要求 2 3 僅能滿足最低要求 1 銷售成本 1 低于同類先進(jìn)產(chǎn)品水平 3 3 2 低于原有產(chǎn)品水平 2 2 3 與原有產(chǎn)品成本相當(dāng) 1 1 銷售市場(chǎng) 1 銷路廣 3 3 3 2 銷路中等 2 2 3 銷路差 1 資金利用率 1 25%以上 3 3 3 2 20%以上 2 2 3 10%以上 1 社會(huì)要求 1 符合國家要求 3 2 符合當(dāng)前社會(huì)要求 2 2 3 需進(jìn)一步改進(jìn)能滿足 1 1 1 環(huán)境保護(hù) 1 基本無公害或能消除 3 2 燥聲能控制在規(guī)定范圍之內(nèi) 2 2 2 3 污染燥聲較大 1 連乘積 729 324 12 108 經(jīng)詳細(xì)技術(shù)評(píng)價(jià)與綜合方案評(píng)價(jià)后確定方案A為最優(yōu)方案。 3.3 自動(dòng)上下刀機(jī)械手緩沖部分的原理 伸縮用液壓緩沖器原理圖： 手臂伸縮升降用的液壓緩沖器是兩級(jí)節(jié)流阻尼的液壓緩沖器。在緩沖器缸體上安裝了a和b兩個(gè)節(jié)流閥。每個(gè)節(jié)流閥各并聯(lián)了兩個(gè)單向閥組成。第一級(jí)緩沖油路由節(jié)流閥c組成；第二級(jí)節(jié)流緩沖油路由手臂運(yùn)動(dòng)到定位前的減速位置時(shí)伸縮為運(yùn)動(dòng)定位前的（20~40mm）,升降為定位前的（15~30mm）運(yùn)動(dòng)部件碰緩沖器的活塞桿，使油腔左（右）側(cè)的油液流經(jīng)節(jié)流閥a,單向閥d,e(節(jié)流閥b,單向閥f、g)進(jìn)入右側(cè)油腔（左）。當(dāng)活塞桿5的活塞堵住油口A時(shí)，左腔中油液B進(jìn)入C進(jìn)入油腔，實(shí)現(xiàn)油液受阻并最后定位。 4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算 4.1 結(jié)構(gòu)上的總要求 ⒈ ⑴ 運(yùn)動(dòng)上： 要求手臂升降迅速、平穩(wěn)，回轉(zhuǎn)升降定位精度高，升降采用機(jī)械擋塊定位，回轉(zhuǎn)采用液壓緩沖器定位。 ⑵ 動(dòng)力上： 要求振動(dòng)小，升降回轉(zhuǎn)力適宜，故盡量布置合理，減輕重量。 ⑶ 自動(dòng)化要求： 采用固定程序控制系統(tǒng)的繼電器線路。 ⒉ 工作環(huán)境： 要求工作在±40攝氏度之間，且地基采用抗震減震阻尼。 4.2 設(shè)計(jì)液壓動(dòng)回路 方法： 采用直觀設(shè)計(jì)法，見圖5.1“機(jī)械手液壓系統(tǒng)工作原理圖”。 ⑴ 手臂升降缸速度控制采用的是單作用缸速度控制回路，調(diào)速方法采用的是調(diào)節(jié)節(jié)流開速來調(diào)速。 ⑵ 手臂1、2伸縮液壓缸速度控制采用的是二位五通雙電控的快速往復(fù)回路，快速排液閥安裝的是加速往返的。 ⑶ 手指1、2夾緊液缸，采用的是單作用缸速度控制回路。調(diào)速方法同⑴。 ⑷ 擋塊升降液缸采用的是二位五通雙電控回路。 特點(diǎn)： 采用雙電控雙作用換向回路。 ⑸ 手臂回轉(zhuǎn)液缸，采用三位五通雙電控閥控制回路。 特點(diǎn)： 該回路除了可以控制回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片攜軸一起回轉(zhuǎn)外，還可以有中間排氣位置，使緩沖活塞桿得以推擋塊液缸擋在受較小外力下復(fù)位。 ⑹ 回路緩沖器用的是液壓線路。 4.3 活塞桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.3.1 活塞桿的設(shè)計(jì) ⑴ 按強(qiáng)度條件校核活塞桿直徑 L： 活塞桿的計(jì)算長度 L = 184 mm d: 空心活塞桿大徑 d = 22 mm (粗取) d0 ： 活塞桿的空心內(nèi)徑 d0 = 10 mm (粗取) S: 安全系數(shù) S = 6 ~8 ， 取S = 8 因?yàn)? L ≤ 10d 所以按強(qiáng)度計(jì)算（此處選抗拉強(qiáng)度，而抗壓強(qiáng)度>抗拉強(qiáng)度） ……………………………………………………………4.1 又 ΣF = 0 得 F –ΠD2P/4 = 0 …………………………………………………………4.2 由 ①、② 得 ………………………………………………4.3 其中 σP = 600 106 / 8 = 7.5 107 N / m2 Π0.04241.0131000.5 / 4 ≤（d2 – d02） 600 106 /8 0.0000033945 ≤ （d2 – d02） 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，油液缸內(nèi)徑 D = 0.04 m，把粗選 d1 = 0.022 m ，d2 = 0.010 m 代入，得： d2 – d02 = 0.0222 – 0.0102 = 0.000384 m2 >> 0.0000033945 m2 所以足以滿足強(qiáng)度要求。 ⑵ 按縱向彎曲應(yīng)力校核活塞桿的穩(wěn)定性 參數(shù)： I ---- 活塞桿斷面慣性矩 I = Π （d4 – d04）/ 64 =3.14 x（0.0224 – 0.0104 ）/ 64 ……………………4.4 = 0.000018849 m2 。 K = 活塞橫截面回轉(zhuǎn)半徑 K =（d2 + d02）1/2/4 =（0.0222 + 0.0102 ）1/2/4 = 0.00604 m ……………………4.5 L ---- 活塞桿的計(jì)算長度 L = 0.184 m n---- 系數(shù)為： n = 1/4 E ---- 材料的彈性模量，對(duì)鋼 E = 2.1 1011 Pa F ---- 材料的強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值，對(duì)鋼 F = 4.9 108 Pa a----- 系數(shù)，對(duì)鋼 a = 1/5000 A1 --- 空心桿的截面面積 A1 = （d22 – d02）Π/4 此處為危險(xiǎn)截面 d0 ---- 空心活塞桿小徑 d0 = 0.01 m d2 ----空心活塞桿大徑 d2 = 0.022 m 按縱向彎曲極限力計(jì)算，帶入上參數(shù)，由 L/K = 0.184/0.00604 = 30.46 85 n1/2 = 85 0.251/2 = 42.5 故長細(xì)比： L/K = 30.46 < 42.5 從而 Fk = Fa1 / [1+a(1/k)2/n] …………………………………………………………4.6 = [49107 (0.022-0.012)]/[1+(0.184/0.00604)2/(50004)] = 141228.813 Pa = 1.413105 Pa 橫向力：F = ΠD2Pη/4 =Π 0.04241.013105 0.5 …………………………4.7 = 254.59 N = 255 N 橫向力 F << Fk ,故不會(huì)發(fā)生活塞桿失穩(wěn)的現(xiàn)象。 在1-2接觸面處的接觸應(yīng)力應(yīng)小于1-2接觸面處的活塞桿的許用應(yīng)力。即： σ≤ [σ] σ= F/ A2 = F/[Π（d2 – d02）/4] …………………………………………………4.8 其中： F ---- 橫向力最大值，F(xiàn)=255 N d ---- 最大接觸面直徑即活塞桿外徑，d = 0.022 m d0 ---- 最小接觸面直徑即活塞桿內(nèi)徑，d0 = 0.01 m 代入上式有： σ= F/[Π（d2 – d02）/4]=255/[Π（0.0222-0.012）/4] = 8.455105 Pa 又因?yàn)榛钊麠U材料為45#鋼，其中σ= 355 MPa 所以 [σ]= σs /s = 355/8 = 44.375 MPa 因?yàn)? σ≤ [σ]，所以接觸面處滿足要求。 4.3.2 液壓鋼壁厚計(jì)算 δ= DPt/2[σ]=D0Pt/(2Gs/S) …………………………………………………………4.9 = 0.0441.0131051.5(2355/8106 )=0.2739 mm Pt : 氣缸實(shí)驗(yàn)壓力一般為1.5 Pa P： 氣缸工作壓力 Pa [σ]： 缸筒材料的許用應(yīng)力 Pa 對(duì)45#鋼其[σ]=355/8=44.375 MPa 由表可知：壁厚為δ=10mm,足以滿足設(shè)計(jì)要求。 4.3.3 液壓機(jī)械手伸縮速度的控制 根據(jù)設(shè)計(jì)的伸縮155mm來確定其行程，以a=1m/s2 等加速度行進(jìn)。全等加速度行為125mm,緩沖為30mm。 由 S=at112/2, ………………………………………………………………………4.10 有： t11 =（2s/a）1/2=0.5 s t11 ： 等加速伸出所用時(shí)間。 t12 ： 緩沖過程以平均減速度a`運(yùn)動(dòng)所需時(shí)間。 a ： 初始伸出的等加速度 （m/s2 ） a`： 緩沖行程的平均減速度 （m/s2 ） 加速完畢后的速度v1(瞬時(shí)速度) v1 = at11 =10.5=0.5 m/s …………………………………………………………4.11 平均加速度a`： 2 a`L=V22-V12=0-V12 ………………………………………………4.12 所以 a`=-0.52/（20.03）=-4.167 m/s2 估算到終點(diǎn)的時(shí)間為t12 ，則 V2-V1 = a` t12 所以： t12 =- V1 / a`=-0.15/-4.167=0.1199 s 考慮到緩沖中的振動(dòng)問題，將t12 延時(shí)到0.3s,以便使其有足夠時(shí)間靜止下來，以不至于影響下一步動(dòng)作。 4.3.4 回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算 對(duì)攜動(dòng)片的回轉(zhuǎn)力矩為： ………………………………………………………………………4.13 要使 Mg > 1.3 Mn 需要滿足 Mn < Mg/1.3 即 Mn < 72 N*m 注： 為完善回轉(zhuǎn)速度控制在“機(jī)械手液壓系統(tǒng)工作原理圖”中的手臂回轉(zhuǎn)部分換向回路改為換向節(jié)流回路。以保持一定的運(yùn)動(dòng)速度、加速度。 4.3.5 耗油量的計(jì)算 ⑴ 試確定伸縮缸按流速滿足伸縮 ………………………………………………………………4.14 式中： qv1 ---- 伸縮油量的消耗量 m3/s D ---- 伸縮液缸的內(nèi)徑 m S ---- 伸縮最大行程 m t1 ---- 液缸伸縮時(shí)完成全程所需的時(shí)間 s ⑵ 對(duì)回轉(zhuǎn)缸轉(zhuǎn)位90度，所需時(shí)間為0.6 s，并令 ……………………………………4.15 所以 qv2 ---- 回轉(zhuǎn)液缸所用油液量 m3/s R ---- 回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑 m r---- 回?cái)[小軸與動(dòng)片連接處到中心線距離 m L ---- 動(dòng)片軸向長度 m t2 ---- 回轉(zhuǎn)90度所用時(shí)間，設(shè)定為0.6s 4.4 自動(dòng)換刀機(jī)械手的液壓系統(tǒng) 圖3.1 自動(dòng)換刀機(jī)械手液壓系統(tǒng)原理圖 自動(dòng)換刀機(jī)械手的液壓系統(tǒng)采用雙聯(lián)葉片泵供油，它具有功率損失小，油箱的溫升小，泵的壽命高，成本低等優(yōu)點(diǎn)。雙聯(lián)葉片泵的工作用溢流閥（YF-B20B）、卸荷閥（X4F-B20B）、單向閥（DIF-L20HD）三個(gè)閥聯(lián)合控制。泵啟動(dòng)后兩個(gè)泵的輸出油分別進(jìn)入它們的管道，大泵2輸出油進(jìn)入卸荷閥，此時(shí)電磁鐵（15DT）不通電，管道通過電液滑閥（24DY-B20H）、單向閥（DF-B20K3）和油箱相通，管路中壓力很低，溢流閥和卸荷閥都關(guān)閉。在裝、卸刀手手臂伸縮或滑座伸縮或手架回轉(zhuǎn)等單獨(dú)運(yùn)動(dòng)時(shí)，各油缸所需油量較小，由高壓小油量泵1供油，管路內(nèi)油壓上升到溢流閥所確定的壓力，由于卸荷閥的壓力調(diào)的比溢流閥的低5公斤/平方厘米，卸荷閥被打開，單向閥（DIF-L20HD）被溢流閥的油壓鎖住，大泵2的輸出油通過卸荷閥流經(jīng)冷卻器回到油箱。當(dāng)手架快速升降時(shí)，由于小泵1的流量不夠，使系統(tǒng)壓力下降，卸荷閥關(guān)閉，大泵2的輸出油推開單向閥（DIF-L20HD）和泵1的輸出油一起進(jìn)入系統(tǒng)，保證了手架的快速升降運(yùn)動(dòng)。 二位四通電液滑閥（24DY-B20H）起開關(guān)作用，當(dāng)電磁鐵（ISDT）通電時(shí)，系統(tǒng)處于等待工作的狀態(tài)。 在手架升降支路系統(tǒng)，裝有緩沖閥。當(dāng)手架升降運(yùn)動(dòng)由快速轉(zhuǎn)換成慢速時(shí)，由于其慣性在回油路內(nèi)引起很高的沖擊壓力，在高壓油液經(jīng)單向閥（a或b）和溢流閥c流回油箱，以緩和油液壓力的波動(dòng)，使手架由快速平滑的變換到慢速。緩沖閥處的溢流閥c調(diào)定壓力應(yīng)比系統(tǒng)工作壓力高30%左右。 5 伸縮回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 5.1 伸縮回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)圖 ⒈ 滑座 ⒉ 活塞桿 ⒊ 轉(zhuǎn)軸 ⒋ 回轉(zhuǎn)油缸 ⒌ 橫梁 ⒍ 行程開關(guān) ⒎ 動(dòng)片軸 ⒏ 行程開關(guān) ⒐ 滾動(dòng)導(dǎo)軌 ⒑ 定位螺釘 ⒒ 定位塊 5.2 伸縮回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理 手架伸縮運(yùn)動(dòng)能實(shí)現(xiàn)裝、卸刀手的拔、插刀動(dòng)作；手架回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)能改變裝、卸刀手的位置（即手由主軸轉(zhuǎn)向刀庫，或手架由刀庫轉(zhuǎn)向主軸）。 上圖所示為手架伸縮、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。 手架的伸縮是由滑座的伸縮實(shí)現(xiàn)的?；?（其上加工有油缸）安裝在滾珠組（滾珠按十字交叉位置放置）和V形滑道組成的滾動(dòng)導(dǎo)軌8上，活塞桿2固定在橫梁5上。當(dāng)壓力油從油管13進(jìn)入油缸左腔時(shí)，推動(dòng)滑座1前伸（即拔刀運(yùn)動(dòng)）；若壓力油經(jīng)油管14進(jìn)入到油缸右腔時(shí)，滑座縮回（即插刀運(yùn)動(dòng)）。滑座1的行程位置由安裝在橫梁5上的行程開關(guān)10和11進(jìn)行檢測(cè)。為了緩和沖擊，此油缸采用端部節(jié)流緩沖，并靠活塞端面與油缸端面相碰而定位。 手架的回轉(zhuǎn)是由安裝在滑座內(nèi)的回轉(zhuǎn)油缸4來實(shí)現(xiàn)。手架與轉(zhuǎn)軸3固連，轉(zhuǎn)軸3通過鍵與回轉(zhuǎn)油缸的動(dòng)片軸相連。當(dāng)壓力由通過油管15（或16）進(jìn)到回轉(zhuǎn)油缸的工作腔時(shí)，推動(dòng)動(dòng)片軸9，并帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸3回轉(zhuǎn)，手架即回轉(zhuǎn)，其回轉(zhuǎn)位置由行程開關(guān)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)安裝在轉(zhuǎn)軸3上的定位塊7與定位螺釘6相接觸時(shí)而回轉(zhuǎn)。 在回轉(zhuǎn)油缸的端蓋上，加工有3對(duì)進(jìn)出油口（即a、b、c和a’、b’、c’），當(dāng)接到手架回轉(zhuǎn)指令后，壓力油經(jīng)油管（例如16），從油孔c進(jìn)到回轉(zhuǎn)油缸工作腔，使動(dòng)片啟動(dòng)一定角度后，動(dòng)片將油口a打開進(jìn)油，動(dòng)片軸快速旋轉(zhuǎn)，回油腔油液從油口a’、b’排出，當(dāng)動(dòng)片將油口a’堵住后，油液從b’孔排出，油液受到節(jié)流阻尼的作用，動(dòng)片回轉(zhuǎn)速度降下來，以達(dá)到減速緩沖。減速度的大小或緩沖效果可通過回轉(zhuǎn)油缸端蓋上的調(diào)節(jié)螺釘K進(jìn)行調(diào)節(jié)。 6 自動(dòng)換刀機(jī)械手自動(dòng)換刀過程 6.1 自動(dòng)換刀裝置簡圖及介紹 ⒈ 升降絲杠 ⒉ 滑座 ⒊ 橫梁 ⒋ 油馬達(dá) ⒌ 裝刀手 ⒍ 手架 ⒎ 卸刀手 ⒏ 刀庫 刀庫由四排帶刀套的鏈條組成，每排鏈條上有15個(gè)刀套，刀庫能存放60把刀具。安裝刀套的四條鏈條由油馬達(dá)通過齒輪組帶動(dòng)而同步轉(zhuǎn)動(dòng)。 找刀（刀具識(shí)別），采用刀套編號(hào)方式。由于四排刀套鏈中，各排刀套的位置一一對(duì)應(yīng)，因此找刀是由兩部分運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，即手架升降找刀排，刀鏈轉(zhuǎn)動(dòng)在一排內(nèi)選刀。 換刀機(jī)械手的作用是：在給定的程序指令下，配合刀庫和臥式鏜銑床實(shí)現(xiàn)所有加工工序的自動(dòng)裝刀和卸刀。 6.2 自動(dòng)換刀過程實(shí)例 如圖所示，設(shè)現(xiàn)在正進(jìn)行第五工序，主機(jī)的主軸上正T05號(hào)刀進(jìn)行切削，第六工序用T09號(hào)刀，第七工序用T46號(hào)刀，P05是T05號(hào)刀的刀套，已停在換刀位置，裝刀手已抓取T09號(hào)刀，開始自動(dòng)換刀前的狀態(tài)見圖a。 第五工序最后的程序是：使主機(jī)立柱退到最后位置（Z軸原點(diǎn)），主油箱升到最高位置（Y軸原點(diǎn)），主軸定向，并使自動(dòng)換刀控制部分作好換刀準(zhǔn)備。 第六工序開始的第一個(gè)指令是選刀指令Z46，控制部分得到選刀指令后開始自動(dòng)換刀循環(huán)，其循環(huán)分為三個(gè)階段。第一階段完成向主軸上換刀，包括十個(gè)動(dòng)作（需要約8秒）： ⑴ 手架轉(zhuǎn)向主軸，見圖b。 ⑵ 卸刀手前伸，抓取主軸T05號(hào)刀，見圖c。 ⑶ 主軸箱拉刀機(jī)構(gòu)松開，主軸孔吹氣。 ⑷ 卸刀手縮回，見圖e。 ⑸ 滑座前伸拔刀，見圖d。 ⑹ 裝刀手前伸，見圖f。 ⑺ 滑座后退，把T09號(hào)刀插入主軸孔，見圖g。 ⑻ 主軸箱拉刀機(jī)構(gòu)拉緊，停止吹氣。 ⑼ 裝刀手縮回，見圖h。 ⑽ 手架轉(zhuǎn)向刀庫，見圖I。 手架轉(zhuǎn)向刀庫后，機(jī)床即開始第六工序的加工，同時(shí)自動(dòng)換刀循環(huán)進(jìn)入第二階段，把T05號(hào)刀送回刀庫，包括五個(gè)動(dòng)作： ⑴ 橫梁下降找二排刀鏈，見圖j。 ⑵ 滑座前伸。 ⑶ 卸刀手前伸。 ⑷ 滑座后退，把T05號(hào)刀插入P05刀庫中。 ⑸ 卸刀手后退。 然后轉(zhuǎn)入第三個(gè)階段，使自動(dòng)換刀裝置變成下一次換刀的換刀前狀態(tài)，包括六個(gè)動(dòng)作： ⑴ 刀套鏈順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，把T46號(hào)刀送到換刀位置，橫梁下降找到第三排刀鏈，見圖k。 ⑵ 裝刀手前伸，取T46號(hào)刀。 ⑶ 滑座前伸拔刀。 ⑷ 裝刀手后退。 ⑸ 滑座后退。 ⑹ 橫梁上升到最高位置，刀鏈反轉(zhuǎn)，把P09刀套送到換刀位置，見圖1。 這樣，就完成了整個(gè)自動(dòng)換刀循環(huán)。 7 機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì) 目前工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用逐步擴(kuò)大，技術(shù)性能在不斷提高。由于發(fā)展時(shí)間較短，人們對(duì)它有一個(gè)逐步認(rèn)識(shí)的過程，機(jī)械手在技術(shù)上還有一個(gè)逐步完善的過程，其目前的發(fā)展趨勢(shì)是： ⑴ 擴(kuò)大機(jī)械手在熱加工行業(yè)上的應(yīng)用 目前國內(nèi)機(jī)械手應(yīng)用在機(jī)械工業(yè)冷加工作業(yè)中較多，而在鑄、鍛、焊、熱處理等熱加工以及裝配作業(yè)等方面的應(yīng)用較少。因熱加工作業(yè)的物件重、形狀復(fù)雜、環(huán)境溫度高等，給機(jī)械手的設(shè)計(jì)、制造帶來不少困難，這就需要解決技術(shù)上的難點(diǎn)，使機(jī)械手更好的為熱加工作業(yè)服務(wù)。同時(shí)，在其他行業(yè)和工業(yè)部門，也將隨著工業(yè)技術(shù)水平的不斷提高，而逐步擴(kuò)大機(jī)械手的應(yīng)用。 ⑵ 提高工業(yè)機(jī)械手的工作性能 機(jī)械手工作性能的優(yōu)劣，決定著它能否正常的應(yīng)用于生產(chǎn)中。機(jī)械手工作性能中的重復(fù)定位精度和工作速度兩個(gè)指標(biāo)，是決定機(jī)械手能否保質(zhì)保量的完成操作任務(wù)的關(guān)鍵因素。因此要解決好機(jī)械手的工作平穩(wěn)性和快速性的要求，除了從解決緩沖定位措施入手外，還應(yīng)發(fā)展?jié)M足機(jī)械手性能要求價(jià)廉的電液伺服閥，將伺服控制系統(tǒng)應(yīng)用于機(jī)械手上。 ⑶ 發(fā)展組合式機(jī)械手 從機(jī)械手本身的特點(diǎn)來說，可變程序的機(jī)械手更適應(yīng)產(chǎn)品改型、設(shè)備更新、多品種小批量的要求，但是它的成本高，專用機(jī)械手價(jià)廉，但是適用范圍又受到限制。因此，對(duì)一些特殊用途場(chǎng)合，就需要專門設(shè)計(jì)、專門加工，這樣就提高了產(chǎn)品的成本。為了適應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域分門別類的要求，可將機(jī)械手是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可以組合的形式。組合式機(jī)械手是將一些通用部分根據(jù)作業(yè)的要求，選擇必要的能完成預(yù)定的機(jī)能的單元部件，以機(jī)座為基礎(chǔ)進(jìn)行組合，配上與其相適應(yīng)的控制部分，即成為能完成特殊要求的機(jī)械手。它可以簡化結(jié)構(gòu)，兼顧了使用上的專用性和設(shè)計(jì)上的通用性，便于標(biāo)準(zhǔn)化、系列化設(shè)計(jì)和組織專業(yè)化生產(chǎn)，有利于提高機(jī)械手的質(zhì)量和降低造價(jià)，是一種有發(fā)展前途的機(jī)械手。 ⑷ 研制具有“視覺”和“觸覺”的所謂的“智能機(jī)器人” 對(duì)于需用人工進(jìn)行的靈巧操作及需要進(jìn)行判斷的工作場(chǎng)合，工業(yè)機(jī)械手很難代替人的勞動(dòng)。如在工作過程中出現(xiàn)事故、障礙和情況變化等，機(jī)械手不能自動(dòng)分辨糾正，而只能停機(jī)，待人們排除意外事故后才能繼續(xù)工作。因此，人們對(duì)機(jī)械手提出了更高的要求，希望使其具有“視覺”、“觸覺”等功能，使之對(duì)物件進(jìn)行判斷、選擇，能連續(xù)調(diào)節(jié)以適應(yīng)變化的條件，并能進(jìn)行“手—眼”協(xié)調(diào)動(dòng)作。這就需要一個(gè)能處理大量信息的計(jì)算機(jī)，要求人與機(jī)器“對(duì)話”進(jìn)行信息交流。 這種帶“視覺”、“觸覺”反饋的，由計(jì)算機(jī)控制的，具有人的部分“智能”的機(jī)械裝置稱為“智能機(jī)器人”。所謂“智能”是包括：識(shí)別、學(xué)習(xí)、記憶、分析判斷的功能。而識(shí)別功能是通過“視覺”、“觸覺”和“聽覺”等感覺“器官”認(rèn)識(shí)對(duì)象的。 具有感覺功能的機(jī)器人，其工作性能是比較完善的，能夠準(zhǔn)確的夾持任意方位的物件，判斷物件重量，越過障礙物進(jìn)行工作，自動(dòng)測(cè)出夾緊力的大小，并能自動(dòng)調(diào)節(jié)，適用于從事復(fù)雜、精密的操作，如裝配作業(yè)，它有著一定的發(fā)展前途。 智能機(jī)器人是一種新興的技術(shù)，對(duì)它的研究將涉及到電子技術(shù)、控制論、通訊技術(shù)、電視技術(shù)、空間技術(shù)和仿生機(jī)械學(xué)等學(xué)科。它是當(dāng)代自動(dòng)控制技術(shù)的一個(gè)新興的領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能機(jī)器人將會(huì)代替人做更多的工作。 致謝 經(jīng)過兩個(gè)多月的緊張的學(xué)習(xí)和生活，對(duì)我們來說至關(guān)重要的畢業(yè)設(shè)計(jì)在老師、同學(xué)的共同努力下就要結(jié)束了。回想起往日的一幕幕，真是別有一番滋味在心頭。 在本次的設(shè)計(jì)中，為了對(duì)機(jī)械手有一個(gè)初步的了解，我查閱了許多資料，我們還專門去中捷友誼廠進(jìn)行了實(shí)物參觀。從中我較為深刻的了解到世界工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)和概況，以及我國在此方面的落后的現(xiàn)實(shí)。在對(duì)各種傳動(dòng)方式進(jìn)行研究時(shí)，我發(fā)現(xiàn)其中每一種方式都有其優(yōu)缺點(diǎn)，單方面評(píng)價(jià)某種方法的好與壞是不可取的。因?yàn)槊恳环N方案在一定的條件下都能呈現(xiàn)出其優(yōu)勢(shì)來。當(dāng)借鑒和參考了前人的設(shè)計(jì)方法和思路時(shí)，才感覺到這項(xiàng)工作的精確和細(xì)膩。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，設(shè)計(jì)時(shí)我也盡可能的將所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到其中，嘗試用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)來指導(dǎo)這次設(shè)計(jì)。由于機(jī)械手是集電、機(jī)、氣、液動(dòng)等技術(shù)知識(shí)為一體的裝置，因此我們?cè)阱e(cuò)綜復(fù)雜的各門學(xué)科中選擇了能夠起到畫龍點(diǎn)睛作用的部分形成了本次設(shè)計(jì)的論文。由于我的知識(shí)面有限，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，難免有很多設(shè)計(jì)不當(dāng)之處，懇請(qǐng)老師批評(píng)指正。 在設(shè)計(jì)中我遇到很多難題，有時(shí)侯真的很難弄懂，在陸老師和同學(xué)們的幫助下我度過了一個(gè)又一個(gè)的難關(guān)。因?yàn)樗麄兊膸椭也庞薪裉斓某煽?。在次，我?duì)他們表示誠摯的謝意。 參考文獻(xiàn) ⑴ 機(jī)械工程手冊(cè)、電機(jī)工程手冊(cè)編輯委員會(huì) 《機(jī)械工程手冊(cè)》第十卷 機(jī)械工業(yè)出版社 1982年10月 ⑵ 天津《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》編寫組 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