夾片自動上下料機構(gòu)的設(shè)計

夾片自動上下料機構(gòu)的設(shè)計,自動,上下,機構(gòu),設(shè)計 本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 題目：夾片自動上下料機構(gòu)的設(shè)計 夾片自動上下料機構(gòu)的設(shè)計 摘 要 針對夾片結(jié)構(gòu)特點及其車削時的特性進行了研究,利用氣缸驅(qū)動和步進電機驅(qū)動絲杠的優(yōu)點,設(shè)計了夾片車削自動上料機構(gòu)。并給出了該自動上料機構(gòu)主要部件的結(jié)構(gòu)及其計算、校核過程。該機構(gòu)解決了夾片車削時手工上料存在的安全隱患,同時降低了工人的勞動強度,提高了勞動生產(chǎn)率。本文的設(shè)計有效地解決了夾片車削時的上下料的問題。 關(guān)鍵詞：夾片；上下料機構(gòu)；設(shè)計 The Mechanism of The Clip Automatic Up-down Material Abstract There search on clip structure and character of it sturning has been made. Using the cylinder driving and the advantages of stepping motor drive screw, the clamping piece turning automatic feeding mechanism is designed. It has been given its calculating and checking procedure of the structure of the feeding device’s main parts. The automatically feeding device deals with the potential safety hazard which occurs in the manual feeding of clipturning. In the meantime it reduces the workers’labor, and increases the laborpro ductivity. The design can effectively solve the clamping piece when turning the up-down material problem. Keywords: Clip；Up and down the institution；Design 目 錄 1 緒論 1 1.1課題背景及研究意義 1 1.2國內(nèi)外相關(guān)研究情況 1 1.2.1國內(nèi)外機器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢: 1 1.2.2機器人未來的發(fā)展趨勢 2 1.3本文研究主要內(nèi)容 4 2 總體設(shè)計方案的擬定 5 2.1 夾片的選擇 5 2.2驅(qū)動方式 5 2.3手部抓取部分的選擇和設(shè)計 6 2.3.1機械手手部的類型 6 2.3.2 機械手手部設(shè)計的基本要求 7 2.4主體移動部分的選擇和設(shè)計 8 2.4.1 主體方案一 8 2.4.2主體方案二 9 2.4.3最終方案 9 2.5豎直位移電機驅(qū)動的選擇 10 2.6減速器的選擇 11 2.7水平位移氣缸驅(qū)動的選型 11 2.7.1氣缸選用的基本原則是： 11 2.7.2氣缸的最終選型 13 3 整體結(jié)構(gòu)的計算 15 3.1夾緊力的計算 15 3.2步進電機的計算 15 3.2.1確定運行時間 15 3.2.2電機轉(zhuǎn)速 16 3.2.3負載轉(zhuǎn)矩 16 3.2.4負載慣量 16 3.2.5電機轉(zhuǎn)矩 17 3.3氣缸的計算 17 結(jié)論 19 致謝 20 參考文獻 21 畢業(yè)設(shè)計（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明 22 畢業(yè)設(shè)計（論文）獨創(chuàng)性聲明 23 17 1 緒 論 1.1課題背景及研究意義 進入21世紀，隨著我國人口老齡化的提前到來，近來在東南沿海還出現(xiàn)了大量的缺工現(xiàn)象，迫切要求我們提高勞動生產(chǎn)率，降低人工的勞動強度，提高我國工業(yè)自動化水平勢在必行，將機械手，應(yīng)用于工業(yè)自動化生產(chǎn)線，把工業(yè)產(chǎn)品從一條生產(chǎn)線搬運到另外一條生產(chǎn)線，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，減輕產(chǎn)業(yè)公認的大量重復性勞動，同時又可以提高勞動生產(chǎn)率。 夾片是預應(yīng)力工程中不可缺少的一個重要零件。在各類橋梁、超重超大構(gòu)件提升、橋梁轉(zhuǎn)體等領(lǐng)域的工程施工中，都會用到大量的錨具和夾片。在夾片加工過程中，如車削小端面、外錐、內(nèi)錐、倒角等加工工序時，要把夾片送上數(shù)控車床高速旋轉(zhuǎn)的主軸上的脹緊套上。由于車床主軸高速旋轉(zhuǎn)，對手工上料的操作工人存在極大的安全隱患。尤其是隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大，工人每天勞動8個小時，在這8個小時內(nèi)，都是在不停的做上料、下料、檢測工作，這些工作簡單而且不用多大的力氣，但都是無休止的重復勞動，要耗費大量的精力，一旦工人疲勞了就可能走神而發(fā)生意外事故，安全隱患時刻威脅著操作工人。為此設(shè)計了夾片車削時的自動上下料機構(gòu)，以降低工人的勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，同時保障工人的人身安全。 1.2國內(nèi)外相關(guān)研究情況 1.2.1國內(nèi)外機器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢: (1) 工業(yè)機器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機價格不斷下降，平均單機價格從91年的10.3萬美元降至97年的6.5萬美元。 (2) 機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化:由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機;國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。 (3) 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)絡(luò)化;器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu):大大提高 系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 (4) 機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進行環(huán)境建模及決策控制;多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。 (5) 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的作用已從仿真、預演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。 (6) 當代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實例。 (7) 機器人化機械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應(yīng)用的領(lǐng)域。我國的工業(yè)機器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前己基本掌握了機器人操作機的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運動學和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人;其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機器人己應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如:可靠性低于國外產(chǎn)品:機器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距;在應(yīng)用規(guī)模上，我國己安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當前我國的機器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程.我國的智能機器人和特種機器人在“863”計劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機器人，6000m水下無纜機器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種:在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國外先進水平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進行列之中。 1.2.2機器人未來的發(fā)展趨勢 隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的提高，機器人設(shè)計生產(chǎn)能力進一步的得到加強，尤其當機器人的生產(chǎn)與柔性化制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而改變目前機械制造的工人操作狀態(tài)，提高了生產(chǎn)效率。 在國內(nèi)主要是逐步擴大應(yīng)用范圍，重點發(fā)展鑄造、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專用機械手的同時，相應(yīng)的發(fā)展通用機械手，有條件的還要胭脂示教式機械手、計算機控制機械手和組合機械手等。將機械手各運動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構(gòu)以及根據(jù)不同類型的夾緊機構(gòu)，設(shè)計成典型的通用機構(gòu)，手藝便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類型的夾緊機構(gòu)，即可組成不同用途的機械手。即便于設(shè)計制造，有利于更換工件，擴大應(yīng)用范圍。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機械手的作用。 此外還應(yīng)大力研究伺服型，以及具有觸覺、視覺等性能的機械手，并考慮與計算機連用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。 在國外機械設(shè)計制造中工業(yè)機械手應(yīng)用很多，發(fā)展較快。目前主要用于機床、橫鍛壓力機的上下料，以及電焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。 此外，國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研究具有某種智能的機械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外加條件的變化，作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生少許偏差時，即能更正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定的成績。 視覺功能即在機械手上面安裝有電視照相機和光學測距儀（即距離傳感器）以及微型計算機。工作是電視照相機將物體形象變成視頻信號，然后傳送給計算機，以便分析物體的種類、大小、顏色和位置，并發(fā)出指令控制機械手進行工作。 觸覺功能即是在機械手上面安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件。收的抓力大小通過安裝在手指內(nèi)部的敏感元件來控制，達到自動調(diào)整握力的大小?？傊?，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，機械手裝配作業(yè)的能力也將進一步提高。 更重要的是將機械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本上改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。 就目前來看，總的來說現(xiàn)代工業(yè)機器人有以下幾個發(fā)展趨勢： (1) 提高運動速度和運動精度，較少重量和占地空間。加速機器人功能部件的標準化和模塊化，將機器人的各個機械模塊、檢測模塊、控制模塊組成結(jié)構(gòu)不同的機器人； (2) 開發(fā)各種新型結(jié)構(gòu)用于不同類型的場合，如開發(fā)微動機構(gòu)用于保證精度；開發(fā)多關(guān)節(jié)自由度的手臂和手指；開發(fā)各類行走機器人，以適應(yīng)不同的場合。 (3) 研制各類傳感器及檢測元件器，如，觸覺、嗅覺、視覺、聽覺、味覺和測距傳感器等，用傳感器獲得工作對象周圍的外界環(huán)境信息、位置信息、狀態(tài)信息以完成模式識別、狀態(tài)檢測。并采用專家系統(tǒng)進行問題求解、動作規(guī)劃，同時，越來越多的系統(tǒng)采用微機進行控制。 1.3本文研究主要內(nèi)容 對于夾片上下料機構(gòu)的設(shè)計，擬定了一下幾點主要內(nèi)容： （1） 整體結(jié)構(gòu)方案進行設(shè)計，完成裝置手部抓取部分，主體移動部分的設(shè)計，選擇驅(qū)動方式，選擇好整體設(shè)計方案，計算好參數(shù)。 （2） 選擇Auto CAD為設(shè)計開發(fā)工具，完成夾片自動上下料機構(gòu)的總體設(shè)計。 （3） 完成整體結(jié)構(gòu)的一些關(guān)鍵零件的設(shè)計。 2 總體設(shè)計方案的擬定 2.1 夾片的選擇 此次畢業(yè)設(shè)計的夾片自動上料機構(gòu)的搬運對象是機械零件—夾片，為薄壁錐套類零件，內(nèi)表面是一鋸齒形牙型，外錐表面有環(huán)槽和縱槽，材料為錳鋼，夾片的零件圖，如圖2.1所示。 圖2.1 夾片零件圖 其加工流程主要經(jīng)過以下１１道工序：下料－＞擠壓外錐面－＞鉆內(nèi)孔、鉸孔－＞打鋼字－＞車小端面、外錐（含槽）、內(nèi)錐、倒角－＞車內(nèi)錐－＞攻牙－＞鋸開－＞熱處理－＞滾砂－＞包裝。在完成車削小端面、外錐（含槽）、內(nèi)錐、倒角等加工工序時，只要把夾片送到數(shù)控車床高速旋轉(zhuǎn)的主軸上的脹緊套上即可，操作十分簡單。但車床主軸高速旋轉(zhuǎn)，對手工上料的操作工人存在極大的安全隱患。為此我設(shè)計了夾片車削時的自動上下料機構(gòu)，來改善工人的制造環(huán)境。整個自動上料機構(gòu)主要分兩部分，手部抓取部分與主體驅(qū)動部分。 2.2驅(qū)動方式 整個設(shè)計的驅(qū)動部分需要三個動力源。手部抓取、水平方向的移動和豎直方向的升降。工業(yè)機器人常用的驅(qū)動方式有液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和電機驅(qū)動三種類型。這三種類型各有所長，各種驅(qū)動方式的特點如下： 液壓驅(qū)動：利用液體的不可壓縮性，控制精度較高，輸出功率大，可無極調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制。其相應(yīng)速度很高，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封較好。安全性比較高，防爆性能較好。但液壓系統(tǒng)易漏油，對環(huán)境容易造成污染。適用于重載、低速驅(qū)動。 氣壓驅(qū)動：氣體壓縮性較大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，難以實現(xiàn)高速、高進度的連續(xù)軌跡控制。響應(yīng)速度較高，結(jié)構(gòu)適當，執(zhí)行機構(gòu)可標準化，模擬化，易實現(xiàn)直接驅(qū)動。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較小。其安全性能好，高于1000kPa（10個大氣壓）是應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性。對環(huán)境有影響，排氣時有噪音。適用于中小負載驅(qū)動、精度要求較低的有限點位程序控制機器人。其生產(chǎn)成本低，較為方便。 電機驅(qū)動：控制精度高，功率較大，能精確定位，反應(yīng)靈敏，可實現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復雜。響應(yīng)速度很高。伺服電驅(qū)動易于標準化，結(jié)構(gòu)性能好，噪聲低，電動機一般需要配置減速裝置，除DD電動機外，難以直接驅(qū)動，結(jié)構(gòu)緊湊，無密封問題。安全性能好，設(shè)備自身無爆炸和火災(zāi)危險，直流電有刷電動機換向時有火花，對環(huán)境的防爆性能較差。電機驅(qū)動適用于中小負載、要求具有較高的位置控制進度和軌跡控制精度、速度較高的機器人，成本較高，較復雜。 機器人驅(qū)動系統(tǒng)各有優(yōu)缺點，通常對于機器人的驅(qū)動系統(tǒng)的要求有： （1） 驅(qū)動系統(tǒng)的質(zhì)量盡可能較輕，單位質(zhì)量的輸出功率較高，效率也要搞； （2） 反應(yīng)速度要快，即要求力矩質(zhì)量和力矩轉(zhuǎn)動慣量比較大，能夠進行頻繁的起、制動，正反切換； （3） 驅(qū)動盡可能靈活，位移偏差和速度偏差較??； （4） 安全可靠； （5） 操作和維護方便； （6） 對環(huán)境無污染，噪聲要??； （7） 經(jīng)濟上合理，尤其要經(jīng)量減少占地面積。 2.3手部抓取部分的選擇和設(shè)計 2.3.1機械手手部的類型 工業(yè)機器人得手又被成為末端執(zhí)行器，它使機器人直接用于抓取和握緊（吸附）專業(yè)工具（如噴槍、扳手、焊具、噴頭等）進行操作的部件。它具有模仿人的手動作的功能，并安裝機器人手臂的前端。由于被握工件的形狀、尺寸、重量、材質(zhì)及表面狀態(tài)等不同，因此工業(yè)機器人末端操作器是多種多樣的，大致可分為以下幾種類型： （1） 夾鉗式取料手 （2） 吸附式取料手 （3） 專用操作器及轉(zhuǎn)換器 （4） 仿生多指靈巧手 2.3.2 機械手手部設(shè)計的基本要求 （1） 有適當?shù)膴A緊力 手部在工作時，應(yīng)具有適當?shù)膴A緊力，以保證夾持穩(wěn)定可靠，變形小，且不會損壞工件的以加工表面。對于剛性很差的工件夾緊力大小應(yīng)該設(shè)計的可以調(diào)節(jié)，對于笨重的工件應(yīng)該考慮采用自鎖安全裝置。 （2） 有足夠的開閉范圍 夾持類手部的手指都有張開和閉合裝置。工作時，一個手指開閉位置以最大變化量稱為開閉范圍。對于回轉(zhuǎn)型手部手指開閉范圍，可用開閉角和手指夾緊端長度表示。手指開閉范圍的要求與很多因素有關(guān)，如工件的形狀和尺寸，一般來說，如工作環(huán)境許可，開閉范圍較大一些好。 （3） 力求結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小 手部處于腕部的最前端，工作時運動狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)、重量和體積直接影響整個機械手的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運動速度等性能。因此，在設(shè)計手部時，必須力求結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小。 （4） 手指應(yīng)該有一定的剛度和強度。 （5） 其他要求 本文設(shè)計對象為夾片自動上下料機器人，并不需要多復雜的人工指，之需要設(shè)計能從不同角度抓取和放下夾片的鉗形指。 手指是直接與夾片接觸的部件。手指的松開和夾緊夾片，是通過手指的張開與閉合來實現(xiàn)的。本文設(shè)計手部結(jié)構(gòu)采用最常用的外卡式兩指鉗爪。夾緊方式用常閉式彈簧夾緊，松開時，選擇用單作用式氣缸，單作用氣缸只有一腔可輸入壓縮空氣，實現(xiàn)一個方向動動。其活塞桿只能借助外力將其推回；通常借助于彈簧力，膜片張力，重力等。 彈簧復位式單作用氣缸，這種氣缸在夾緊裝置中應(yīng)用較多。這種氣缸一個方向的運動由氣壓驅(qū)動，另一個方向的運動有其他機械力驅(qū)動。下圖2.2所示為彈簧復位式單作用氣缸： 1 后缸蓋 2 活塞 3 彈簧 4 活塞桿 5 密封件 6 前缸蓋 圖2.2 彈簧復位式單作用氣缸 由于以上特點，單作用活塞氣缸多用于短行程、其推力及運動速度均要求不高場合，如氣吊、定位和夾緊等裝置上，單作用柱塞缸則不然，可用在長行程、高載荷的場合。此種結(jié)構(gòu)較為簡單，生產(chǎn)成本較低，制造方便。結(jié)構(gòu)示意圖如下圖2.3所示： 圖2.3 手部結(jié)構(gòu)圖 2.4主體移動部分的選擇和設(shè)計 根據(jù)驅(qū)動系統(tǒng)的特點和機器人驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計要求，本設(shè)計主體驅(qū)動有倆個驅(qū)動點，所以擬用了倆套設(shè)計方案。 2.4.1 主體方案一 氣缸驅(qū)動系統(tǒng)由于系統(tǒng)構(gòu)成簡單、易于獲得穩(wěn)定的速度、元器件價格低廉且易于維護等特點在工業(yè)機器人領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。與電動機相比，氣缸更擅長作往返直線運動。易于安裝維護，對于使用者的要求不高。氣缸的動閥就可完成氣路的切換，進行運動控制，氣缸發(fā)生故障的概率也比較小，維護簡作迅速、反應(yīng)快，控制系統(tǒng)及執(zhí)行機構(gòu)都非常簡單，每個氣缸只需配置一個電磁單方便，成本也低。此方案的結(jié)構(gòu)簡圖如下圖2.4所示： 圖2.4 方案一主體移動部分機構(gòu)圖 2.4.2主體方案二 步進電機相對普通電機來說，它可以實現(xiàn)開環(huán)控制，即通過驅(qū)動器信號輸入端輸入的脈沖數(shù)量和頻率實現(xiàn)步進電機的角度和速度控制，無需反饋信號。此方案的優(yōu)點是定位精度高，但是動作緩慢，影響效率，結(jié)構(gòu)復雜，成本也高。此方案結(jié)構(gòu)簡圖如下圖2.5所示： 圖2.5 方案二主要體移動部分機構(gòu)圖 2.4.3最終方案 由于本設(shè)計要實現(xiàn)的兩個自由度為水平行程480㎜，豎直行程100㎜。分析發(fā)現(xiàn)，水平的行程較大，如若采用電機驅(qū)動則耗費時間很長，嚴重影響工件加工的效率。而豎直行程較短，為了使工件定位精度更高，可采用電機驅(qū)動。綜合以上兩個方案的優(yōu)缺點，最終選擇的方案為水平方向采用氣缸驅(qū)動，而豎直方向則采用步進電機驅(qū)動絲杠實現(xiàn)上升動作。最終方案簡圖如下圖2.6所示： 圖2.6 最終方案主體移動部分結(jié)構(gòu)圖 2.5豎直位移電機驅(qū)動的選擇 根據(jù)本次設(shè)計由于為了方便使用，并且要求定位精確可靠，這里我們選擇步進電機，電機的特性曲線圖2.7所示： 圖2.7 電機的特性曲線圖 根據(jù)以上的數(shù)據(jù)，我們選用步進電機型號為80型，此步進電機電機廠家為南京森宇機電的產(chǎn)品。根據(jù)和特性曲線以及電機基本參數(shù)表，我們選用步進電機電機型號為92BL-4030H1-LK-B，電機額定功率為0.4kw，額定轉(zhuǎn)矩為1.3N.m，最大轉(zhuǎn)矩為2.6N.m，額定轉(zhuǎn)速為 3000r∕min。 電機大致圖2.8如下： 圖2.8 電機簡圖 外形尺寸92x92x86，電機輸出軸徑為14㎜。 2.6減速器的選擇 電機轉(zhuǎn)速3000r/min，絲桿運動速度2m/min，由公式 得出總傳動比為： 已知需要減速比為1:60左右的減速器，在這里我們選用上海泰一傳動設(shè)備的蝸輪蝸桿減速器，此種減速器為兩端輸出的，一頭為減速器輸入與電機輸出連接，另一頭為減速器輸出與絲桿的伸長端連接。 2.7水平位移氣缸驅(qū)動的選型 2.7.1氣缸選用的基本原則是： (1) 根據(jù)工作任務(wù)對機構(gòu)運動要求，選擇氣缸的結(jié)構(gòu)形式及安裝方法。 (2) 根據(jù)工作機構(gòu)所需力的大小來確定活塞的推理和拉力。 (3) 根據(jù)工作機構(gòu)任務(wù)的要求，來確定行程。一般不使用滿行程。 (4) 推薦氣缸工作速度在0.5~1ｍ／ｓ左右，并按此原則選擇管路及控制元件。 氣缸的類型及其原理和功能如下表2.7所示： 表2.7 氣缸類型節(jié)氣原理和功能表 2.7.2氣缸的最終選型 （1）通常情況下，驅(qū)動氣缸動作的氣壓值一般在0.5~0.7MPa之間，在這里，我們以P=0.5MPa的數(shù)值來計算設(shè)計計算，進而對氣缸來進行選型。 （2）假設(shè)滑塊、導軌，以及步進電機、安裝版，氣動手指等等的總重為50KG,那么根據(jù)公式可以知道：要想推動重量50㎏的物體動作，那么氣缸的推力必須大于總重GX與導軌的摩擦力。那么有8mm,這里我們選擇63缸勁的氣缸。 3 整體結(jié)構(gòu)的計算 3.1夾緊力的計算 手指夾在工件上的夾緊力是設(shè)計手部的重要依據(jù)，必須對其大小、方向、作用點進行分析、計算。一般來說，夾緊力必須克服工件的重力所產(chǎn)生的靜載荷（慣性力或慣性力矩），以使工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。 手指對工件的夾緊力可按下列公式計算： FN≥K1K2K3G (3.1) 式中： —安全系數(shù)，由機械手的工藝及設(shè)計要求確定，通常選取1.2—2.0，我們?nèi)?.5； —工件情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，計算最大加速度，得出工作情況系數(shù)K3，a為機器人搬運工件過程中的加速度或減速度的絕對值； —方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件形狀以及手指與工件位置不同進行選定， 手指與工件位置：手指水平放置，工件垂直放置； 手指與工件形狀：V型指端夾持片狀工件。 —被抓取工件的重量； 求得夾緊力: FN≥K1K2K3MG=1.5×1.002×4×3×9.8=176.75N (3.2) 取整為177N。 3.2步進電機的計算 3.2.1確定運行時間 已知整個機構(gòu)上面的零件的重量，我們?nèi)】傊亓繛?0㎏，升降床高度范圍為100㎜，升降速度為1~2r/min。即： G=mg=200×10=2000N (3.3) V=1~2mmin=16.6~33.3mms (3.4) 本次設(shè)計加速時間 l=vl60(t0-t1) (3.5) vl ---負載速度（m/min） ---到達最高點時間（） ---到達最低點時間（） 有速度可知每秒上升50mm， l=1.2-0.0333÷60=1.2s (3.6) 3.2.2電機轉(zhuǎn)速 n電機=VLPB (3.7) PB為絲桿導程，本次設(shè)計的絲桿導程我們?nèi)?mm，PB=5.00mm n電機=VLPB=20.005=400rmin (3.8) 3.2.3負載轉(zhuǎn)矩 TL=μgMPB2πn=0.3×10×200×0.0052π×0.9=1.73N.m (3.9) 式中： :摩擦系數(shù)，取0.3 ：負載重量，200Kg ：絲桿導程，0.005m ：傳動效率，取0.9 3.2.4負載慣量 上下垂直運動 JLM=MPB22π=200(0.0052π)2=0.000127779(kg.m2) (3.10) 絲桿螺母慣 JB=π32ρLBDB4=3.72×10-5(kg.m2) (3.11) 式中 密度，取7.87 絲桿長度，取0.4 絲桿直徑，取0.02 總慣量 JL=JLM+JB=0.00032(kg.m2) (3.12) 3.2.5電機轉(zhuǎn)矩 啟動轉(zhuǎn)矩 TS=2πNM(JM+JL)60t1=2π×636.9(JM+-0.00032)60×1.2=1.25N.m (3.13) 必須轉(zhuǎn)矩TM=TL+TSS=2.36N.m S為安全系數(shù)，這里取1.0 3.3氣缸的計算 由設(shè)計任務(wù)得知：氣缸的水平行程為480㎜，我們給定驅(qū)動的負載為100kg，取值V=50mm/s。在研究氣缸性能和氣缸缸徑時，常用到負載率為：β 由液壓與氣壓傳動技術(shù)圖知： 圖3.1 氣缸的運動狀態(tài)與負載率 運動速度V=50mm/s，取0.6，所以氣缸的實際負載大小為： F=F0β=1633.3N (3.14) （1）氣缸內(nèi)徑的確定 缸徑的計算公式 D=1.27FP=1633.30.6×106=66.26mm (3.15) F→氣缸的輸出拉力N； P→氣缸的工作壓力 按照GB/T2348-1993標準進行圓整，D=80mm （2）活塞桿的直徑的確定 由d=0.3D估取活塞桿直徑為d=25㎜ （3）缸筒的長度確定 缸筒的長度S=L+B+30 L為活塞行程；B為活塞厚度； 活塞厚度B=0.7D=0.7×80=56㎜； S=L+B+30=480+56+30=566㎜。 （4）氣缸推力的計算 無桿截腔面積*工作氣壓=活塞推力； π(D2)2×P=F (3.16) ，其中大氣壓P我們?nèi)?.4兆帕。 （5）氣缸拉力的計算 有桿截腔面積*工作氣壓=活塞拉力； π(D2-d2)2×P=F0 (3.17) =1813.35N 結(jié) 論 本次設(shè)計的是夾片自動上下料機構(gòu)的設(shè)計，通過這次畢業(yè)設(shè)計，提高了我分析和解決問題的能力，擴寬和深化了學習過的知識。在這次畢業(yè)設(shè)計中，我有很多的收獲，首先把我?guī)啄陙硭鶎W的知識做了一次系統(tǒng)的復習，更深化一步了結(jié)了所學的知識，培養(yǎng)了我綜合運用所學知識，獨立分析問題和解決問題的能力，也使我學會了怎樣更好的利用圖書資源，網(wǎng)絡(luò)查詢資料和運用材料，還使我學會了如何與同學共同討論問題。這對我以后的工作有很大的幫助，今后我會在工作中不斷學習，努力的提高自己的知識水平。在這次設(shè)計過程中，我經(jīng)常遇到各種各樣的問題，不過在指導老師的幫助和自己的努力下，終于使我順利的完成了設(shè)計。 通過此次設(shè)計，也使我一次提升了運用三維軟件的水平，并吸收了不少經(jīng)驗，總結(jié)為一下幾點。 （1）有零件圖紙作圖與空想設(shè)計作圖不同，零件尺寸已經(jīng)給出，作圖時先不考慮尺寸是否真的合適，根據(jù)尺寸作出零件的三維圖，但到裝配時必須要考慮尺寸是否合適，由于Auto CAD圖紙效果不好，導致尺寸會有出錯，甚至有出現(xiàn)欠定義尺寸，所以，此時必須通過配合后在衡量尺寸，再進行修改，直到滿足配合要求。 （2）工具集的確方便了作圖，通過選擇零件類型，輸入數(shù)據(jù)，就能生成出標準零件，但有時需要用到的零件在工具集上也未必能找到，所以此時要隨機應(yīng)變，運用其他零件代替并通過修改或添加零件使其滿足要求。體上會將子裝配體視為完全定義的模型，這樣會對子裝配體之間的配合產(chǎn)生矛盾，將不能完成裝配。 （3）看懂圖是作圖的首要任務(wù)，看圖就是了解零件的工具，沒有工具則無法制出零件，所以畫圖不能急于下筆，想透了零件的結(jié)構(gòu)，想透圖中的虛實線，這才是高效作圖的重中之重。 （4）作三維圖時要靈活變通，解決問題的方法總比問題多，當一種方法不能正常作圖時，試試另一種方法，這不但能完成零件制作，同時也可以培養(yǎng)出更好的作圖思路，和打破規(guī)矩的新想法。 （5）規(guī)則的零件，要學會使用一些能夠節(jié)省時間的命令，“能省則省”。 23 致 謝 時光飛逝，歲月如梭，轉(zhuǎn)眼之間大學生活已經(jīng)接近尾聲，回首大一剛?cè)雽W的場景依然歷歷在目，仿佛還是昨天的事情。再從頭到尾看一看這篇畢業(yè)設(shè)計，每一個環(huán)節(jié)都離不開姚慧老師的幫助，從題目的擬定，到結(jié)構(gòu)框架，資料搜集，整理提煉，以及最后的反復斟酌。在具體的寫作過程中，我遇到了許多這樣或那樣的預料之外的困難，讓我感到困惑和焦慮，但最終在姚慧老師的指導和幫助下，還是獨立完成了夾片自動上下料機構(gòu)的設(shè)計。論文的最終完成，是一波三折的過程，在不斷完善和修改的過程中讓我更加懂得“一分耕耘一分收獲”的道理。 除了要衷心的感謝我的指導老師以外，我還要感謝在校期間所有傳授過我知識的老師們，他們孜孜不倦的教誨是我完成這篇論文的基礎(chǔ)。作為一個機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)的學生，在一些其他課程上遇到過許多問題，多虧老師們在百忙之中抽出時間為我答疑解難，給予我耐心的指點，讓我少走了許多彎路。在此我對他們無私的愛心表示由衷的感謝。同時也感謝大學生活中與我朝夕相處的同學們，他們給我留下了最難忘的回憶。在一起走過的日子里，我們一同歡笑，一起悲傷，相互鼓勵，共同進步。我要感謝在這漫長而短暫的四年里陪我一同走過的同學們，因為有了你們，我的生命中多了很多歡樂的瞬間和美好的回憶，愿我們的情義地久天長。 最后感謝我的家人，是他們一直站在我身后，做我堅強的后盾，無論我成功與否，他們都默默地給予我支持與鼓勵，讓我感到我不是一個人在戰(zhàn)斗。謝謝你們，我一定會更加努力，不辜負你們對我的期望。 四年時光，說長不長說短不短，不知不覺中我們已經(jīng)共同經(jīng)歷了許多，我們手拉著手一同走過了快樂與悲傷，收貨了屬于我們的成長與堅強。也許在今后的日子里還有更多的困難等待著我們，但是我不會害怕，我會勇敢的迎接挑戰(zhàn)，我要用自己的努力搏一個美好的未來。最后我想說：畢業(yè)，是終點，亦是起點。 參考文獻 [1] 成大先.機械設(shè)計手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社，2004. 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