車床工件自動(dòng)裝夾機(jī)械手設(shè)計(jì)【含12張CAD圖紙】

車床工件自動(dòng)裝夾機(jī)械手設(shè)計(jì)【含12張CAD圖紙】,含12張CAD圖紙,車床,工件,自動(dòng),機(jī)械手,設(shè)計(jì),12,CAD,圖紙 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū) 學(xué)院 ：機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí)： 學(xué)生情況 指導(dǎo)教師情況 題目類型 姓 名 學(xué) 號(hào) 姓 名 職 稱 單 位 理論研究 □ 科研開(kāi)發(fā) □ 機(jī)電工程學(xué)院 工程設(shè)計(jì) √ 論文 □ 題目 車床工件自動(dòng)裝夾機(jī)械手設(shè)計(jì) 主要 內(nèi)容 以及 目標(biāo) (畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)完成的主要內(nèi)容，設(shè)計(jì)任務(wù)達(dá)到的目標(biāo)) 主要內(nèi)容: （1）完成調(diào)研報(bào)告和開(kāi)題報(bào)告； （2）完成車床工件自動(dòng)裝夾機(jī)械手設(shè)計(jì)； （3）建立該機(jī)械手的CAD結(jié)構(gòu)； （4）中英文摘要各200字，設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)不少于15000字； （5）外文資料翻譯不少于5000字。 目標(biāo): （1）完成車床工件自動(dòng)裝夾機(jī)械手設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中包括裝配圖及關(guān)鍵的零件圖； （2）對(duì)機(jī)械手進(jìn)行計(jì)算。 成果 形式 （畢業(yè)設(shè)計(jì)完成具體工作量；成果形式；驗(yàn)收方式） （1）3張A0圖紙，包括裝配圖、零件圖； （2）設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)； （3）機(jī)械手的圖紙。 基本 要求 （對(duì)完成設(shè)計(jì)任務(wù)方面的具體要求：設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)、數(shù)據(jù)及來(lái)源、調(diào)試所用儀器設(shè)備） 設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)： 抓重： 10kg 數(shù)據(jù)來(lái)源： 北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所、上海發(fā)那科機(jī)器人有限公司 實(shí)習(xí) 調(diào)研 要求 （對(duì)部分有實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)的專業(yè)，提出實(shí)習(xí)或調(diào)研的具體要求，包括調(diào)研提綱、實(shí)習(xí)時(shí)間、地點(diǎn)和具體內(nèi)容要求） （1）了解國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢(shì)； （2）了解工業(yè)機(jī)器人的各個(gè)組成部分； （3）掌握車床工件自動(dòng)裝夾機(jī)械手設(shè)計(jì)的組成機(jī)構(gòu)及其工作原理； （4）分析現(xiàn)有各種類型工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)，如運(yùn)動(dòng)方式、驅(qū)動(dòng)方式、控制方式等； （5）總結(jié)出本設(shè)計(jì)課題的基本實(shí)現(xiàn)方法及結(jié)構(gòu)，分析其技術(shù)關(guān)鍵及難點(diǎn)； （6）做出本設(shè)計(jì)課題的設(shè)計(jì)安排，如技術(shù)線路、研究方法、設(shè)計(jì)工具、時(shí)間安排等。 主要 參考 文獻(xiàn) （指導(dǎo)教師提供有關(guān)參考資料、工具書(shū)、期刊論文等） （1）費(fèi)仁元 張慧慧. 機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)和分析.北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，1998 （2）馬香峰. 機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991 （3）加藤一郎. 機(jī)械手圖冊(cè).上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1979 （4）張鐵 謝存禧. 機(jī)器人學(xué).廣州：華南理工大學(xué)出版社，2000 （5）宗光華 張慧慧 譯. 機(jī)器人設(shè)計(jì)與控制.北京：科學(xué)出版社，2004 （6）張建民. 工業(yè)機(jī)器人.北京：北京理工大學(xué)出版社，1988 （7）周伯英. 工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995 （8）索羅門(mén)采夫. 工業(yè)機(jī)器人圖冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993 （9）余達(dá)太. 工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工程.北京：冶金工業(yè)出版社，1999 （10）吳芳美. 機(jī)器人控制基礎(chǔ).北京：中國(guó)鐵道出版社，1992 （11）任大為. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998 （12）徐灝. 新編機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995 （13）黃靖遠(yuǎn). 機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999 （14）孟憲源等. 現(xiàn)代機(jī)構(gòu)手冊(cè)（上、下冊(cè)）.北京：1994 主要 儀器 設(shè)備 （根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目情況需要填寫(xiě)） （1）機(jī)電工程學(xué)院機(jī)器人機(jī)研究室的FUNC（發(fā)那科）機(jī)器人； （2）機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室廣茂達(dá)機(jī)器人模型以及慧魚(yú)機(jī)器人創(chuàng)意組合模型； （3）計(jì)算機(jī)一臺(tái)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)始日期 2009-2-23 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）完成日期 2009-6-19 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度計(jì)劃（起止時(shí)間、工作內(nèi)容） （指導(dǎo)教師對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的進(jìn)度計(jì)劃提出要求,至少詳細(xì)到前期、中期和答辯階段） 前期（到第4周止）： 對(duì)題目進(jìn)行調(diào)研，確定設(shè)計(jì)方案，完成調(diào)研報(bào)告和開(kāi)題報(bào)告； 中期（到10周止）： 完成工作量的60％～70％，即完成電動(dòng)式關(guān)節(jié)型機(jī)器人機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括3張A0圖紙的裝配圖、零件圖； 后期（到16周止）： 完成所有工作量，包括對(duì)建立機(jī)械手的三維虛擬模型，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的機(jī)械手模型進(jìn)行調(diào)試，完成設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)，準(zhǔn)備答辨提綱等。 指導(dǎo)教師（簽字）： 督導(dǎo)教師（簽字）： 年 月 日 系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）領(lǐng)導(dǎo)小組審查意見(jiàn)： 組長(zhǎng)（簽字）： 年 月 日 分 類 號(hào) 密 級(jí) 寧學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 車床工件自動(dòng)裝夾機(jī)械手設(shè)計(jì) 所在學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)老師 年 月 日 誠(chéng) 信 承 諾 我謹(jǐn)在此承諾：本人所寫(xiě)的畢業(yè)論文《車床工件自動(dòng)裝夾機(jī)械手設(shè)計(jì)》均系本人獨(dú)立完成，沒(méi)有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點(diǎn)和材料，均作了注釋，若有不實(shí)，后果由本人承擔(dān)。 承諾人（簽名）： 年 月 日 摘 要 隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用越來(lái)越普遍，已被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)中。首先，簡(jiǎn)要介紹了機(jī)械手的基本概念、機(jī)械手的組成和分類，以及工業(yè)機(jī)械手的簡(jiǎn)史和發(fā)展趨勢(shì)。其次，本文通過(guò)車床機(jī)械手的動(dòng)作分析，確定了機(jī)械手的坐標(biāo)形式、自由度和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，確定了機(jī)械手的主要技術(shù)參數(shù)；完成了送料機(jī)械手的總體方案設(shè)計(jì)。再次，完成了機(jī)械手的手部、臂部和機(jī)身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。最后，通過(guò)對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作行程分析，完成了機(jī)械手的氣缸設(shè)計(jì)和氣元件的選擇；設(shè)計(jì)了可滿足車床使用的機(jī)械手 關(guān)鍵詞：機(jī)械手 ，工業(yè)自動(dòng)化，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),氣缸 Abstract With the development of industrial automation ,the industrial manipulators are used widely. They are applied in kinds of industry. Firstly ,it introduced briefly the basic concept of the robot, the composition and classification of robot ,the development history of industrial robots and development trends of industrial robots. Secondly, to analyzing the process of automatic production line for camshaft pump feeding robot,I have determined the coordinates form，the number of freedom and drive mechanismthe of manipulator, identified the main technical parameters of mechanical hand,completed the overall design of automatic line feed pump camshaft mechanical hand. Thirdly,I have completed the structure design of hand, arm and body . Finally, through analysing the movement of mechanical hand,I have completed the design of hydraulic cylinders and the choice of hydraulic components ;I have designed schematic diagram of hydraulic system and the diagram of electrical control to meet the requirements of manipulator's loop movement. Keywords: The mechanical hand, industrial automation, structure design, cylinder 目 錄 摘 要 III Abstract IV 目 錄 V 第1章 緒論 1 1.1機(jī)械手概述 1 1.2機(jī)械手的組成和分類 2 1.2.1機(jī)械手的組成 2 1.2.2機(jī)械手的分類 3 1.3課題的提出及主要任務(wù) 3 1.3.1課題的提出 3 1.3.2課題的主要任務(wù) 4 第2章 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 4 2.1機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度和工作范圍 5 2.2 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 5 2.3 機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 5 2.4機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 6 2.5 機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì) 6 2.6機(jī)械手的主要參數(shù) 6 2.7機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 6 第3章手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 3.1手部設(shè)計(jì) 8 3.1.1手指的形狀和分類 8 3.1.2設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問(wèn)題 8 3.2手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì) 9 第4章 手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12 4.1手臂伸縮 12 4.1.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12 4.1.2手臂伸縮驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 12 4.2手臂升降和回轉(zhuǎn)部分 13 4.2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13 4.3手臂伸縮氣缸的設(shè)計(jì) 13 4.4 氣壓系統(tǒng)主要參數(shù) 17 4.4.1氣缸和氣馬達(dá)的設(shè)計(jì)計(jì)算 17 4.4.2 氣壓元件的選擇 18 4.5氣壓原理圖 21 總結(jié)與展望 23 參考文獻(xiàn) 24 致 謝 25 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第1章 緒論 1.1機(jī)械手概述 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(lái)越廣泛的引用。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開(kāi)始比較簡(jiǎn)單，專用性較強(qiáng)，僅為某臺(tái)機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。 機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。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(lái)越廣泛的引用. 現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于20世紀(jì)50年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化產(chǎn)品。 機(jī)械手首先從美國(guó)開(kāi)始研制，1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。在此基礎(chǔ)上美國(guó)通過(guò)不斷改進(jìn)完善，研制出一系列新的機(jī)械手，美國(guó)的研制十分注意提高機(jī)械手的可靠性，改進(jìn)結(jié)構(gòu)，降低成本。 德國(guó)從1970年開(kāi)始再制造行業(yè)應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。 日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。自1969年從美國(guó)引進(jìn)二種典型的機(jī)械手后，便開(kāi)始大力進(jìn)行機(jī)械手的研究。據(jù)報(bào)道，1979年從事機(jī)械手研究工作的大專院校、研究單位多達(dá)50多個(gè)；1979年日本機(jī)械手的產(chǎn)值達(dá)到443億日元，產(chǎn)量為14535臺(tái)。使用機(jī)械手最多的行業(yè)是汽車工業(yè)，其次是電機(jī)、電器和電子行業(yè)。到目前在日本工作的工業(yè)機(jī)械手已有100萬(wàn)臺(tái)左右。 目前隨著電子計(jì)算機(jī)和電信設(shè)備的不斷發(fā)展，工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用也不斷擴(kuò)大，正逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造單元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中的重要一環(huán)。 1.2機(jī)械手的組成和分類 1.2.1機(jī)械手的組成 機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖1-1所示。 圖1-1機(jī)械手的組成方框圖 (一)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 包括手部 、手腕、手臂和立柱、機(jī)座等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。 (二)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置，通常由動(dòng)力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有氣傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)。 (三)控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)組成。 (四)位置檢測(cè)裝置 控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制 系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu) 以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。 1.2.2機(jī)械手的分類 工業(yè)機(jī)械手的種類很多，關(guān)于分類的問(wèn)題，目前在國(guó)內(nèi)尚無(wú)統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類。 (一)按用途分 機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種: (二)按驅(qū)動(dòng)方式分 機(jī)械手可分為氣傳動(dòng)機(jī)械手、氣壓傳動(dòng)機(jī)械手、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手、電力傳動(dòng)機(jī)械手。本設(shè)計(jì)是氣傳動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)。 1、 氣傳動(dòng)機(jī)械手 是以氣的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:抓重可達(dá)幾 百公斤以上、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。但對(duì)密封裝置要求嚴(yán)格，不然油 的泄漏對(duì)機(jī)械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機(jī)械 手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但是 電液伺服閥的制造精度高，油液過(guò)濾要求嚴(yán)格，成本高。 (三)按控制方式分 1、點(diǎn)位控制 它的運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動(dòng)，只能控制運(yùn)動(dòng)過(guò)程中幾個(gè)點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。若欲控制的點(diǎn)數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。 2、連續(xù)軌跡控制 它的運(yùn)動(dòng)軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無(wú)限的，整個(gè)移動(dòng)過(guò)程處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。這類工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。 1.3課題的提出及主要任務(wù) 1.3.1課題的提出 隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的提高，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的很多易燃、易爆等高危及重體力勞動(dòng)場(chǎng)合必將由機(jī)器人所代替。這一方面可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，另一方面可以大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。例如，車床的生產(chǎn)過(guò)程中，往往工件、材料的上下要人工完成，既費(fèi)時(shí)費(fèi)力，又影響效率。為此，我們把上下料機(jī)械手作為我們研究的課題。 現(xiàn)在的機(jī)械手大多采用氣傳動(dòng)，氣傳動(dòng)存在以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn): (1)氣傳動(dòng)能方便地實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍大。 (2)在相同功率情況下，氣傳動(dòng)能量轉(zhuǎn)換元件的體積較小，重量較輕。 (3)工作平穩(wěn)，換向沖擊小，便于實(shí)現(xiàn)頻繁換向。 (4)便于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，而且工作油液能使傳動(dòng)零件實(shí)現(xiàn)自潤(rùn)滑，故使用壽命長(zhǎng)。 (5)操縱簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。特別是和電氣控制聯(lián)合使用時(shí)，易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)。 （6）氣元件易于實(shí)現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。 1.3.2課題的主要任務(wù) 本課題將要完成的主要任務(wù)如下: 機(jī)械手為車床機(jī)械手，因此它是專用機(jī)械手. 查閱相關(guān)資料,完成系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)及相關(guān)氣缸和氣爪的設(shè)計(jì)計(jì)算和選型; 利用CAD軟件完成機(jī)械手的裝配圖和零件圖設(shè)計(jì); 翻譯相關(guān)的外文資料并撰寫(xiě)一篇論文。 第2章 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手的基本要求是能快速、準(zhǔn)確地搬運(yùn)工件，這就要求它們具有高精度、快速反應(yīng)、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動(dòng)定位等特性。設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械手的原則是:充分分析作業(yè)對(duì)象(工件)的作業(yè)技術(shù)要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件;明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運(yùn)時(shí)的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進(jìn)一步確定對(duì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及運(yùn)行控制的要求;盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)制造過(guò)程，增強(qiáng)專用性，并能實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制。 本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手是車床專用氣動(dòng)上下料機(jī)械手，專用機(jī)械手具有動(dòng)作少、工作對(duì)象單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)。 2.1機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度和工作范圍 按機(jī)械手手臂的不同運(yùn)動(dòng)形式及其組合情況，其座標(biāo)型式可分為直角座標(biāo)式、圓柱座標(biāo)式、球座標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。由于本機(jī)械手在上下料時(shí)手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此，采用圓柱座標(biāo)型式。相應(yīng)的機(jī)械手具有三個(gè)自由度，為了彌補(bǔ)升降運(yùn)動(dòng)行程較小的缺點(diǎn)，增加手臂擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而增加一個(gè)手臂上下擺動(dòng)的自由度。 圖2-1所示為機(jī)械手的手臂的運(yùn)動(dòng)示意圖和工作范圍圖。 圖 2-1 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)示意圖和工作范圍圖 2.2 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 為了適應(yīng)車床，把機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成夾持式手部，可以準(zhǔn)確的夾取工件。 2.3 機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 按照抓取工件的要求，本機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過(guò)立柱來(lái)實(shí)現(xiàn)的，立柱的橫向移動(dòng)即為手臂的橫移。手臂的各種運(yùn)動(dòng)由氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2.4機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 由于氣傳動(dòng)系統(tǒng)的工作平穩(wěn)，換向沖擊小，便于實(shí)現(xiàn)頻繁換向，因此選用氣傳動(dòng)系統(tǒng)。 2.5 機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì) 考慮到機(jī)械手的專用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此我們采用可編程序控制器 (PLC)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制。當(dāng)機(jī)械手的動(dòng)作流程改變時(shí)，只需改變PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。 2.6機(jī)械手的主要參數(shù) 機(jī)械手動(dòng)作時(shí)有啟動(dòng)、停止過(guò)程的加、減速度存在，用速度一行程曲線來(lái)說(shuō)明速度特性較為全面，因?yàn)槠骄俣扰c行程有關(guān)，故用平均速度表示速度的快慢更為符合速度特性。 除了運(yùn)動(dòng)速度以外，手臂設(shè)計(jì)的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。大部分機(jī)械手設(shè)計(jì)成相當(dāng)于人工坐著或站著且略有走動(dòng)操作的空間。過(guò)大的伸縮行程和工作半徑，必然帶來(lái)偏重力矩增大而剛性降低。在這種情況下宜采用自動(dòng)傳送裝置為好。根據(jù)統(tǒng)計(jì)和比較，該機(jī)械手手臂的伸縮行程定為400mm,最大工作半徑約為1300mm，手臂安裝前后可調(diào)200mm。手臂回轉(zhuǎn)行程范圍定為240(應(yīng)大于180否則需安裝多只手臂)，又由于該機(jī)械手設(shè)計(jì)成手臂安裝范圍可調(diào)，從而擴(kuò)大了它的使用范圍。手臂升降行程定為150mm。 定位精度也是基本參數(shù)之一。該機(jī)械手的定位精度為土0.5～±lmm 2.7機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 本部分參考常見(jiàn)機(jī)器的參數(shù),進(jìn)行的自設(shè)定的參數(shù). 一、用途: 用于車床上下料。 二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù): 1、抓重 10公斤 (夾持式手部) 2、自由度數(shù) 4個(gè)自由度 3、座標(biāo)型式 圓柱座標(biāo) 4、最大工作半徑 1300mm 5、手臂最大中心高 1200mm 6、手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù) 伸縮行程 400mm 伸縮速度 300mm/s 升降行程 200mm 升降速度 300mm/s 回轉(zhuǎn)范圍 0°～ 240° 7、手指夾持范圍 工件: 80～150mm 8、定位方式 行程開(kāi)關(guān)或可調(diào)機(jī)械擋塊等 9、定位精度 士0.5mm 10,緩沖方式 氣緩沖器 11.驅(qū)動(dòng)方式 氣壓傳動(dòng) 第3章手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為了使機(jī)械手的專用性更強(qiáng)，把機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成夾持式手部 3.1手部設(shè)計(jì) 3.1.1手指的形狀和分類 夾持式是最常見(jiàn)的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式:按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式(或內(nèi)漲式)和外夾式兩種:按模仿人手手指的動(dòng)作，手指可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型(或稱直進(jìn)型)，其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式。當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的兩個(gè)回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離縮小到無(wú)窮小時(shí)，就變成了一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指;同理，當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的手指長(zhǎng)度變成無(wú)窮長(zhǎng)時(shí)，就成為移動(dòng)型?；剞D(zhuǎn)型手指開(kāi)閉角較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，應(yīng)用廣泛。移動(dòng)型應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，當(dāng)移動(dòng)型手指夾持直徑變化的零件時(shí)不影響其軸心的位置，能適應(yīng)不同直徑的工件。 3.1.2設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問(wèn)題 (一)具有足夠的握力(即夾緊力) 在確定手指的握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。 (二)手指間應(yīng)具有一定的開(kāi)閉角 兩手指張開(kāi)與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手指的開(kāi)閉角。手指的開(kāi)閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開(kāi)，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對(duì)于移動(dòng)型手指只有開(kāi)閉幅度的要求。 (三)保證工件準(zhǔn)確定位 為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動(dòng)定心。 (四)具有足夠的強(qiáng)度和剛度 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的 慣性力和振動(dòng)的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，當(dāng)應(yīng)盡量 使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭 轉(zhuǎn)力矩最小為佳。 (五)考慮被抓取對(duì)象的要求 根據(jù)機(jī)械手的工作需要，通過(guò)比較，我們采用的機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是一支點(diǎn) 兩指回轉(zhuǎn)型，由于工件多為圓柱形，故手指形狀設(shè)計(jì)成V型，其結(jié)構(gòu)如附圖所示. 3.2手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì) 本課題氣動(dòng)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)如圖3-1所示： 圖3-1齒輪齒條式手部 其工件重量G=5公斤， V形手指的角度，,摩擦系數(shù)為 (1)根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)示意圖，其驅(qū)動(dòng)力為: (2)根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力計(jì)算公式: 所以 (3)實(shí)際驅(qū)動(dòng)力: 1、因?yàn)閭髁C(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動(dòng)，故取，并取。若被抓取工件的最大加速度取時(shí)，則: 所以 所以?shī)A持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動(dòng)力為。 2、氣缸的直徑 本氣缸屬于單向作用氣缸。根據(jù)力平衡原理，單向作用氣缸活塞桿上的輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時(shí)的總阻力，其公式為: 式中: - 活塞桿上的推力，N - 彈簧反作用力，N - 氣缸工作時(shí)的總阻力，N - 氣缸工作壓力，Pa 彈簧反作用按下式計(jì)算: Gf = 式中:- 彈簧剛度，N/m - 彈簧預(yù)壓縮量，m - 活塞行程，m - 彈簧鋼絲直徑，m - 彈簧平均直徑，. - 彈簧有效圈數(shù). - 彈簧材料剪切模量，一般取 在設(shè)計(jì)中，必須考慮負(fù)載率的影響，則: 由以上分析得單向作用氣缸的直徑: 代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得 所以: 查有關(guān)手冊(cè)圓整，得 由,可得活塞桿直徑: 圓整后，取活塞桿直徑校核，按公式 有: 其中，[]， 則: 滿足實(shí)際設(shè)計(jì)要求。 3、缸筒壁厚的設(shè)計(jì) 缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算: 式中:6- 缸筒壁厚，mm - 氣缸內(nèi)徑，mm - 實(shí)驗(yàn)壓力，取, Pa 材料為:ZL3,[]=3MPa 代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為: 取，則缸筒外徑為: 第4章 手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 按照抓取工件的要求，本機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過(guò)立柱來(lái)實(shí)現(xiàn)的，立柱的橫向移動(dòng)即為手臂的橫移。手臂的各種運(yùn)動(dòng)由氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。 4.1手臂伸縮 4.1.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 手臂的伸縮是直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)采用的是氣驅(qū)動(dòng)的活塞氣缸。由于活塞氣缸的體積小、重量輕，因而在機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)中應(yīng)用比較多。同時(shí) ，氣驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手手臂在進(jìn)行伸縮(或升降)運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)時(shí)，必須采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向裝置。它應(yīng)根據(jù)手臂的安裝形式，具體的結(jié)構(gòu)和抓取重量等因素加以確定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少手臂對(duì)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。在本機(jī)械手中，采用的是單導(dǎo)向桿作為導(dǎo)向裝置，它可以增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。 4.1.2手臂伸縮驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 圖4-1所示為活塞氣缸驅(qū)動(dòng)手臂下伸時(shí)的示意圖。在單桿活塞氣缸中，由于氣缸的兩腔有效工作面積不相等，所以左右兩邊的驅(qū)動(dòng)力和壓力之間的關(guān)系式不一樣。當(dāng)壓力油輸入工作腔時(shí)，驅(qū)使手臂前伸(或縮回)，其驅(qū)動(dòng)力應(yīng)克服手臂在前伸(或縮回)起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力，手臂運(yùn)動(dòng)件表面之間的密封裝置處的摩擦阻力，以及回油腔壓力(即背壓)所造成的阻力，因此，驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式為: P驅(qū) = P慣 + P摩 + P密  + P背 N （4-1） 式中:P慣——手臂在起動(dòng)過(guò)程中的慣性力(N); P摩——摩擦阻力(包括導(dǎo)向裝置和活塞與缸壁之間的摩擦阻力)(N); P密——密封裝置處的摩擦阻力(N)，用不同形狀的密封圈密封，其摩擦阻 力不同 。 P背——?dú)飧追枪ぷ髑粔毫?即背壓)所造成的阻力(N)，若非工作腔與 油箱相連時(shí)，則 P背 =0 手臂作水平伸縮時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力: 圖4-1 手嘴伸出時(shí)的受力狀態(tài) 4.2手臂升降和回轉(zhuǎn)部分 4.2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 手臂升降裝置由轉(zhuǎn)柱、升降缸活塞軸、升降缸體、碰鐵、可調(diào)定位塊、定位拉桿、、定位塊聯(lián)接盤(pán)和導(dǎo)向桿等組成。 實(shí)現(xiàn)機(jī)械手手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)形式是多種多樣的，常用的有葉片式回轉(zhuǎn)缸、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)等。在本機(jī)械手中，手臂回轉(zhuǎn)裝置由回轉(zhuǎn)缸體、轉(zhuǎn)軸、定片、回轉(zhuǎn)定位塊、回轉(zhuǎn)中間定位塊等組成。當(dāng)油液通過(guò)管路分別進(jìn)入手臂回轉(zhuǎn)氣缸的兩腔時(shí)，推動(dòng)動(dòng)片連同轉(zhuǎn)軸一同回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸通過(guò)平鍵而帶動(dòng)升降氣缸活塞軸、定位塊聯(lián)接盤(pán)、導(dǎo)向桿、定位拉桿、升降缸體和轉(zhuǎn)柱等同步回轉(zhuǎn)。因轉(zhuǎn)柱和手臂用螺栓連接，故手臂作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 手臂回轉(zhuǎn)氣缸采用矩形密封圈來(lái)密封，密封性能較好，對(duì)氣缸孔的機(jī)械加工精度也易于保證。 4.3手臂伸縮氣缸的設(shè)計(jì) 1．驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 根據(jù)手臂伸縮運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力公式:F=Ff + （4-2） 其中，由于手臂運(yùn)動(dòng)從靜止開(kāi)始，所以△v=v, 摩攘系數(shù):設(shè)計(jì)氣缸材料為ZL3，活塞材料為45鋼，查有關(guān)手冊(cè)可得f=0.17.質(zhì)量計(jì)算:手臂伸縮部分主要由手臂伸縮氣缸、手臂回轉(zhuǎn)氣缸、夾緊氣缸、、手爪及相關(guān)的固定元件組成。氣缸為標(biāo)準(zhǔn)氣缸，根據(jù)中國(guó)氣動(dòng)元件廠的《產(chǎn)品樣本》可估其質(zhì)量，同時(shí)測(cè)量設(shè)計(jì)的有關(guān)尺寸，得知伸縮部分夾緊物體時(shí)其質(zhì)量為70kg，放松物件后其質(zhì)量為55kg.接觸面積:S=O.5m2 則上料時(shí)： F=F + = =1540（N） 下料時(shí)： F=F + = =935(N) 考慮安全因素，應(yīng)乘以安全系數(shù)K=1.2 則上料時(shí): F=15401.2=1850 (N) 下料時(shí): F=9351.2=1120 (N) 2、氣缸的直徑 根據(jù)雙作用氣缸的計(jì)算公式: （4-3） （4-4） 其中: F——活塞桿伸出時(shí)的推力，N F——活塞桿縮入時(shí)的拉力 d——活塞直徑，mm P——?dú)飧坠ぷ鲏毫?，Pa 代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得: 當(dāng)推力做功時(shí): （4-5） = =108.5(mm) 當(dāng)拉力做功時(shí): D=(1.01～1.09)[4F/] =(1.01～1.09) =92.12(mm) 圓整后，取D=100mm 3、活塞桿直徑的計(jì)算 根據(jù)設(shè)計(jì)要求,此活塞桿為空心活塞桿，目的是桿內(nèi)將裝有3根伸縮油管。因此，活塞桿內(nèi)徑要盡可能大，假設(shè)取d=70mm, d=56mm. 校核如下:(按縱向彎曲極限力計(jì)算) 氣缸承受縱向推力達(dá)到極限力F以后，活塞桿會(huì)產(chǎn)生軸向彎曲，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。因此，必須使推力負(fù)載(氣缸工作負(fù)載F與工作總阻力F之和)小于極限力F。 該極限力與氣缸的安裝方式、活塞桿直徑及行程有關(guān)。有關(guān)公式為: （4-6） 式中: L——活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度，m K——活塞桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑，空心桿，m d——空心活塞桿內(nèi)孔直徑，m A——活塞桿橫截面面積，空心桿，m f——材料強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值，對(duì)鋼取f=2.110Pa a——系數(shù)，對(duì)鋼a=1/5000 代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得: = =573(KN) 推力負(fù)載為: 代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得: = =3142(N) << 所以，安全。設(shè)計(jì)符合要求。 4,缸筒壁厚計(jì)算 根據(jù)公式： （4-7） 式中P為實(shí)驗(yàn)壓力，取P=1.5P=0.610Pa 材料為ZL3，則[]=3MPa，則： = =10 mm，故取=10 mm 4.4 氣壓系統(tǒng)主要參數(shù) 4.4.1氣缸和氣馬達(dá)的設(shè)計(jì)計(jì)算 一、氣缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 1.初定氣缸工作壓力 氣缸工作壓力主要根據(jù)運(yùn)動(dòng)循環(huán)各階段中的最大總負(fù)載力來(lái)確定，此外，還需要考慮以下因素： (1)各類設(shè)備的不同特點(diǎn)和使用場(chǎng)合。 (2)考慮經(jīng)濟(jì)和重量因素，壓力選得低，則元件尺寸大，重量重；壓力選得高1些，則元件尺寸小，重量輕，但對(duì)元件的制造精度，密封性能要求高。 所以，氣缸的工作壓力的選擇有兩種方式：1是根據(jù)機(jī)械類型選；二是根據(jù)切削負(fù)載選。 如表4-1、表4-2所示。 表4-1 按負(fù)載選執(zhí)行文件的工作壓力 負(fù)載/N ＜5000 500～10000 10000～20000 20000～30000 30000～50000 ＞50000 工作壓力/MPa ≤0.8～1 1.5～2 2.5～3 3～4 4～5 ＞5 表4-2 按機(jī)械 類型選執(zhí)行文件的工作壓力 機(jī)械類型 機(jī) 床 農(nóng)業(yè)機(jī)械 工程機(jī)械 磨床 組合機(jī)床 龍門(mén)刨床 拉床 工作壓力/MPa a≤2 3～5 ≤8 8～10 10～16 20～32 2.氣缸的流量計(jì)算 氣缸的最大流量： qmax=A·vmax (m3/s) （4-8） 式中：A為氣缸的有效面積A1或A2(m2)；vmax為氣缸的最大速度(m/s)。 氣缸的最小流量： qmin=A·vmin(m3/s) 式中：vmin為氣缸的最小速度。 氣缸的最小流量qmin，應(yīng)等于或大于流量閥或變量泵的最小穩(wěn)定流量。若不滿足此要求時(shí)，則需重新選定氣缸的工作壓力，使工作壓力低1些，缸的有效工作面積大1些，所需最小流量qmin也大1些，以滿足上述要求。 流量閥和變量泵的最小穩(wěn)定流量，可從產(chǎn)品樣本中查到。 二、氣馬達(dá)的設(shè)計(jì)計(jì)算 1.計(jì)算氣馬達(dá)排量 氣馬達(dá)排量根據(jù)下式?jīng)Q定： vm=6.28T/Δpmηmin(m3/r) （4-9） 式中：T為氣馬達(dá)的負(fù)載力矩(N·m)；Δpm為氣馬達(dá)進(jìn)出口壓力差(N/m3)；ηmin為氣馬達(dá)的機(jī)械效率，1般齒輪和柱塞馬達(dá)取0.3～0.35，葉片馬達(dá)取0.8～0.3。 2. 計(jì)算氣馬達(dá)所需流量氣馬達(dá)的最大流量： qmax=vm·nmax(m3/s) （4-10） 式中：vm為氣馬達(dá)排量(m3/r)；nmax為氣馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速(r/s)。 4.4.2 氣壓元件的選擇 一，氣泵的確定與所需功率的計(jì)算 1.氣泵的確定 (1)確定氣泵的最大工作壓力。氣泵所需工作壓力的確定，主要根據(jù)氣缸在工作循環(huán)各階段所需最大壓力p1，再加上油泵的出油口到缸進(jìn)油口處總的壓力損失ΣΔp，即 pB=p1+ΣΔp （4-11） ΣΔp包括油液流經(jīng)流量閥和其他元件的局部壓力損失、管路沿程損失等，在系統(tǒng)管路未設(shè)計(jì)之前，可根據(jù)同類系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)，1般管路簡(jiǎn)單的節(jié)流閥調(diào)速系統(tǒng)ΣΔp為(2～5)×105Pa，用調(diào)速閥及管路復(fù)雜的系統(tǒng)ΣΔp為(5～15)×105Pa，ΣΔp也可只考慮流經(jīng)各控制閥的壓力損失，而將管路系統(tǒng)的沿程損失忽略不計(jì)，各閥的額定壓力損失可從氣元件手冊(cè)或產(chǎn)品樣本中查找，也可參照表4-3選取。 表4-3 常用中、低壓各類閥的壓力損失(Δpn) 閥名 Δpn(×105Pa) 閥名 Δpn(×105Pa) 閥名 Δpn(×105Pa) 閥名 Δpn(×105Pa) 單向閥 0.3～0.5 背壓閥 3～8 行程閥 1.5～2 轉(zhuǎn)閥 1.5～2 換向閥 1.5～3 節(jié)流閥 2～3 順序閥 1.5～3 調(diào)速閥 3～5 (2)確定氣泵的流量qB。泵的流量qB根據(jù)執(zhí)行元件動(dòng)作循環(huán)所需最大流量qmax和系統(tǒng)的泄漏確定。 ①多氣缸同時(shí)動(dòng)作時(shí)，氣泵的流量要大于同時(shí)動(dòng)作的幾個(gè)氣缸(或馬達(dá))所需的最大流量，并應(yīng)考慮系統(tǒng)的泄漏和氣泵磨損后容積效率的下降，即 qB≥K(Σq)max(m3/s) （4-12） 式中：K為系統(tǒng)泄漏系數(shù)，1般取1.1～1.3，大流量取小值，小流量取大值；(Σq)max為同時(shí)動(dòng)作的氣缸(或馬達(dá))的最大總流量(m3/s)。 ②采用差動(dòng)氣缸回路時(shí)，氣泵所需流量為： qB≥K(A1-A2)vmax(m3/s) 式中：A 1，A 2為分別為氣缸無(wú)桿腔與有桿腔的有效面積(m2)；vmax為活塞的最大移動(dòng)速度(m/s)。 ③當(dāng)系統(tǒng)使用蓄能器時(shí)，氣泵流量按系統(tǒng)在1個(gè)循環(huán)周期中的平均流量選取，即 qB=ViK/Ti （4-13） 式中：Vi為氣缸在工作周期中的總耗油量(m3)；Ti為機(jī)器的工作周期(s)；Z為氣缸的個(gè)數(shù)。 (3)選擇氣泵的規(guī)格：根據(jù)上面所計(jì)算的最大壓力pB和流量qB，查氣元件產(chǎn)品樣本，選擇與PB和qB相當(dāng)?shù)臍獗玫囊?guī)格型號(hào)。 上面所計(jì)算的最大壓力pB是系統(tǒng)靜態(tài)壓力，系統(tǒng)工作過(guò)程中存在著過(guò)渡過(guò)程的動(dòng)態(tài)壓力，而動(dòng)態(tài)壓力往往比靜態(tài)壓力高得多，所以泵的額定壓力pB應(yīng)比系統(tǒng)最高壓力大25%～60%，使氣泵有1定的壓力儲(chǔ)備。若系統(tǒng)屬于高壓范圍，壓力儲(chǔ)備取小值；若系統(tǒng)屬于中低壓范圍，壓力儲(chǔ)備取大值。 (4)確定驅(qū)動(dòng)氣泵的功率。 ①當(dāng)氣泵的壓力和流量比較衡定時(shí)，所需功率為： p=pBqB/103ηB (kW) （4-14） 式中：pB為氣泵的最大工作壓力(N/m2)；qB為氣泵的流量(m3/s)；ηB為氣泵的總效率，各種形式氣泵的總效率可參考表4-4估取，氣泵規(guī)格大，取大值，反之取小值，定量泵取大值，變量泵取小值。 表4-4 氣泵的總效率 氣泵類型 齒輪泵 螺桿泵 葉片泵 柱塞泵 總效率 0.6～0.7 0.65～0.80 0.60～0.75 0.80～0.85 ? ②在工作循環(huán)中，泵的壓力和流量有顯著變化時(shí)，可分別計(jì)算出工作循環(huán)中各個(gè)階段所需的驅(qū)動(dòng)功率，然后求其平均值，即 p= （4-15） 式中：t1，t2，…，tn為1個(gè)工作循環(huán)中各階段所需的時(shí)間(s)；P1，P2，…，Pn為1個(gè)工作循環(huán)中各階段所需的功率(kW)。 按上述功率和泵的轉(zhuǎn)速，可以從產(chǎn)品樣本中選取標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)，再進(jìn)行驗(yàn)算，使電動(dòng)機(jī)發(fā)出最大功率時(shí)，其超載量在允許范圍內(nèi)。 4.5氣壓原理圖 圖4-1氣壓原理圖 1 過(guò)濾器，2（16）截止閥，3 單向定量氣泵，4 溢流閥，5 回轉(zhuǎn)氣馬達(dá)，6（12）平衡閥，8(11)可調(diào)節(jié)流閥，9（10）氣缸，14夾緊缸，15壓力表，17不可調(diào)節(jié)流閥 1轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)支路 回轉(zhuǎn)支路的執(zhí)行元件是一個(gè)大轉(zhuǎn)矩氣馬達(dá)，它能雙向驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)。馬達(dá)由手動(dòng)換向閥A控制正、反轉(zhuǎn)，其油路為 進(jìn)油路：氣泵--A--回轉(zhuǎn)馬達(dá) 回油路：回轉(zhuǎn)馬達(dá)--A--B--C--D--油箱 2手臂的升降支路 手臂升降支路的執(zhí)行元件是一個(gè)氣缸，它的伸縮運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手臂的上、下移動(dòng)。氣缸由手動(dòng)換向閥B控制上、下移動(dòng)，其油路為 進(jìn)油路:氣泵--A--B--平衡閥6中的單向閥--氣缸無(wú)桿腔 回油路：氣缸有桿腔--B--C--D--油箱 3手臂的伸縮支路 手臂伸縮支路的執(zhí)行元件是一個(gè)氣缸，它的伸縮運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手臂的左、右移動(dòng) 。氣缸由手動(dòng)換向閥C控制左、右移動(dòng)，其油路為 進(jìn)油路：氣泵--A--B--C--平衡閥12中的單向閥--氣缸無(wú)桿腔 回油路：氣缸有桿腔--C--D--油箱 4手抓的夾松支路 手抓夾松支路的執(zhí)行元件是一個(gè)氣缸，它的伸縮運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手臂的夾松。氣缸由手動(dòng)換向閥D控制上、下移動(dòng)，其油路為 進(jìn)油路：氣泵--A--B--C--D--氣缸上腔 25 總結(jié)與展望 總結(jié)與展望 一、總結(jié) 通過(guò)對(duì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)要求和動(dòng)作行程分析，確定了機(jī)械手的坐標(biāo)形式、自由度和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，確定了機(jī)械手的主要技術(shù)參數(shù)，完成了機(jī)械手的氣缸設(shè)計(jì)和氣元件選擇，機(jī)械手技術(shù)是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，機(jī)械自動(dòng)化作為工業(yè)發(fā)展的一個(gè)方向，它有著廣闊的市場(chǎng)，屬于實(shí)際需要去研制的一種項(xiàng)目。通過(guò)這次機(jī)械手設(shè)計(jì)讓我知道了現(xiàn)代企業(yè)在完成自動(dòng)化控制中離不開(kāi)PLC的控制，它可以使企業(yè)在生產(chǎn)的同時(shí)減少勞動(dòng)力和生產(chǎn)成本。目前我國(guó)很多地區(qū)的企業(yè)整個(gè)生產(chǎn)設(shè)備還比較落后且大部分工序都是通過(guò)人工來(lái)完成的，而機(jī)械手成本比較低且操作簡(jiǎn)單很適合中小企業(yè)的發(fā)展要求。但隨著科技不斷進(jìn)步我相信多功能復(fù)雜的機(jī)械手將會(huì)在不久的將來(lái)出現(xiàn)，所以在今后的學(xué)習(xí)和生活中我們還要不段的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新，只有這樣才能設(shè)計(jì)出更符合現(xiàn)代社會(huì)所需求的產(chǎn)品。 二、今后研究方向 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我通過(guò)查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹(shù)立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過(guò)程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然做得還不是很完善，但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中所學(xué)到的東西是這次設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。 參考文獻(xiàn) [1]何存興編·氣傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)·華工科技大學(xué)出版社·2000.8 [2]黃錫愷，鄭文偉.機(jī)械原理.北京:人民教育出版社，1981 [3]東北工學(xué)院<<機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)>>編寫(xiě)組編·機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)·冶金工業(yè)出版社·1979.12 [4]東北工學(xué)院<<機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)>>編寫(xiě)組編·機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)·冶金工業(yè)出版社·1979.12 [5]周開(kāi)勤編·機(jī)械零件手冊(cè)·高等教育出版社·1998.3. 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