2020 3D液壓上料機械手設計,液壓,機械手,設計
近 20 年來，液壓技術的應用領域迅速拓寬，尤其是在各種自動化生產(chǎn)線上得到廣泛應用。電氣可編程控制技術與液壓技術相結合，使整個系統(tǒng)自動化程度更高，控制方式更靈活，性能更加可靠；液壓機械手、柔性自動生產(chǎn)線的迅速發(fā)展，對液壓技術提出了更多更高的要求；微電子技術的引入，促進了電-液壓比例伺服技術的發(fā)展；現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，使液壓技術從開關控制進入閉環(huán)比例伺服控制，控制精度不斷提高；由于液壓脈寬調制技術具有結構簡單、抗污染能力強和成本低廉等特點，國內外都在大力開發(fā)研究。隨著微電子技術、PLC 技術、計算機技術、傳感技術和現(xiàn)代控制技術的發(fā)展與應用，液壓技術已成為實現(xiàn)現(xiàn)代傳動與控制的關鍵技術之一。從液壓技術及液壓機械手的發(fā)展過程、液壓機械手的應用現(xiàn)狀和發(fā)展前景及方向 3 個方面闡述了液壓機械手。在液壓技術及液壓機械手部分介紹了液壓機械手的產(chǎn)生、發(fā)展過程和幾種不同的、典型的液壓機械手及它們所用到的核心技術。從它們中間可以看出液壓機械手的應用領域和發(fā)展方向。機械手能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 機械手主要由手部和運動機構組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使手部完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6 個自由度。自由度是機 械手設計的關 鍵參數(shù)。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般專用機械手有 2～3 個自由度。 機械手的種類，按驅動方式可分為液壓式、液壓式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。 機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。1畢業(yè)設計（論文）開題報告課題名稱： 液壓機械手設計專 業(yè)： 班 級： 姓 名： 學 號： 指導教師： 2畢業(yè)設計開題報告1．課題研究的意義對實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化，推動工業(yè)生產(chǎn)的進一步發(fā)展起著重要作用。因而具有強大的生命力受到人們的廣泛重視和歡迎。實踐證明，工業(yè)機械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強度，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率和自動化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運和長期頻繁、單調的操作，采用機械手是有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進行操作，更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。2．課題簡介和設計要求1、簡介本課題是為普通車床配套而設計的上料機械手。工業(yè)機械手是工業(yè)生產(chǎn)的必然產(chǎn)物，它是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預定要求輸送工件或握持工具進行操作的自動化技術設備，對實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化，推動工業(yè)生產(chǎn)的進一步發(fā)展起著重要作用2、本設計的具體要求本課題通過應用 AutoCAD 技術對機械手進行結構設計和液壓傳動原理設計，運用 Solidworks 技術對上料機械手進行三維實體造型，并進行了運動仿真，使其能將基本的運動更具體的展現(xiàn)在人們面前。它能實行自動上料運動；在安裝工件時，將工件送入卡盤中的夾緊運動等。上料機械手的運動速度是按著滿足生產(chǎn)率的要求來設定。33．課題研究擬采用的手段和工作路線課程設計方法：1) 獨立思考，繼承和創(chuàng)新設計時，要深入設計現(xiàn)場，深入了解現(xiàn)有物料現(xiàn)狀，認真閱讀參考現(xiàn)有的相關技術資料，繼承或借鑒前人的設計經(jīng)驗和成果，但不能盲目地全盤抄襲，應根據(jù)具體的設計條件和要求，獨立思考，大膽地進行改進和創(chuàng)新。只有這樣，才能做出高質量的設計成果。2) 全面考慮現(xiàn)有機械手零部件地強度、剛度、工藝性、經(jīng)濟性和維護性等方面要求任何零部件的機構和尺寸，除去考慮它的強度剛度外，還應該綜合考慮零件本身及整個部件的工藝性要求、經(jīng)濟性要求、使用要求等才能確定。3) 使用標準和規(guī)范設計時應盡量使用標準和規(guī)范，這有利于零件的互換性和工藝性，同時也可減少設計工作量、節(jié)省設計時間，對于國家標準或部門規(guī)范，一般都要嚴格遵守和執(zhí)行。設計中采用標準或規(guī)范的多少，是評價設計質量的一項重要指標。因此，在畢業(yè)設計中，凡是有國家標準和企業(yè)標準規(guī)范要求的，應該盡量采用。工作路線：1) 設計準備了解設計任務書，明確設計要求、工作條件、設計內容的步驟；通過查閱有關設計資料，參觀實物征詢操作人員的建議等，了解設計對象的性能、結構及工藝性；準備好設計需要資料、繪圖工具；擬定設計計劃等。2)機械手草圖設計繪制機械手各部件裝配草圖；進行機械手總體結構設計和部件設計。3)編寫設計說明書寫明整個設計的主要計算和一些技術說明。44．課題研究計劃進程一、二周：接受畢業(yè)設計課題，根據(jù)課題內容了解課題研究的現(xiàn)狀，并進行實地考察，完成開題報告;三、四周：進行有關的計算。包括：起升架起升裝置的設計計算、機架的設計計算、傳動裝置的計算、電動機的選擇。五---八周：有關圖紙的繪制。九 周：對課程設計進行檢查、糾正、整理、綜合；最后打印，交指導老師復查。5．課題成果。設計說明書(√) 圖紙（√） 產(chǎn)品或作品（ ） 應用程序（ ）其它：指導教師意見：指導教師（簽名）：年 月 日 教研室主任意見：教研室主任（簽名）：年 月 日目錄摘要 .................................................................................................................................................1第一章 澆鑄機械手設計任務書 ...................................................................................................11.1 畢業(yè)設計目的 .........................................................................................................................................11.2 本課題的內容和要求 .............................................................................................................................2第二章 抓取機構設計 ...................................................................................................................42.1 手部設計計算 .........................................................................................................................................42.2 腕部設計計算 .........................................................................................................................................72.3 臂伸縮機構設計 .....................................................................................................................................8第三章 液壓系統(tǒng)原理設計及草圖 .............................................................................................113.1 手部抓取缸 ...........................................................................................................................................113.2 腕部擺動液壓回路 ...............................................................................................................................123.3 小臂伸縮缸液壓回路 ...........................................................................................................................133.4 總體系統(tǒng)圖 ...........................................................................................................................................14第四章 機身機座的結構設計 .....................................................................................................154.1 電機的選擇 ...........................................................................................................................................164.2 減速器的選擇 .......................................................................................................................................174.3 螺柱的設計與校核 ...............................................................................................................................17第五章 澆鑄機械手的定位與平穩(wěn)性 .........................................................................................195.1 常用的定位方式 ...................................................................................................................................195.2 影響平穩(wěn)性和定位精度的因素 ...........................................................................................................195.3 澆鑄機械手運動的緩沖裝置 ...............................................................................................................20第六章 澆鑄機械手的控制 .........................................................................................................21第七章 澆鑄機械手的組成與分類 .............................................................................................227.1 澆鑄機械手組成 ...................................................................................................................................227.2 澆鑄機械手分類 ...................................................................................................................................24第八章 澆鑄機械手 Solidworks 三維造型 .................................................................................258.1 上手爪造型 ...........................................................................................................................................268.2 螺栓的繪制 ...........................................................................................................................................30畢業(yè)設計感想 ...............................................................................................................................35參考資料 .......................................................................................................................................361送料澆鑄 機械手設計及 Solidworks 運動仿真摘要本課題是為普通車床配套而設計的上料澆鑄機械手。工業(yè)澆鑄機械手是工業(yè)生產(chǎn)的必然產(chǎn)物，它是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預定要求輸送工件或握持工具進行操作的自動化技術設備，對實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化，推動工業(yè)生產(chǎn)的進一步發(fā)展起著重要作用。因而具有強大的生命力受到人們的廣泛重視和歡迎。實踐證明，工業(yè)澆鑄機械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強度，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率和自動化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運和長期頻繁、單調的操作，采用澆鑄機械手是有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進行操作，更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。本課題通過應用 AutoCAD 技術對澆鑄機械手進行結構設計和液壓傳動原理設計，運用 Solidworks 技術對上料澆鑄機械手進行三維實體造型，并進行了運動仿真，使其能將基本的運動更具體的展現(xiàn)在人們面前。它能實行自動上料運動；在安裝工件時，將工件送入卡盤中的夾緊運動等。上料澆鑄機械手的運動速度是按著滿足生產(chǎn)率的要求來設定。關鍵字 澆鑄機械手，AutoCAD，Solidworks 。第一章 澆鑄機械手設計任務書1.1 畢業(yè)設計目的畢業(yè)設計是學生完成本專業(yè)教學計劃的最后一個極為重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，是使學生綜合運用所學過的基本理論、基本知識與基本技能去解決專業(yè)范圍內的工程技術問題而進行的一次基本訓練。這對學生即將從事的相關技術工作和未來事業(yè)的開拓都具有一定意義。其主要目的：一、培養(yǎng)學生綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術問題的獨立工作能力，拓寬和2深化學生的知識。 二、培養(yǎng)學生樹立正確的設計思想，設計構思和創(chuàng)新思維，掌握工程設計的一般程序規(guī)范和方法。三、培養(yǎng)學生樹立正確的設計思想和使用技術資料、國家標準等手冊、圖冊工具書進行設計計算，數(shù)據(jù)處理，編寫技術文件等方面的工作能力。四、培養(yǎng)學生進行調查研究，面向實際，面向生產(chǎn)，向工人和技術人員學習的基本工作態(tài)度，工作作風和工作方法。1.2 本課題的內容和要求（一、 ）原始數(shù)據(jù)及資料（1、 ）原始數(shù)據(jù)：a、 生產(chǎn)綱領：100000 件（兩班制生產(chǎn)）b、 自由度（四個自由度）臂轉動 180o臂上下運動 500mm臂伸長（收縮）500mm手部轉動 ±180o（2、 ）設計要求：a、上料澆鑄機械手結構設計圖、裝配圖、各主要零件圖（一套）b、液壓原理圖（一張）c、澆鑄機械手三維造型d、動作模擬仿真e、設計計算說明書（一份） （3、 ）技術要求主要參數(shù)的確定：a、坐標形式：直角坐標系b、臂的運動行程：伸縮運動 500mm，回轉運動 180o。c、運動速度：使生產(chǎn)率滿足生產(chǎn)綱領的要求即可。d、控制方式：起止設定位置。e、定位精度：±0.5mm。f、手指握力：392N3g、驅動方式：液壓驅動。（二、 ）料槽形式及分析動作要求（ 1、 ）料槽形式由于工件的形狀屬于小型回轉體，此種形狀的零件通常采用自重輸送的輸料槽,如圖1.1 所示，該裝置結構簡單，不需要其它動力源和特殊裝置，所以本課題采用此種輸料槽。圖 1.1 澆鑄機械手安裝簡易圖（2、 ）動作要求分析如圖 1.2 所示動作一：送 料動作二：預夾緊動作三：手臂上升動作四：手臂旋轉動作五：小臂伸長動作六：手腕旋轉預夾緊手臂上升手臂旋轉小臂伸長 手腕旋轉手臂轉回4圖 1.2 要求分析第二章 抓取機構設計2.1 手部設計計算一、對手部設計的要求1、有適當?shù)膴A緊力手部在工作時，應具有適當?shù)膴A緊力，以保證夾持穩(wěn)定可靠，變形小，且不損壞工件的已加工表面。對于剛性很差的工件夾緊力大小應該設計得可以調節(jié)，對于笨重的工件應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許多因素有關，如工件的形狀和尺寸，手指的形狀和尺寸，一般來說，如工作環(huán)境許可，開閉范圍大一些較好，如圖 2.1 所示。5圖 2.1 澆鑄機械手開閉示例簡圖3、力求結構簡單，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，其結構，重量和體積直接影響整個澆鑄機械手的結構，抓重，定位精度，運動速度等性能。因此，在設計手部時，必須力求結構簡單，重量輕，體積小。4、手指應有一定的強度和剛度5、其它要求因此送料，夾緊澆鑄機械手，根據(jù)工件的形狀，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，夾緊方式用常閉史彈簧夾緊，松開時，用單作用式液壓缸。此種結構較為簡單，制造方便。二、拉緊裝置原理如圖 2.2 所示 【4】 ：油缸右腔停止進油時，彈簧力夾緊工件，油缸右腔進油時松開工件。6圖 2.2 油缸示意圖1、右腔推力為FP=（π／4）D2P （2.1）=（π／4） 0.52 25 103?=4908.7N2、根據(jù)鉗爪夾持的方位，查出當量夾緊力計算公式為：F1=（2b／a） （cosα′）2N′ （2.2）其中 N′=4 98N=392N，帶入公式 2.2 得：?F1=（2b／a） （cosα′）2N′?=(2 150/50) （cos30o）2 392?=1764N則實際加緊力為 F 1實際=PK1K2/η （2.3）=1764 1.5 1.1/0.85=3424N?經(jīng)圓整 F1=3500N3、計算手部活塞桿行程長 L,即L=（D/2）tgψ （2.4）=25×tg30o=23.1mm經(jīng)圓整取 l=25mm4、確定“V”型鉗爪的 L、β。取 L/Rcp=3 （2.5）式中： Rcp=P/4=200/4=50 （2.6）由公式（2.5） （2.6）得：L=3×Rcp=150取“V”型鉗口的夾角 2α=120o，則偏轉角 β 按最佳偏轉角來確定，查表得：β=22o39′75、機械運動范圍（速度） 【1】（1）伸縮運動 V max=500mm/sVmin=50mm/s（2）上升運動 V max=500mm/sVmin=40mm/s（3）下降 Vmax=800mm/sVmin=80mm/s（4）回轉 Wmax=90o/sWmin=30o/s所以取手部驅動活塞速度 V=60mm/s 6、手部右腔流量Q=sv （2.7）=60πr2=60×3.14×252=1177.5mm3/s7、手部工作壓強P= F1/S （2.8）=3500/1962.5=1.78Mpa2.2 腕部設計計算腕部是聯(lián)結手部和臂部的部件，腕部運動主要用來改變被夾物體的方位，它動作靈活，轉動慣性小。本課題腕部具有回轉這一個自由度，可采用具有一個活動度的回轉缸驅動的腕部結構。要求：回轉±90o角速度 W=45o/s以最大負荷計算：當工件處于水平位置時，擺動缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重 10kg，長度l=650mm。如圖 2.3 所示。1、計算扭矩 M1〖4〗設重力集中于離手指中心 200mm 處，即扭矩 M1 為：M1=F×S （2.9）=10×9.8×0.2=19.6（N·M）8FSF圖 2.3 腕部受力簡圖2、油缸（伸縮）及其配件的估算扭矩 M2〖4〗F=5kg S=10cm帶入公式 2.9 得M2=F×S=5×9.8×0.1 =4.9（N·M） 3、擺動缸的摩擦力矩 M 摩 〖4〗F 摩=300（N） （估算值）S=20mm （估算值）M 摩=F 摩×S=6（N·M）4、擺動缸的總摩擦力矩 M〖4〗M=M1+M2+M 摩 （2.10）=30.5（N·M） 5.由公式T=P×b（ΦA12-Φmm2）×10 6/8 （2.11）其中： b—葉片密度，這里取 b=3cm；ΦA1—擺動缸內徑, 這里取 ΦA1=10cm；Φmm—轉軸直徑, 這里取 Φmm=3cm。所以代入（2.11）公式P=8T/b（ΦA12-Φmm2）×10 6=8×30.5/0.03×（0.12-0.032）×10 6=0.89Mpa又因為W=8Q/（ΦA12-Φmm2）b工件9所以 Q=W（ΦA12-Φmm2）b/8=（π/4） （0.12-0.032）×0.03/8=0.27×10-4m3/s=27ml/s2.3 臂伸縮機構設計手臂是澆鑄機械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支撐腕部和手部，并帶動它們在空間運動。臂部運動的目的，一般是把手部送達空間運動范圍內的任意點上，從臂部的受力情況看，它在工作中即直接承受著腕部、手部和工件的動、靜載荷，而且自身運動又較多，故受力較復雜。 澆鑄機械手的精度最終集中在反映在手部的位置精度上。所以在選擇合適的導向裝置和定位方式就顯得尤其重要了。手臂的伸縮速度為 200m/s行程 L=500mm1、手臂右腔流量，公式（2.7）得： 【4】Q=sv=200×π×402=1004800mm3/s=0.1/102m3/s=1000ml/s2、手臂右腔工作壓力，公式（2.8） 得： 〖4〗 P=F/S （2.12）式中：F——取工件重和手臂活動部件總重，估算 F=10+20=30kg， F 摩=1000N。所以代入公式（2.12）得： P=（F+ F 摩）/S=（30×9.8+1000）/π×402=0.26Mpa3、繪制機構工作參數(shù)表如圖 2.4 所示：10圖 2.4 機構工作參數(shù)表4、由初步計算選液壓泵 〖4〗所需液壓最高壓力 P=1.78Mpa所需液壓最大流量 Q=1000ml/s選取 CB-D 型液壓泵（齒輪泵）此泵工作壓力為 10Mpa，轉速為 1800r/min，工作流量 Q 在 32—70ml/r 之間，可以滿足需要。5、驗算腕部擺動缸：T=PD（ΦA12-Φmm2）ηm×10 6/8 （2.13）W=8θηv/（ΦA12-Φmm2）b （2.14）式中：Ηm—機械效率?。? 0.85～0.9Ηv—容積效率?。? 0.7～0.95所以代入公式（2.13）得：T=0.89×0.03×（0.12-0.032）×0.85×10 6/8=25.8（N·M）T
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