液壓傳動上料機械手設(shè)計

萊 蕪 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 機 電 工 程 系2016屆 畢 業(yè) 生 畢 業(yè) 論 文論文題目 液壓傳動上料機械手設(shè)計 專 業(yè) 機電一體化 年 級 2013 級高職機電 3 班 學(xué) 號 201321010 姓 名 陳 聯(lián) 系 方 式 18253235 指 導(dǎo) 教 師 陶 職稱： 副教授 完 成 日 期： 2016 年 5 月 17 日摘 要本次設(shè)計的液壓傳動機械手根據(jù)規(guī)定的動作順序，綜合運用所學(xué)的基本理論、基本知識和相關(guān)的機械設(shè)計專業(yè)知識，完成對機械手的設(shè)計。機械手的機械結(jié)構(gòu)采用油缸、螺桿、導(dǎo)向筒等機械器件組成；在液壓傳動機構(gòu)中，機械手的手臂伸縮采用伸縮油缸，手腕回轉(zhuǎn)采用回轉(zhuǎn)油缸，立柱的轉(zhuǎn)動采用齒條油缸，機械手的升降采用升降油缸，立柱的橫移采用橫向移動油缸；本設(shè)計擬開發(fā)的上料機械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，可抓取重量較大的工件。關(guān)鍵詞 機械手、液壓、控制回路 I目 錄第 1 章 緒論.11.1 液壓上料機械結(jié)構(gòu)設(shè)計分析.11.1.1 臂力的確定.11.1.2 工作范圍的確定.11.1.3 確定運動速度.1 1.1.4 手臂的配置形式.21.1.5 位置檢測裝置的選擇.31.1.6 驅(qū)動與控制方式的選擇.,.31.2 液壓上料機械手的運用.31.3 液壓上料機械手的特點.41.4 液壓上料機械手.4第 2 章 手部的結(jié)構(gòu).52.1 概述.52.2 設(shè)計時應(yīng)考慮的幾個問題.5 2.3 驅(qū)動力的計算.6 2.4 兩支點回轉(zhuǎn)式鉗爪的定位誤差的分析.8第三章 腕 部 的 結(jié) 構(gòu).10 3.1 概述.103.2 腕部的結(jié)構(gòu)形式.103.3 手腕驅(qū)動力矩的計.11第 4 章 臂部的結(jié)構(gòu).14 4.1 概述.144.2 手臂直線運動機構(gòu).154.2.1 手臂伸縮運動.15 4.2.2導(dǎo)向裝置.164.2.3 手臂的升降運動.17 4.3 手臂回轉(zhuǎn)運動.18 4.4 手臂的橫向移動.18 4.5 臂部運動驅(qū)動力計算.194.5.1 臂水平伸縮運動驅(qū)動力的計算.19 4.5.2 臂垂直升降運動驅(qū)動力的計算 .20 4.5.3 臂部回轉(zhuǎn)運動驅(qū)動力矩的計算.21第 5 章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計.22 5.1 液壓系統(tǒng)簡介.225.2 液壓系統(tǒng)的組成.225.3 機械手液壓系統(tǒng)的控制回路.235.3.1 壓力控制回路.23II5.3.2 速度控制回路.235.3.3 方向控制回路.245.4 上料機械手的動作順序.24 5.5 機械手液壓系統(tǒng)的簡單計算.25 5.5.1 雙作用單桿活塞油缸.255.5.2 無桿活塞油缸（亦稱齒條活塞油缸）.29 5.5.3 單葉片回轉(zhuǎn)油缸 .305.5.4 油泵的選擇.32 5.5.5 確定油泵電動機功率 N.32第 6 章 機械手的控制.33第 7 章 總結(jié).35第 8 章 致謝.36參考文獻(xiàn).37萊蕪職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第一章 緒論0第一章 緒 論1.1 液壓上料機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計分析1.1.1 臂力的確定目前使用的機械手的臂力范圍較大，國內(nèi)現(xiàn)有的機械手的臂力最小為 0.15N，最大為8000N。本液壓機械手的臂力為 N 臂 =1650（N） ，安全系數(shù) K 一般可在 1.53，本機械手取安全系數(shù) K=2。定位精度為1mm。1.1.2 工作范圍的確定機械手的工作范圍根據(jù)工藝要求和操作運動的軌跡來確定。一個操作運動的軌跡是幾個動作的合成，在確定的工作范圍時，可將軌跡分解成單個的動作，由單個動作的行程確定機械手的最大行程。本機械手的動作范圍確定如下：手腕回轉(zhuǎn)角度115手臂伸長量 150mm手臂回轉(zhuǎn)角度115手臂升降行程 170mm手臂水平運動行程 100mm1.1.3 確定運動速度機械手各動作的最大行程確定之后，可根據(jù)生產(chǎn)需要的工作拍節(jié)分配每個動作的時間，進(jìn)而確定各動作的運動速度。液壓上料機械手要完成整個上料過程，需完成夾緊工件、手臂升降、伸縮、回轉(zhuǎn)，平移等一系列的動作，這些動作都應(yīng)該在工作拍節(jié)規(guī)定的時間內(nèi)完成，具體時間的分配取決于很多因素，根據(jù)各種因素反復(fù)考慮，對分配的方案進(jìn)行比較，才能確定。機械手的總動作時間應(yīng)小于或等于工作拍節(jié)，如果兩個動作同時進(jìn)行，要按時間長的計算，分配各動作時間應(yīng)考慮以下要求：萊蕪職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第一章 緒論1（1） 給定的運動時間應(yīng)大于液壓元件的執(zhí)行時間；（2） 伸縮運動的速度要大于回轉(zhuǎn)運動的速度，因為回轉(zhuǎn)運動的慣性一般大于伸縮運動的慣性。在滿足工作拍節(jié)要求的條件下，應(yīng)盡量選取較底的運動速度。機械手的運動速度與臂力、行程、驅(qū)動方式、緩沖方式、定位方式都有很大關(guān)系，應(yīng)根據(jù)具體情況加以確定。（3） 在工作拍節(jié)短、動作多的情況下，常使幾個動作同時進(jìn)行。為此驅(qū)動系統(tǒng)要采取相應(yīng)的措施，以保證動作的同步。液壓上料機械手的各運動速度如下：手腕回轉(zhuǎn)速度 V 腕回 = 40/s手臂伸縮速度 V 臂伸 = 50 mm/s手臂回轉(zhuǎn)速度 V 臂回 = 40/s手臂升降速度 V 臂升 = 50 mm/s立柱水平運動速度 V 柱移 = 50 mm/s手指夾緊油缸的運動速度 V 夾 = 50 mm/s1.1.4 手臂的配置形式機械手的手臂配置形式基本上反映了它的總體布局。運動要求、操作環(huán)境、工作對象的不同，手臂的配置形式也不盡相同。本機械手采用機座式。機座式結(jié)構(gòu)多為工業(yè)機器人所采用，機座上可以裝上獨立的控制裝置，便于搬運與安放，機座底部也可以安裝行走機構(gòu)，已擴大其活動范圍，它分為手臂配置在機座頂部與手臂配置在機座立柱上兩種形式，本機械手采用手臂配置在機座立柱上的形式。手臂配置在機座立柱上的機械手多為圓柱坐標(biāo)型，它有升降、伸縮與回轉(zhuǎn)運動，工作范圍較大。1.1.5 位置檢測裝置的選擇機械手常用的位置檢測方式有三種：行程開關(guān)式、模擬式和數(shù)字式。本機械手采用萊蕪職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第一章 緒論2行程開關(guān)式。利用行程開關(guān)檢測位置，精度低，故一般與機械擋塊聯(lián)合應(yīng)用。在機械手中，用行程開關(guān)與機械擋塊檢測定位既精度高又簡單實用可靠，故應(yīng)用也是最多的。1.1.6 驅(qū)動與控制方式的選擇機械手的驅(qū)動與控制方式是根據(jù)它們的特點結(jié)合生產(chǎn)工藝的要求來選擇的，要盡量選擇控制性能好、體積小、維修方便、成本底的方式。 驅(qū)動方式一般有四種：氣壓驅(qū)動、液壓驅(qū)動、電氣驅(qū)動和機械驅(qū)動。本次設(shè)計采用液壓驅(qū)動，機械控制。 1.2 液壓上料機械手的運用是近幾年在國內(nèi)剛剛出現(xiàn)的一個新興產(chǎn)業(yè).但在西方發(fā)達(dá)國家以及日本和韓國，早在二十年前，上料機械手就已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各種類型的數(shù)控機床上。上料機器人與數(shù)控機床相結(jié)合，可以實現(xiàn)工件的自動抓取、上料、裝卡、加工等所有的工藝過程，能夠極大的節(jié)約人工成本，提高生產(chǎn)效率。特別適用于大批量、小型零部件的加工，如汽車變速箱齒輪、軸承套（座） 、剎車盤、金屬沖壓結(jié)構(gòu)件等。自動生產(chǎn)線和自動化程度高的加工設(shè)備已經(jīng)成為今后制造工廠的一個發(fā)展趨勢。單機自動化、整線自動化等自動上下料裝置用于加工工件的自動上料、工件翻轉(zhuǎn)、工件轉(zhuǎn)序等工作，能夠滿足“快速/大批量加工節(jié)拍” 、 “節(jié)省人力成本” 、 “提高生產(chǎn)效率”等要求，成為越來越多的工廠的理想選擇。萊蕪職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第一章 緒論31.3 液壓上料機械手的特點 （1） 可用于高溫金屬模板沖壓機床，來料溫度：900，出料溫度 200； （2） 獨特的二倍行程手臂疊加機構(gòu)，倍速機構(gòu)，可以滿足小空間、大行程的技術(shù)要求。 （3） 運行速度快，保證來料的溫度不下降，滿足沖壓工藝要求。 （4） 性價比高。1.4 液壓上料機械手實現(xiàn)的功能（1） 液壓上料機械手可以實現(xiàn)對圓盤類、長軸類、不規(guī)則形狀、金屬板類工件的自動上料、工件翻轉(zhuǎn)、工件轉(zhuǎn)序等工作。 （2）液壓上料機械手采用獨立絎架設(shè)計，安裝、調(diào)試可以與機床分開進(jìn)行，機床部分只進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)機的制造即可，機械手可以完全獨立在機床之外運行。（3） 液壓上料機械手采用模塊化機械手和橫梁，可以對機床機型加裝。而不需要分開規(guī)格進(jìn)行多種類的制造；（4）獨立料倉設(shè)計，料倉獨立自動控制；（5） 不依靠機床的控制器進(jìn)行控制，機械手模塊采用獨立的控制模塊，機械手故障只需設(shè)定參數(shù)，不影響機床運轉(zhuǎn)萊蕪職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第二章 手部結(jié)構(gòu)4第二章 手部結(jié)構(gòu)2.1 概述手部是機械手直接用于抓取和握緊工件或夾持專用工具進(jìn)行操作的部件，它具有模仿人手的功能，并安裝于機械手手臂的前端。機械手結(jié)構(gòu)型式不象人手，它的手指形狀也不象人的手指、 ，它沒有手掌，只有自身的運動將物體包住，因此，手部結(jié)構(gòu)及型式根據(jù)它的使用場合和被夾持工件的形狀，尺寸，重量，材質(zhì)以及被抓取部位等的不同而設(shè)計各種類型的手部結(jié)構(gòu)，它一般可分為鉗爪式，氣吸式，電磁式和其他型式。鉗爪式手部結(jié)構(gòu)由手指和傳力機構(gòu)組成。其傳力機構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等，這里采用滑槽杠桿式。2.2 設(shè)計時應(yīng)考慮的幾個問題（1） 應(yīng)具有足夠的握力（即夾緊力）在確定手指的握力時，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。(2)手指間應(yīng)有一定的開閉角兩個手指張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角保證工件能順利進(jìn)入或脫開。若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。(3)應(yīng)保證工件的準(zhǔn)確定位為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對位置，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，以便自動定心。(4)應(yīng)具有足夠的強度和剛度手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機械手在運動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，要求具有足夠的強度和剛度以防止折斷或彎曲變形，但應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自重輕。萊蕪職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第二章 手部結(jié)構(gòu)5(5)應(yīng)考慮被抓取對象的要求應(yīng)根據(jù)抓取工件的形狀、抓取部位和抓取數(shù)量的不同，來設(shè)計和確定手指的形狀。2.3 驅(qū)動力的計算 1.手指 2.銷軸 3.拉桿 4.指座圖 2-1 滑槽杠桿式手部受力分析如圖所示為滑槽式手部結(jié)構(gòu)。在拉桿 3