密封墊零件的喂料機械手的設(shè)計畢業(yè)論文

密封墊零件的喂料機械手的設(shè)計畢業(yè)論文密封墊零件的喂料機械手的設(shè)計1緒論機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機械手被稱為“工業(yè)機械手”。生產(chǎn)中可以減輕勞動強度、保證產(chǎn)品應(yīng)用機械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率:質(zhì)量、實現(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，它代替人進行正常的工作，意義更為重大。因此，在機械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用.機械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強，僅為某臺機床的上下料裝置，是附屬于該機床的專用機械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強，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。1.1機械手的概述機械手也被稱為自動手，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(yīng)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、運動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。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(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(擺動)、移動或復(fù)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(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)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(shè)計的關(guān)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(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機械手有2,3個自由度。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。機械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動條件。11.2機械手的組成機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。各系1所示。統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖1.圖1.1機械手的組成方框圖1.2.1執(zhí)行機構(gòu)包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機構(gòu)。(1)手部即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運動形式有回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(是外廓或是內(nèi)孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手指有外夾式和內(nèi)撐式;指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。而傳力機構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。傳力機構(gòu)型式較多，常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。吸附式手部主要由吸盤等構(gòu)成，它是靠吸附力(如吸盤內(nèi)形成負(fù)壓或產(chǎn)生電磁力)吸附物件，相應(yīng)的吸附式手部有負(fù)壓吸盤和電磁盤兩類。對于輕小片狀零件、光滑薄板材料等，通常用負(fù)壓吸盤吸料。造成負(fù)壓的方式有氣流負(fù)壓式和真空泵式。對于導(dǎo)磁性的環(huán)類和帶孔的盤類零件，以及有網(wǎng)孔狀的板料等，通常用電磁吸盤吸料。電磁吸盤的吸力由直流電磁鐵和交流電磁鐵產(chǎn)生。2用負(fù)壓吸盤和電磁吸盤吸料，其吸盤的形狀、數(shù)量、吸附力大小，根據(jù)被吸附的物件形狀、尺寸和重量大小而定。此外，根據(jù)特殊需要，手部還有勺式(如澆鑄機械手的澆包部分)、托式(如冷齒輪機床上下料機械手的手部)等型式.2)手腕(是連接手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓取物件的方位(即姿勢)。(3)手臂手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運到指定的位置.工業(yè)機械手的手臂通常由驅(qū)動手臂運動的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機構(gòu)、連桿機構(gòu)、螺旋機構(gòu)和凸輪機構(gòu)等)與驅(qū)動源(如液壓、氣壓或電機等)相配合，以實現(xiàn)手臂的各種運動。手臂可能實現(xiàn)的運動如下:手臂在進行伸縮或升降運動時，為了防止繞其軸線的轉(zhuǎn)動，都需要有導(dǎo)向裝置，以保證手指按正確方向運動。此外，導(dǎo)向裝置還能承擔(dān)手臂所受的彎曲力矩和扭轉(zhuǎn)力矩以及手臂回轉(zhuǎn)運動時在啟動、制動瞬間產(chǎn)生的慣性力矩，使運動部件受力狀態(tài)簡單。導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)形式，常用的有:單圓柱、雙圓柱、四圓柱和V形槽、燕尾槽等導(dǎo)向型式。(4)立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運動和升降(或俯仰)運動均與立柱有密切的聯(lián)系。機械手的立往通常為固定不動的，但因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。(5)行走機構(gòu)當(dāng)工業(yè)機械手需要完成較遠距離的操作，或擴大使用范圍時，可在機座上安3裝滾輪、軌道等行走機構(gòu)，以實現(xiàn)工業(yè)機械手的整機運動。滾滾輪輪式式布行走機構(gòu)可分為有軌的和無軌的兩種。驅(qū)動滾輪運動則應(yīng)另外增設(shè)機械傳動裝置。(6)機座機座是機械手的基礎(chǔ)部分，機械手執(zhí)行機構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機座上，故起支撐和連接的作用。1.2.2驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動工業(yè)機械手執(zhí)行機構(gòu)運動的動力裝置，通常由動力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機械傳動。1.2.3控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機械手按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。目前工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機械擋塊定位)系統(tǒng)組成。控制系統(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機械手按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給予機械手的指令信息(如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間)，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當(dāng)動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。1.2.4位置檢測裝置控制機械手執(zhí)行機構(gòu)的運動位置，并隨時將執(zhí)行機構(gòu)的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調(diào)整，從而使執(zhí)行機構(gòu)以一定的精度達到設(shè)定位置。1.3機械手的分類工業(yè)機械手的種類很多，關(guān)于分類的問題，目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動方式和控制系統(tǒng)等進行分類。1.3.1按用途分機械手可分為專用機械手和通用機械手兩種:(1)專用機械手它是附屬于主機的、具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置。專用機械手具有動作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價低等特點，適用于大批量的自動化生產(chǎn)，如自動機床、自動線的上、下料機械手和“加口工中心”附屬的自動換刀機械手。(2)通用機械手它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機械手。在規(guī)格性4能范圍內(nèi)，其動作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場合使用，驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨立的。通用機械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化的生產(chǎn)。通用機械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種:簡易型以“開伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，可以是點一關(guān)”式控制定位，只能是點位控制:位的，也可以實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，一般的伺服型通用機械手屬于數(shù)控類型。1.3.2按驅(qū)動方式分(1)液壓傳動機械手是以液壓的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。其主要特點是:抓重可達幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏。但對密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對機械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機械手采用電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機械手的通用性擴大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴(yán)格，成本高。(2)氣壓傳動機械手是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。其主要特點是:介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。(3)機械傳動機械手即由機械傳動機構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機構(gòu)等)驅(qū)動的機械手。它是一種附屬于工作主機的專用機械手，其動力是由工作機械傳遞的。它的主要特點是運動準(zhǔn)確可靠，動作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動作程序不可變。它常被用于工作主機的上、下料。(4)電力傳動機械手即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機、直線電機或功率步進電機直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手，因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機構(gòu)，故機械結(jié)構(gòu)簡單。其中直線電機機械手的運動速度快和行程長，維護和使用方便。此類機械手目前還不多，但有發(fā)展前途。1.3.3按控制方式分(1)點位控制5它的運動為空間點到點之間的移動，只能控制運動過程中幾個點的位置，不能控制其運動軌跡。若欲控制的點數(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)機械手均屬于此類。(2)連續(xù)軌跡控制它的運動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點是設(shè)定點為無限的，整個移動過程處于控制之下，可以實現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運動，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。這類工業(yè)機械手一般采用小型計算機進行控制。1.4氣動技術(shù)及氣動機械手的發(fā)展過程氣動技術(shù)是以空氣壓縮機為動力源，以壓縮空氣為工作介質(zhì)，進行能量傳遞或信號傳遞的工程技術(shù)，是實現(xiàn)各種生產(chǎn)控制、自動控制的重要手段之一。大約開始于1776年，Johnwilkimson發(fā)明能產(chǎn)生1個大氣壓左右壓力的空氣壓縮機。1880年，人們第一次利用氣缸做成氣動剎車裝置，將它成功地用到火車的制動上。20世紀(jì)30年代初，氣動技術(shù)成功地應(yīng)用于自動門的開閉及各種機械的輔助動作上。至50年代初，大多數(shù)氣壓元件從液壓元件改造或演變過來，體積很大。60年代，開始構(gòu)成工業(yè)控制系統(tǒng)，自成體系，不再與風(fēng)動技術(shù)相提并論。在70年代，由于氣動技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，在自動化控制領(lǐng)域得到廣泛的推廣。80年代進入氣動集成化、微型化的時代。90年代至今，氣動技術(shù)突破了傳統(tǒng)的死區(qū)，經(jīng)歷著飛躍性的發(fā)展，人們克服了閥的物理尺寸局限，真空技術(shù)日趨完美，高精度模塊化氣動機械手問世，智能氣動這一概念產(chǎn)生，氣動伺服定位技術(shù)使氣缸高速下實現(xiàn)任意點自動定位，智能閥島十分理想地解決了整個自動生產(chǎn)線的分散與集中控制問題。氣動機械手作為機械手的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。氣動機械手強調(diào)模塊化的形式，現(xiàn)代傳輸技術(shù)的氣動機械手在控制方面采用了先進的閥島技術(shù)(可重復(fù)編程等)，氣動伺服系統(tǒng)(町實現(xiàn)任意位置上的精確定位)，在執(zhí)行機構(gòu)上全部采用模塊化的拼裝結(jié)構(gòu)。90年代初，由布魯塞爾皇家軍事學(xué)院Y?Bando教授領(lǐng)導(dǎo)的綜合技術(shù)部開發(fā)研制的電子氣動機器人——“阿基里斯”六腳勘探員，是氣動技術(shù)、PLC控制技術(shù)和傳感技術(shù)完美結(jié)合產(chǎn)生的“六足動物”。6個腳中的每一個腳都有3個自由度，一個直線氣缸把腳提起、放下，一個擺動馬達控制腳伸展/退回運動，另一個擺動馬達則負(fù)責(zé)圍繞腳的軸心做旋轉(zhuǎn)之用。6由漢諾威大學(xué)材料科學(xué)研究院設(shè)計的氣動攀墻機器人，它集遙感技術(shù)和真空技術(shù)于一體，成功地解決了垂直攀緣等視為危險工作的操作問題。Tron-X電子氣動機器人，能與人親切地握手，它的頭部、腰部、手能與人類一樣彎曲運動，并且有良好的柔韌性。在幕后操縱人員的操作下(或通過自身的編程控-X電子氣動機器人集電子技術(shù)、氣動制)能與人進行對話，或作自我介紹等。Tron技術(shù)和人工智能為一體，它告訴我們，氣動技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)機器人中最難解決的靈活的自由度，具有在足夠工作空間的適應(yīng)性、高精度和快速靈敏的反應(yīng)能力。1.5氣動機械手的應(yīng)用現(xiàn)狀由于氣壓傳動系統(tǒng)使用安全、可靠，可以在高溫、震動、易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作”’。而氣動機械手作為機械手的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實現(xiàn)無級調(diào)速、易實現(xiàn)過載保護、易實現(xiàn)復(fù)雜的動作等優(yōu)點。所以，氣動機械手被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、半導(dǎo)體及家電行業(yè)、化肥和化工，食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事工業(yè)等?，F(xiàn)代汽車制造工廠的生產(chǎn)線，尤其是主要工藝的焊接生產(chǎn)線，大多采用了氣動機械手。車身在每個工序的移動;車身外殼被真空吸盤吸起和放下，在指定工位的夾緊和定位;點焊機焊頭的快速接近、減速軟著陸后的變壓控制點焊，都采用了各種特殊功能的氣動機械手。高頻率的點焊、力控的準(zhǔn)確性及完成整個工序過程的高度自動化，堪稱是最有代表性的氣動機械手應(yīng)用之一。在彩電、冰箱等家用電器產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)線上，在半導(dǎo)體芯片、印刷電路等各種電子產(chǎn)品的裝配流水線上，不僅可以看到各種大小不一、形狀不同的氣缸、氣爪，還可以看到許多靈巧的真空吸盤將一般氣爪很難抓起的顯像管、紙箱等物品輕輕地吸住，運送到指定目標(biāo)位置。對加速度限制十分嚴(yán)格的芯片搬運系統(tǒng)，采用了平穩(wěn)加速的SIN氣缸。氣動機械手用于對食品行業(yè)的粉狀、粒狀、塊狀物料的自動計量包裝;用于煙草工業(yè)的自動卷煙和自動包裝等許多工序。如酒、油漆灌裝氣動機械手;自動加蓋、安裝和擰緊氣動機械手，牛奶盒裝箱氣動機械手等。此外，氣動系統(tǒng)、氣動機械手被廣泛應(yīng)用于制藥與醫(yī)療器上。如:氣動自動調(diào)節(jié)病床，Robodoc機器人，daVinci外科手術(shù)機器人等。1.6發(fā)展前景及方向1.6.1重復(fù)高精度精度是指機器人、機械手到達指定點的精確程度，它與驅(qū)動器的分辨率以及反饋7裝置有關(guān)。重復(fù)精度是指如果動作重復(fù)多次，機械手到達同樣位置的精確程度。重復(fù)精度比精度更重要，如果一個機器人定位不夠精確，通常會顯示一個固定的誤差，這個誤差是可以預(yù)測的，因此可以通過編程予以校正。重復(fù)精度限定的是一個隨機誤差的范圍，它通過一定次數(shù)地重復(fù)運行機器人來測定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，以及氣動伺服技術(shù)走出實驗室和氣動伺服定位系統(tǒng)的成套化。氣動機械手的重復(fù)精度將越來越高，它的應(yīng)用領(lǐng)域也將更廣闊，如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。1.6.2模塊化有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動裝置的氣動機械手稱為簡單的傳輸技術(shù)，而把模塊化拼裝的氣動機械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的氣動機械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及氣管的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置，使機械手運動自如。由于模塊化氣動機械手的驅(qū)動部件采用了特殊設(shè)計的滾珠軸承，使它具有高剛性、高強度及精確的導(dǎo)向精度。優(yōu)良的定位精度也是新一代氣動機械手的一個重要特點。模塊化氣動機械手使同一機械手可能由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能，擴大了機械手的應(yīng)用范圍，是氣動機械手的一個重要的發(fā)展方向。智能閥島的出現(xiàn)對提高模塊化氣動機械手和氣動機器人的性能起到了十分重要的支持作用。因為智能閥島本來就是模塊化的設(shè)備，特別是緊湊型CP閥島，它對分散上的集中控制起了十分重要的作用，特別對機械手中的移動模塊。1.6.3無給油化為了適應(yīng)食品、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的無污染要求，不加潤滑脂的不供油潤滑元件已經(jīng)問世。隨著材料技術(shù)的進步，新型材料(如燒結(jié)金屬石墨材料)的出現(xiàn)，構(gòu)造特殊、用自潤滑材料制造的無潤滑元件，不僅節(jié)省潤滑油、不污染環(huán)境，而且系統(tǒng)簡單、摩擦性能穩(wěn)定、成本低、壽命長。1.6.4機電氣一體化由“可編程序控制器-傳感器-氣動元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動化技術(shù)的重要方面;發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制氣動元件，使氣動技術(shù)從“開關(guān)控制”進入到高精度的“反饋控制”;省配線的復(fù)合集成系統(tǒng)，不僅減少配線、配管和元件，而且拆裝簡單，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。而今，電磁閥的線圈功率越來越小，而PLC的輸出功率在增大，由PLC直接控制線圈變得越來越可能。氣動機械手、氣動控制越來越離不開PLC，而閥島技術(shù)的發(fā)展，又使PLC在氣動機械手、氣動控制中變得更加得心應(yīng)手。82機械手總體方案的設(shè)計2.1機械手基本形式的確定工業(yè)機器人按臂部的運動形式分為四種。直角坐標(biāo)型的臂部可沿三個直角坐標(biāo)移動;圓柱坐標(biāo)型的臂部可作升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動作;球坐標(biāo)型的臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮;關(guān)節(jié)型的臂部有多個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)?？紤]到本次課題中只需在兩個坐標(biāo)方向上移動，這里我選用第一種的直角坐標(biāo)型。工件為薄板類非金屬零件，采用吸附式機械手。2.2驅(qū)動方式的確定按驅(qū)動方式的動力源，機械手可分為:A.液壓式B.氣動式C.電動式液壓式:其驅(qū)動系統(tǒng)是由液動機、伺服閥、油泵、油箱等組成。通常它具有很大的抓舉能力，其特點是結(jié)構(gòu)緊湊，動作平穩(wěn)，沖擊，耐震動，防爆好，但液壓組件要求有較高的制造精度和密封性能，否則漏油將污染環(huán)境。氣動式:其驅(qū)動系統(tǒng)是由氣缸、氣閥、氣罐和空壓機組成，其特點是電源方便，動作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，造價較低，維修方便。但難以進行速度控制，氣壓不可太高，故抓舉能力較低。電動式:電力驅(qū)動是目前使用最多的一種驅(qū)動方式。其特點是電源方便，響應(yīng)快，驅(qū)動力較大，信號檢測、傳遞、處理方便，并可以采用多種靈活的控制方案。驅(qū)動電機一般采用步進電機，直流伺服電機以及交流伺服電機。由于電機速度高，通常必須采用減速機構(gòu)。根據(jù)本課題的技術(shù)要求，我選擇驅(qū)動方式為氣動式的動力源。2.3機械手傳動方案的分析傳動方式按工作原理可以分為機械傳動、流體傳動和電力傳動，其中機械傳動又分為摩擦傳動和齒合傳動;流體傳動分為液力傳動和氣力傳動;電力傳動分為直流電力傳動和交流電力傳動。2.3.1機械傳動靠機件間的摩擦力傳遞動力和運動的摩擦傳動，包括帶傳動、繩傳動和摩擦輪傳動等。摩擦傳動容易實現(xiàn)無級變速,大都能適應(yīng)軸間距較大的傳動場合,過載打滑還能起到緩沖和保護傳動裝置的作用，但這種傳動一般不能用于大功率的場合，也不能保9證準(zhǔn)確的傳動比?？恐鲃蛹c從動件嚙合或借助中間件嚙合傳遞動力或運動的嚙合傳動，包括齒輪傳動、鏈傳動、螺旋傳動和諧波傳動等。嚙合傳動能夠用于大功率的場合，傳動比準(zhǔn)確，但一般要求較高的制造精度和安裝精度。2.3.2流體傳動液壓傳動是在機械傳動的基礎(chǔ)上誕生的一種新型的傳動方式，它以液體為工作介質(zhì)，通過動力元件(液壓泵)將原動機的機械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，然后通過管道控制元件，借助執(zhí)行元件(液壓缸或液壓馬達)將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，驅(qū)動負(fù)載實現(xiàn)直線或回轉(zhuǎn)運動。其特點以體積小，傳動平穩(wěn)，性能可靠，能輕松實現(xiàn)很多機械傳動不能完成的動作，是現(xiàn)代工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的最佳選擇。尤其在鍛壓行業(yè)有著不可替代的作用。缺點是普遍存在泄露，但只要設(shè)計合理，加上高質(zhì)量的密封裝置，這些問題就都會迎刃而解。氣壓傳動的優(yōu)點:(1)以空氣為工作介質(zhì)，工作介質(zhì)獲得比較容易，用后的空氣排到大氣中，處理方便，與液壓傳動相比不必設(shè)置回收的油箱和管道。(2)因空氣的粘度很小(約為液壓油動力粘度的萬分之一)，其損失也很小，所以便于集中供氣、遠距離輸送。外泄漏不會像液壓傳動那樣嚴(yán)重污染環(huán)境。3)與液壓傳動相比，氣壓傳動動作迅速、反應(yīng)快、維護簡單、工作介質(zhì)清潔，(不存在介質(zhì)變質(zhì)等問題。(4)工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射、振動等惡劣工作環(huán)境中，比液壓、電子、電氣控制優(yōu)越。(5)成本低，過載能自動保護。氣壓傳動的缺點:(1)由于空氣具有可壓縮性，因此工作速度穩(wěn)定性稍差。但采用氣液聯(lián)動裝置會得到較滿意的效果。(2)因工作壓力低(一般為0.31.0MPa)，又因結(jié)構(gòu)尺寸不宜過大，總輸出力不宜大于10,40kN。(3)噪聲較大，在高速排氣時要加消聲器。(4)氣動裝置中的氣信號傳遞速度在聲速以內(nèi)比電子及光速慢，因此，氣動控制系統(tǒng)不宜用于元件級數(shù)過多的復(fù)雜回路。2.3.3電力傳動10電氣傳動系統(tǒng)由電動機，控制裝置以及被拖動的生產(chǎn)機械所組成。其主要特點是功率范圍極大，單個設(shè)備的功率可從幾毫瓦到幾百兆瓦;調(diào)速范圍極寬，轉(zhuǎn)速從每分鐘幾轉(zhuǎn)到每分鐘幾十萬轉(zhuǎn)，在無變速機構(gòu)的情況下調(diào)速范圍可達1:10000;適用范圍極廣，可適用于任何工作環(huán)境與各種各樣的負(fù)載。2.4總體方案的確定方案一:工作原理簡介:該方案采用兩個氣缸的運動來完成整套的上下料過程，豎直方向上的氣缸負(fù)責(zé)物料的抓取、上升和下降，水平方向上的氣缸負(fù)責(zé)物料的水平500mm的運動行程。優(yōu)點:方案簡單明了，傳動動作迅速、反應(yīng)快、維護簡單、工作介質(zhì)清潔。缺點:水平方向上的氣缸行程達500mm，氣缸太長，加工困難，生產(chǎn)代價高方案二:工作原理簡介:在豎直方向上的氣缸，其工作任務(wù)與方案一一致，也是負(fù)責(zé)物料的抓取、提升和下降，但該方案在水平方向上采用了絲桿的運動原理來完成氣水平行程，絲桿右端是一套減速裝置，從動力源發(fā)動機的轉(zhuǎn)動，通過帶傳動進行一級減速，再經(jīng)過齒輪進行二、三級減速，同時絲杠和豎直方向上的氣缸又是再一級的減速，這11樣通過四級減速，可以讓物料在水平行程上以較緩慢的速度移動。優(yōu)點:此方案合理的運用了絲杠拿的傳動原理以及帶傳動和齒輪傳動的減速，其中帶傳動中心距變化范圍大，可用于較遠距離的傳動，傳動平穩(wěn)，噪音小，能緩沖吸振，有過載保護作用，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，安裝要求不高。齒輪傳動外廓尺寸小，效率高，傳動比恒定，圓周速度及功率范圍廣。缺點:系統(tǒng)較為復(fù)雜，且齒輪長期暴露在外部，壽命會降低，對于帶傳動來說，有滑動，傳動比不能保持恒定，外廓尺寸大，帶的壽命較短(通常為3500h,5000h)，由于帶的摩擦起電不宜用于易燃、易爆的地方，軸和軸承上作用力大。而且齒輪傳動制造和安裝精度要求較高，不能緩沖，無過載保護作用，有噪音。方案三:工作原理簡介:此方案在總結(jié)了以上兩個方案后，設(shè)計出的新方案，豎直方向上的上升和下降沒有變化，在水平方向上，采用了雙行程氣缸，此類氣缸內(nèi)部有兩根活塞桿，可以達到雙行程的效果，這樣既滿足了氣缸的生產(chǎn)簡單，又滿足水平500mm的行程要求。對于以上三種方案的分析，并結(jié)合導(dǎo)師的指點，本課題的設(shè)計選用第三種方案，即機械手的上升下降和水平左右移動全部通過氣動控制的氣壓缸來實現(xiàn)。2.5機械手工作過程分析根據(jù)設(shè)計要求，機械手每次自動抓取密封墊一件，運送并自動釋放到自動生產(chǎn)線上，完成一次物料輸送。為了能順利完成這次物料輸送，我把該機械手的運動過程分析如下:喂料機械手開始工作時,首先打開真空泵:(1)吸盤支架帶動兩排吸盤快速下降,可調(diào)光電開關(guān)檢測到密封墊零件后,慢速下降至1020mm,吸盤觸及密封墊零件,同時吸盤支架觸碰限位開關(guān);(2)兩位三通電磁閥開始動作,使吸盤接入真空,時間約1,2s,當(dāng)真空開關(guān)檢測12到真空值為60,80kPa(吸盤樣本參數(shù))時,確認(rèn)板料已被吸牢;(3)快速提升,觸碰第一個限位開關(guān),吸盤轉(zhuǎn)為慢速運動,觸碰第二個限位開關(guān)(此時約提升150mm),到位停止;(4)水平移動,觸碰第一個限位開關(guān),吸盤轉(zhuǎn)為慢速運動,觸碰第二個限位開關(guān),共走500mm行程)停止;到位((5)快速下降,觸碰第一個限位開關(guān),吸盤轉(zhuǎn)為慢速運動,觸碰第二個限位開關(guān),到位(約下降150mm)停止;(6)電磁換向閥換向,放大氣,吸盤從板料上脫開,落在流水線上;吸盤支架帶動吸盤快速上升,慢速到位(上升150mm的行程);(7)(8)水平移動，返程500mm停止。至此,一次自動上下料動作完成。133機械手的設(shè)計與計算3.1吸盤結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算考慮到抓取的對象為密封墊零件(非金屬材料)，其外形尺寸為:長749mm，寬192mm，厚1.2mm。為此，我選用吸盤來抓取該類零件。真空吸盤的基本原理:盤壓到被吸物后，吸盤內(nèi)的空氣被真空發(fā)生器或者真空泵從吸盤上的管路中抽走，使吸盤內(nèi)形成真空。而吸盤外的大氣壓力把吸盤死死的壓在被吸物上使之幾乎形成一個整體，可以共同運動。密封墊零件重量的計算3.1.1由課題所給密封墊零件尺寸數(shù)據(jù):L=749mmS=192mmH=1.2mm查閱非金屬材料密度表，并結(jié)合工程機械上常用的非金屬材料的密封墊零件，取ρ=2.0g/cm3(泡沫塑料的ρ是0.2g/cm3,工業(yè)橡膠ρ是1.8g/cm3，ρ在2.0以上的是玻璃類和火磚石頭類，不予考慮)，取g=9.8N/kg。則密封墊零件的重量:G=ρ，L，S，H，g,3.38N3.1.2吸盤個數(shù)的計算及型號的確定2吸盤的理論吸力F=,Dp,/4根據(jù)吸盤安裝位置和帶動負(fù)載運動狀態(tài)(方向和快慢，直線運動和回轉(zhuǎn)運動)的不同，吸盤的實際吸力應(yīng)考慮一個安全系數(shù)n，即實際吸力F’為F’=F/n。當(dāng)水平安裝提升物體時，n4;在垂直安裝提升物體時n8。,,取四個吸盤，則每個吸盤所受的吸力F=G/4=3.38/4=0.845N又因為是水平提升，則取安全系數(shù)n,4實際所要受到的吸力F’,4，F(xiàn)=0.845，4=3.38N真空發(fā)生器的真空度P=84KPa,2則由吸盤的理論吸力F=可以得到,Dp,/423.38,/4，，84，1000D,,即D7.12mm，也就說要求吸盤吸持工件被抽空的有效直徑至少為7.12mm。14圖3.1波形吸盤的規(guī)格圖3.2波形吸盤的外形尺寸對照以上圖3.1和圖3.2的吸盤規(guī)格和外形尺寸后，我選擇吸盤直徑為20mm，其有效直徑為14.3mm，重量為6.7g,大于理論上所求的的7.12mm，完全符合條件要求?？紤]到密封墊零件比較大，為了穩(wěn)定我選取4個吸盤同時作用。一個吸盤的重量G=mg=6.7x9.8x0.001=0.066N3.2吸盤支架結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算,選擇支架材料為鐵素體不銹鋼，則查表可知其彈性模量E200GPa3又該類不銹鋼的密度ρ=7.75g/cm15由下圖3.3所示:圖3.3吸盤定位支架取該支架的總長為242mm，寬為150mm，厚度為2mm，兩邊較小的槽寬為7mm，長為200mm;為了減輕支架的重量在中間挖了一個較大的槽，寬為35.73mm,長為200mm。2Fa,由撓度公式:(3L-a),,B6EI這里F=每個吸盤所受吸力+每個三通接口的重量=0.845+50.1x9.8x0.001=1.336N把支架看成兩段一段固定另一段受力的梁，則:L=121mm(支架的一半長度)a=100(槽的端部到支架中心的距離)2Fa,(3L-a),,B6EI93=-1.336x0.11x0.11x(3x0.121-0.1)/[6x200x10x(0.002x0.02/12)],-0.00025,,即-0.000250，所以該支架的數(shù)據(jù)滿足整個要求。,B支架的體積為V=(242x150-7x200x2-35.73x200)x2=52.708cm3支架的重量G=ρvg=7.75x52.708x9.8x0.001=4.003N該支架中間的導(dǎo)向槽能夠很好讓吸盤進行移動，因為對于密封墊來說，有些密封墊零件的表面是有好多的通孔結(jié)構(gòu)或者其他的孔狀結(jié)構(gòu)，如果吸盤直接吸附上去，吸16盤邊緣剛好壓在孔狀結(jié)構(gòu)或者通孔上，這樣必然吸附不上來或者吸附不緊，所以通過在導(dǎo)向槽的移動，可以很好的讓吸盤避免吸附在孔狀結(jié)構(gòu)或者通孔上，使密封墊零件能完好的吸附起。3.3吸盤連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算,,,系列管接頭，是一種新型的組合式氣動管接頭。最大工作壓力為,(,,,,。這種管接頭是由各種不同的接頭、接頭體和一個終端管座組合而成。通過這三部分的組合，可以把同一個管接頭組合成具有不同聯(lián)接方式和不同公稱通徑的組合式管接頭。組合式管接頭能同時適用幾種不同公稱通徑和不同材質(zhì)的氣管，具有通用性強，多功能、拆裝方便等特點。參照以上組合式氣動管接頭的結(jié)構(gòu)特點，我設(shè)計出一下結(jié)構(gòu)簡單又能滿足工作條件的等徑三通接口的組合式氣動管接頭:圖3.4等徑三通接口的組合式氣動管接頭剖視圖圖3.5等徑三通接口的組合式氣動管接頭基本尺寸由上圖3.5可知，100個M10的三通接口的重量5.01Kg，則每一個M6的三通接口重量可能小于50.1g，考慮理論去實際的誤差及安全穩(wěn)定性，這里我取M6的三通接口的重量為50.1g。一個三通接口的重量G=mg=50.1x9.8x0.001=0.491N173.4吸盤定位結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算圖3.6六角雙頭螺栓由圖3.6所示，該結(jié)構(gòu)為兩端都是為螺紋連接的六角雙頭螺栓，綜合分析選取螺紋為M6，P=1.0，L=15，F(xiàn)=8，H=3，B=10，g=1.5的六角雙頭螺栓。右邊的M6外螺紋是與M6的螺母接合固定于支架上的導(dǎo)向槽上，左邊的M6外螺紋與三通接頭的一端相接合，這樣吸盤的位置就固定了，該六角雙頭螺栓采用Q235號鋼。該零件的重量計算:查閱該類鋼材密度表可知ρ=7.8g/cm3，粗略的估計該零件的體積V=3.14x6x6x8+3.14x10x10x3+3.14x6x6x15=12.585cm3則m=ρV=7.8x12.585=98.163gG=mg=98.163x9.8x0.001=0.962N183.5豎直方向氣缸的設(shè)計與計算氣缸是引導(dǎo)活塞在其中進行直線往復(fù)運動的圓筒形金屬機件。3.5.1氣缸的種類氣壓傳動中將壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的氣動執(zhí)行元件。氣缸有作往復(fù)直線運動的和作往復(fù)擺動的兩類。作往復(fù)直線運動的氣缸又可分為單作用、雙作用、膜片式和沖擊氣缸4種。(1)單作用氣缸:僅一端有活塞桿，從活塞一側(cè)供氣聚能產(chǎn)生氣壓，氣壓推動活塞產(chǎn)生推力伸出，靠彈簧或自重返回。2)雙作用氣缸:從活塞兩側(cè)交替供氣，在一個或兩個方向輸出力。((3)膜片式氣缸:用膜片代替活塞，只在一個方向輸出力，用彈簧復(fù)位。它的密封性能好，但行程短。(4)沖擊氣缸:這是一種新型元件。它把壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為活塞高速(10,20米,秒)運動的動能，借以作功。沖擊氣缸增加了帶有噴口和泄流口的中蓋。中蓋和活塞把氣缸分成儲氣腔、頭腔和尾腔三室。它廣泛用于下料、沖孔、破碎和成型等多種作業(yè)。作往復(fù)擺動的氣缸稱擺動氣缸，由葉片將內(nèi)腔分隔為二，向兩腔交替供氣，輸出軸作擺動運動，擺動角小于280?。此外，還有回轉(zhuǎn)氣缸、氣液阻尼缸和步進氣缸等。3.5.2氣缸的結(jié)構(gòu)氣缸是由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件組成。(1)缸筒缸筒的內(nèi)徑大小代表了氣缸輸出力的大小?；钊诟淄矁?nèi)做平穩(wěn)的往復(fù)滑動，缸筒內(nèi)表面的表面粗糙度應(yīng)達到Ra0.8um。對鋼管缸筒，內(nèi)表面還應(yīng)鍍硬鉻，以減小摩擦阻力和磨損，并能防止銹蝕。缸筒材質(zhì)除使用高碳鋼管外，還是用高強度鋁合金和黃銅。小型氣缸有使用不銹鋼管的。帶磁性開關(guān)的氣缸或在耐腐蝕環(huán)境中使用的氣缸，缸筒應(yīng)使用不銹鋼、鋁合金或黃銅等材質(zhì)。SMCCM2氣缸活塞上采用組合密封圈實現(xiàn)雙向密封，活塞與活塞桿用壓鉚鏈接，不用螺母。(2)端蓋端蓋上設(shè)有進排氣通口，有的還在端蓋內(nèi)設(shè)有緩沖機構(gòu)。桿側(cè)端蓋上設(shè)有密封圈和防塵圈，以防止從活塞桿處向外漏氣和防止外部灰塵混入缸內(nèi)。桿側(cè)端蓋上設(shè)有導(dǎo)向套，以提高氣缸的導(dǎo)向精度，承受活塞桿上少量的橫向負(fù)載，減小活塞桿伸出時的19下彎量，延長氣缸使用壽命。導(dǎo)向套通常使用燒結(jié)含油合金、前傾銅鑄件。端蓋過去常用可鍛鑄鐵，現(xiàn)在為減輕重量并防銹，常使用鋁合金壓鑄，微型缸有使用黃銅材料的。(3)活塞活塞是氣缸中的受壓力零件。為防止活塞左右兩腔相互竄氣，設(shè)有活塞密封圈?；钊系哪湍キh(huán)可提高氣缸的導(dǎo)向性，減少活塞密封圈的磨耗，減少摩擦阻力。耐磨環(huán)長使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夾布合成樹脂等材料?；钊膶挾扔擅芊馊Τ叽绾捅匾幕瑒硬糠珠L度來決定?；瑒硬糠痔?，易引起早期磨損和卡死?；钊牟馁|(zhì)常用鋁合金和鑄鐵，小型缸的活塞有黃銅制成的。(4)活塞桿活塞桿是氣缸中最重要的受力零件。通常使用高碳鋼，表面經(jīng)鍍硬鉻處理，或使用不銹鋼，以防腐蝕，并提高密封圈的耐磨性。(5)密封圈回轉(zhuǎn)或往復(fù)運動處的部件密封稱為動密封，靜止件部分的密封稱為靜密封。缸筒與端蓋的連接方法主要有以下幾種:整體型、鉚接型、螺紋聯(lián)接型、法蘭型、拉桿型。氣缸工作時要靠壓縮空氣中的油霧對活塞進行潤滑。也有小部分免潤滑氣缸。3.5.3氣缸的工作原理根據(jù)工作所需力的大小來確定活塞桿上的推力和拉力。由此來選擇氣缸時應(yīng)使氣缸的輸出力稍有余量。若缸徑選小了，輸出力不夠，氣缸不能正常工作;但缸徑過大不僅使設(shè)備笨重、成本高，同時耗氣量增大，造成能源浪費。在夾具設(shè)計時，應(yīng)盡量采用增力機構(gòu)，以減少氣缸的尺寸。3.5.4氣缸的設(shè)計與計算查閱相關(guān)數(shù)據(jù)表:20圖3.7六角螺母規(guī)格重量表圖3.8平墊圈規(guī)格重量表根據(jù)圖3.7和圖3.8的螺母和墊圈的規(guī)格表,得知:M6螺母的重量G=mg=2.317x9.8/1000=0.023NM10螺母的重量G=mg=10.99x9.8/100=0.108Nф6墊圈的重量G=mg=1.42x9.8/1000=0.014Nф10墊圈的重量G=mg=3.98x9.8/1000=0.039N根據(jù)以上面所求的數(shù)據(jù)計算氣缸所受的總拉力:氣缸所收的總拉力F=吸盤的重量+三通接口的重量+支架的重量+M6螺母的重量+M10螺母的重量+ф6墊圈的重量+ф10墊圈的重量+六角雙頭螺栓的重量+密封墊零件的重量=0.066x4+0.491x4+4.003+0.023x4+0.108+0.014x8+0.039+0.962x4+3.38=13.81N由氣壓公式F=PS，這里去P為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(實際中氣壓大于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)22則13.81=101325xS可以得到S=R=0.000136m,即R=6.6mm查閱該類氣缸的數(shù)據(jù)表:21圖3.9豎直氣缸的外形尺寸查閱標(biāo)準(zhǔn)氣缸的鋼徑和活塞桿直徑系列表可知:取活塞桿的直徑d=12mm,氣缸的內(nèi)徑D=32mm222則該氣缸的受力面積S=R=3.14x0.012=0.000452m,22其受力面積0.000452m大于情況所需的0.000136m，根據(jù)條件，取氣缸行程為50mm，所以該氣缸FB321250完全符合條件。取該氣缸材料為Q235號鋼材，則查閱氣缸筒的壁厚表可知，該氣缸零件的壁厚取4到5mm，這里計算取5mm。223由以上數(shù)據(jù)，我們可以求得氣缸筒的體積V=2.1-1.6=87.15cm,,23活塞桿的體積V=0.6x5=5.7cm,則粗略的估算豎直方向的氣缸質(zhì)量m=7.85(87.15+5.7)=728.5g其重量G=mg=728.5x0.001x9.8,7.1N該氣缸的外形解剖圖如下:22圖3.10豎直氣缸的裝配圖結(jié)合理論計算的結(jié)果，并根據(jù)圖3.9和圖3.10氣缸的尺寸信息，可得到所需的豎直方向上的氣壓缸。3.6水平直線導(dǎo)軌的設(shè)計與計算3.6.1直線導(dǎo)軌的概述直線導(dǎo)軌又稱滑軌、線性導(dǎo)軌、線性滑軌，用于直線往復(fù)運動場合，擁有比直線軸承更高的額定負(fù)載，同時可以承擔(dān)一定的扭矩，可在高負(fù)載的情況下實現(xiàn)高精度的直線運動。直線運動導(dǎo)軌的作用是用來支撐和引導(dǎo)運動部件，按給定的方向做往復(fù)直線運動。依按摩擦性質(zhì)而定，直線運動導(dǎo)軌可以分為滑動摩擦導(dǎo)軌、滾動摩擦導(dǎo)軌、彈性摩擦導(dǎo)軌、流體摩擦導(dǎo)軌等種類。3.6.2直線導(dǎo)軌種類的確定在本課題設(shè)計中，我選用圓形導(dǎo)軌，接下來我簡單的說一下圓形導(dǎo)軌的優(yōu)點:圓形導(dǎo)軌產(chǎn)品的一個顯著優(yōu)點就是其圓形板可在端部支撐軸，實現(xiàn)橫跨相當(dāng)于軸直徑的12到24倍的間隙的圓形直線軸承設(shè)計，從工廠自動化中的龍門吊系統(tǒng)到DNA取樣機中揀選和放置模塊的各種應(yīng)用均可采用這一設(shè)計。運動軸完全通過固定軸的兩端進行組建。無論兩點之間的機器表面處于何種情況，無論是否只有一個點，該裝置的精密性都不會受到影響，僅僅取決于端部支撐裝置的準(zhǔn)確度。此外，如果要通過直線導(dǎo)軌對中一套絲杠傳動系統(tǒng)，只需在一個板上打三個孔，即以兩個圓形導(dǎo)軌和絲杠軸承的支撐為基準(zhǔn)，這是最容易做到的方法。通過這一設(shè)計，在裝配過程中無需調(diào)節(jié)。在某些應(yīng)用中，平整度可能是需要考慮一個主要的因素。雖然組件和應(yīng)用之間在細(xì)微處可能略有不同，并通常缺乏行業(yè)相關(guān)平整度數(shù)據(jù)，但滾珠襯套軸承往往可以非常平穩(wěn)地運行，方形導(dǎo)軌和圓形導(dǎo)軌之間的差異通常用手即可感覺得到。滾珠和導(dǎo)軌23之間凸表面的點式接觸可將擦傷的可能性降到最低。滾珠襯套通常在微小間隙量或1,到2,額定動載荷的輕預(yù)載荷下運行，提高了平穩(wěn)性。而由于較高的一致性和預(yù)載荷，方形導(dǎo)軌軸承可在某些“缺口”情況下使用。在大多數(shù)情況下，這是可行的，但如果需要用到儀表級軸承，圓形導(dǎo)軌可能更有優(yōu)勢。同樣，由于其簡單的圓形幾何形狀，圓形襯套上的密封件往往更為可靠，產(chǎn)生更小的拖曳。方形導(dǎo)軌擦拭器必須符合導(dǎo)軌中的滾珠軌道，以達到耐用型密封。安裝圓形導(dǎo)軌時最后需要考慮的是安裝在軸上的非滾珠型聚合物襯套。可采用適用于鋁或其它基底的高性能軸承級材料，以提供良好的載荷能力(相當(dāng)于滾珠襯套載,)和一個在0.05到0.25范圍內(nèi)的較低摩擦系數(shù)。襯套軸承可在具有荷能力的20能夠損傷密封嚴(yán)實的滾珠襯套的微粒的惡劣環(huán)境中平穩(wěn)運行，也可在受到?jīng)_擊載荷損傷的滾珠軸承系統(tǒng)下正常工作。另一方面，滾珠循環(huán)噪聲可能會成為滾珠襯套或方形導(dǎo)軌軸承中的一個問題，但對于上述襯套軸承卻基本上不是問題。由于接觸面分布在一個較大的區(qū)域中，無需配有滾珠襯套的硬化鋼軸?？梢圆捎貌讳P鋼軸系，既適用于像半導(dǎo)體和醫(yī)藥行業(yè)所處的清潔環(huán)境，也適用于像食品加工行業(yè)所處的惡劣環(huán)境。3.6.3圓形導(dǎo)軌的支撐導(dǎo)軌單元支撐導(dǎo)軌單元由支撐軌，直線軸及開口型直線軸承箱式單元組成，圖3.10所示。支撐軌:支撐軌可在全行程上為軸提供最大的剛性，確保支撐導(dǎo)軌單元的正常工作，圖3.11所示。箱體:可與開口型直線軸承配合，在高負(fù)載或長行程的場合，保證卓越的運動性能，圖3.12所示。以下為圓形導(dǎo)軌的支撐導(dǎo)軌單元的結(jié)構(gòu)圖和相關(guān)數(shù)據(jù)表:圖3.11支撐軌圖3.12箱體24圖3.13支撐導(dǎo)軌單元圖3.14導(dǎo)軌外形長度表圖3.15支撐軌外形尺寸25圖3.16支撐導(dǎo)軌單元外形尺寸由表以上圖的外形尺寸數(shù)據(jù)可知:選取長度L=940mm的導(dǎo)軌。根圓形導(dǎo)軌的支撐導(dǎo)軌單元的總質(zhì)量:m=(940x3.6/1000+0.3x0.05)x2=(3.384+0.015)x2=6.7986Kg即總重量G=mg=6.7986x9.8=66.6N其中兩箱體的總質(zhì)量m=0.3x0.05x2=0.030Kg即兩箱體的總重量G=mg=0.030x9.8=0.294N3.7導(dǎo)軌上工作臺的設(shè)計與計算兩圓行導(dǎo)軌間的連接我選用了厚度達3mm的鋁板，該鋁板長225mm，寬69.75mm。圖3.17導(dǎo)軌工作臺簡圖該鋁板一方面定位好了兩圓形導(dǎo)軌，使之能同步移動，另一方面，鋁板也是豎直方向上的氣缸的定位結(jié)構(gòu)，與此同時，固定好的鋁板一端通過一結(jié)構(gòu)與水平方向上的氣壓缸連接，工作臺的具體的外型及尺寸在后面所附的圖紙中會指出。根據(jù)以上的數(shù)據(jù)，查資料可以得出鋁板的密度ρ=2.95g/cm3,可以粗略地估算出26工作臺的質(zhì)量為:m=225x69.75x3x2.95/1000=138.890gG=mg=138.890x0.001x9.8=1.361N3.8水平方向氣缸的設(shè)計與計算3.8.1伸縮缸的概述上面的總體設(shè)計方案中已指出本課題機械手水平方向上的氣壓缸選擇具有雙行程的伸縮缸，接下來我先對這類伸縮缸進行一個簡單的概述:(1)工程伸縮缸缸的基本型式伸縮缸兩種基本類型是單作用和雙作用型.單作用伸縮缸在壓同傳統(tǒng)的缸一樣,力油的作用下伸出,依靠重力或外部機械作用力縮回。單作用缸應(yīng)用在某種形式的作用力總是作用在缸上的場合。最基本的單作用伸縮應(yīng)用就是傾卸式卡車和傾卸式拖車。壓力油伸出伸縮缸以升起傾卸車的一端并卸除負(fù)載,當(dāng)解除壓力時,傾卸車廂的重量將伸縮油缸中的油排出并縮回。雙作用伸縮缸兩個方向都由油壓作為動力,它們可以使用在既給沒有重力又沒有外部機械作用力的應(yīng)用場合。它們非常好地適用于無嚴(yán)格定位且要求穩(wěn)固負(fù)載來回動作的應(yīng)用場合。一個典型的應(yīng)用是垃圾壓實車的推鏟液壓缸。水平安裝的液壓缸推動一塊平板壓縮負(fù)載，然后帶著平板縮回,以便添加更多的物料。不能借助于重力,所以使用雙作用缸。(2)軸承和密封每一伸縮級通過至少兩只軸承依次支撐在較大的伸縮段上。一只位于外直徑的底部或伸縮級的活塞端。另一只位于直徑的頂部或下一個較大伸縮級的填塞級。這兩個軸承之間的距離決定一級同下一級之間的重疊程度。一般而言,這個距離或重疊必須隨總行程的增加而增加,以抵抗由伸出級重量和負(fù)載引起的撓度。伸縮缸的密封設(shè)計有好幾種。最普通的一種是使用多重疊合的"V"形密封和/或帶現(xiàn)場模鑄的疊合唇整體式多唇密封件。這些密封件通過擋圈或卡環(huán)及壓緊螺母保持在適當(dāng)位置。每一級的內(nèi)圓面同套在里面的直徑小些的下一級外徑相互密封。這些密封的型式和位置各個油缸制造廠不同。密封型式也取決于其特殊功能。零泄漏,多唇柔性密封通常使用在主臂級和伸縮級密封部分的內(nèi)徑上。低泄漏硬性密封使用在雙作用伸縮缸的活塞端.這些活塞密封允許油缸在壓力下縮回.在某些單作用伸縮缸上使用另外止動環(huán)的設(shè)計,在活塞上使用柔性零泄漏密封,依次將更大的下一個伸縮級的全部內(nèi)徑用作伸出力的有效面積。這些相同的密封將油容納在油缸中。油缸的上部通常使用柔性密封,此時包括一個導(dǎo)向支撐.該伸縮缸的上端和論使用何種型式的密封,都要使用防塵27密封組合,以防止污染物進到油缸中。(3)伸縮缸的優(yōu)勢同傳統(tǒng)的活塞桿式缸比較,伸縮缸的最大優(yōu)點在于其能從一個緊湊的初始部件提供特別長的行程。典型伸縮缸疊合后的長度在其伸出長度的20%和40%之間變化。所以,當(dāng)安裝空間受限制而應(yīng)用場合又需要長行程時,伸縮缸是理所當(dāng)然的解決方案。例如,自卸車為了完全傾卸,其車體需要傾斜60度。(4)伸縮缸的工作原理雙作用伸縮缸的正常伸出同單作用伸縮缸的方式一樣。雙作用伸縮缸的縮回通過將每個伸縮級的活塞面積外直徑同下一個較大級的內(nèi)側(cè)直徑密閉,并在每一個伸縮級中溝通導(dǎo)油孔來實現(xiàn)。伸縮級體上的導(dǎo)油孔正好位于伸縮段的活塞上方。縮回油口通常位于最小伸縮級的頂端。油液經(jīng)該油口進入最小伸縮級。導(dǎo)油孔允許油進入并作用在下一段內(nèi)徑和較小段內(nèi)徑之間的容腔中。該容腔產(chǎn)生力以移動或縮回較小的伸縮級進入較大的伸縮級。一且該級完全縮回,下一個較大一級的導(dǎo)油孔打開并允許油進入以縮回.該縮回過程持續(xù)直到所有的伸縮級全部縮回到主臂級內(nèi)。每一段上的密封選擇區(qū)域保證壓力能夠工作。將縮回油口設(shè)置在最小級的頂端是設(shè)計雙作用伸縮缸最簡單的方法,但是這種典型的油口布置需要布置軟管,軟管保護和軟管卷盤以傳遞油至伸縮級。為避免壓力油口在油缸全伸出時間隔太遠。大多數(shù)雙作用伸縮缸設(shè)計時將兩個油口都布置在最小級或柱塞級上。油缸安裝使最小段或柱塞級固定,較大較重的伸縮級在油缸伸出時移動。伸縮缸的結(jié)構(gòu)象望遠鏡,DOM(拉出心軸)鋼管的直徑逐漸減小能夠一級套一級地相互套起來。直徑最大的一級稱做主臂或缸筒;直徑較小的伸縮級稱做伸縮臂。最小的一級也稱做柱塞。伸縮級的數(shù)量通常最大為6級,理論上可以設(shè)計出更多級的缸,但其穩(wěn)性將要折衷。伸縮缸通常從最大的一級到最小的一段伸出。這意味著最大的一級將帶著套在其內(nèi)部的所有較小的級最先移動。且在完全伸出后,下一級才開始移動。該程序?qū)⒁徊揭徊降乩^續(xù)直到最小的一級完全伸出。相反在縮回時,最小的一級將最先完全縮進以后,下一級才開始移動,這將持續(xù)直到所有伸縮級回到主臂中。3.8.2氣壓缸類型的確定基于對以上液壓型的伸縮缸的介紹，我把他推想到氣壓型的伸縮缸，工作原理和液壓型的伸縮缸一樣，緊緊是兩伸縮缸所使用的動力源不一樣而已，一個是液壓，一個是氣壓，再根據(jù)課題所給的數(shù)據(jù)可知，該氣壓缸在水平方向上要完成至少500mm遠的行程，如果僅僅采用普通的氣缸，那該氣缸的內(nèi)缸長度至少需要500mm長，這樣28制造出來的氣缸要耗費很大的人力和材料，吸盤的水平移動是往復(fù)式的，為此，這里選用了雙作用雙行程的氣壓缸。3.8.3氣壓桿的設(shè)計與計算由以上所計算的數(shù)據(jù)，可以粗略地計算出圓形導(dǎo)軌所承受的外力F=豎直方向運箱體的重量+工作臺的重量+氣缸的重量動的所有零件的總重量+即F=13.81+0.249+1.361+7.1=22.52N又直線導(dǎo)軌摩擦系數(shù)理論上在0.01至0.02之間，但實際應(yīng)用中由于安裝平行度，為消除間隙采取的預(yù)緊，回珠器曲線失真(在高速時體現(xiàn))，內(nèi)外滾道一致性等因素不可控性太強。常常大于理論值很多，這里我采用按照0.16核算。則水平方向氣缸所需提供的推力F’0.16F=0.16x22.52=3.603N,設(shè)氣缸的的半徑為R，按氣缸內(nèi)最小壓力(及標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)計算，2P=3.603NR,則23.14xRx101325=3.603即可求得R,3.4mm根據(jù)氣缸設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，取氣缸內(nèi)的活塞缸一直徑12mm，活塞缸二32mm,其中活塞桿二的桿壁厚度為5mm,氣缸筒的直徑為125mm，壁厚為10mm。其外形原理圖如下:圖3.18雙行程雙作用伸縮缸原理圖3.9伸縮缸與工作臺的連接設(shè)計與計算3.9.1伸縮缸的定位結(jié)構(gòu)該定位結(jié)構(gòu)為伸縮缸的耳座，主要是固定伸縮缸的位置，材料為Q235號鋼材，圖3.19中大孔為固定伸縮缸兩端的通孔，外有螺栓緊固，下面的小孔為耳座固定在支架上的通孔，大孔周圍的小孔通過螺栓連接在伸縮缸上，下面的小孔通過螺栓連29接將其固定于25mm寬角鋼支架上。圖3.19伸縮缸耳座3.9.2伸縮缸與工作臺的連接結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)與上圖中的耳座的作用差不多，不過該零件材料為鋁板。該零件的作用是連接好導(dǎo)軌工作平臺和伸縮缸的伸縮活塞，這樣伸縮活塞的推動，會使導(dǎo)軌工作平臺產(chǎn)生同樣的行程運動，該定位連接件結(jié)構(gòu)的加強肋比較長，主要考慮到該結(jié)構(gòu)在受到伸縮缸推力的時候會發(fā)生彎曲變形，所以采用較長的加強肋來消除因一端受力而發(fā)生變形的情況。下面，我將簡單計算該結(jié)構(gòu)零件的受力情況。30圖3.20L型定位連接件如圖3.20定位連接件結(jié)構(gòu)圖所示，我可以把它看成是一根長56mm，寬23mm，厚3mm的方形鋁板，一端固定，另一端在44.5mm處受力，鋁板的彈性模量E70GPa。,2Fa,則根據(jù)材料力學(xué)的受力分析可求得該結(jié)構(gòu)的撓度，由撓度公式(3L-a),,B6EI其中F=3.31N(伸縮氣缸推動導(dǎo)軌平臺的最小推力)，L=56mm，a=44.5mm，厚h=4mm,寬A=23mm。2Fa,則撓度(3L-a),,B6EI293=-3.31x0.056x(3x0.056-0.0445)/[6x200x100.004x0.023/12]=-0.00128/9.2,-0.00014由該撓度的數(shù)據(jù)結(jié)果可知，該連接結(jié)構(gòu)零件完全符合條件。3.10機械手支架的設(shè)計與計算根據(jù)上面的方案設(shè)計，該設(shè)計的支架選擇角鋼結(jié)構(gòu)。3.10.1角鋼的概述角鋼屬建造用碳素結(jié)構(gòu)鋼，是簡單斷面的型鋼鋼材，主要用于金屬構(gòu)件及廠房的框架等。在使用中要求有較好的可焊性、塑性變形性能及一定的機械強度。主要分為等邊角鋼和不等邊角鋼兩類，其中不等邊角鋼又可分為不等邊等厚及不等邊不等厚兩種。角鋼的規(guī)格用邊長和邊厚的尺寸表示。目前國產(chǎn)角鋼規(guī)格為,—,,號，以邊長的厘米數(shù)為號數(shù)，同一號角鋼常有,—,種不同的邊厚。進口角鋼標(biāo)明兩邊的實際尺寸及邊厚并注明相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。一般邊長,,.,c,以上的為大型角鋼，,,.,c,—,31c,之間的為中型角鋼，邊長,c,以下的為小型角鋼。3.10.2角鋼的設(shè)計與計算對水平導(dǎo)軌上的角鋼進行受力校核:該機械手中水平角鋼總長L=1190mm豎直角鋼高度1253mm彈性模量200GPa角鋼所受外力F=圓形導(dǎo)軌的支撐單元的總重量+圓形導(dǎo)軌所承受的外力E,=66.6+22.52=89.12N-84下面查表3.9中56mm寬的角鋼I=13.18x10cm。(1)當(dāng)豎直氣缸運動到角鋼中間位置時(水平角鋼中間處受到一下拉的力)3FL39-8由撓度公式=-89.12x1.19/48x200x10x13.18x10,,,48EI-0.000128,所以這種情況符合條件(2)當(dāng)豎直氣缸運動到不是中間位置時(假設(shè)b=2L/3)3FL39-8由撓度公式=-89.12x1.19/48x200x10x13.18x10,,,48EI,-0.000128同樣，該撓度結(jié)果也滿足條件。結(jié)論，水平角鋼發(fā)生極度微小的角度變形，可以忽略不計，所以整個機架結(jié)構(gòu)滿足要求。以下為該等邊角鋼結(jié)構(gòu)圖及規(guī)格數(shù)據(jù)圖表:3221角鋼的規(guī)格和外形尺寸表3.3.11機械手支架的定位設(shè)計與計算該定位結(jié)構(gòu)由兩部分組成。第一部分，取長56mm的角鋼，即長和寬都是56mm，該角鋼上兩面各有一個通孔，如下圖所示:圖3.14帶孔角鋼的外形結(jié)構(gòu)圖3.14中直徑為6mm的通孔是角鋼與角鋼之間的連接，通過M6的螺栓連接，讓長度56mm的角鋼上具有直徑10mm的那一面水平朝下，并且該面和機械手整體支架的架腳角鋼形成輔助定位的效果，這樣通過螺栓固定好兩角鋼好，機械手整體支架的四個角就類似于每個角下端都固定了一塊中間帶直徑10mm孔的小平板。第二部分，該部分是帶孔角鋼與機床墊鐵的連接，選用墊鐵，是因為墊鐵與本設(shè)計任務(wù)的情況很滿足，而且它的結(jié)構(gòu)簡單，拆卸方便。墊鐵可分為機床調(diào)整墊鐵，機床減震(防震)墊鐵，機床防震墊鐵。墊鐵是放于機械下面，支撐機械重量，據(jù)有減震，支撐的作用，常見的用于數(shù)控機床。墊鐵主要型號:s78-10,s78-9,s78-7,s78-6。其中S78-10,S78-9,為減震可調(diào)墊鐵，s78-6為可調(diào)墊鐵，s78-7為減震墊鐵。減震橡膠有效的衰減機器自身的振動，減少振動力外傳，阻止振動力的傳入，保證加工尺寸精度及質(zhì)量，控制建筑物結(jié)構(gòu)諧振傳播振動力33和噪音。使粗、精加工各類機床組成生產(chǎn)單元，適應(yīng)物流技術(shù)的發(fā)展。安裝機床不需設(shè)置地腳螺栓與地面固定，良好的減振和相當(dāng)?shù)拇怪睋隙龋箼C床穩(wěn)定于地面，節(jié)省安裝費用，縮短安裝周期?？筛鶕?jù)生產(chǎn)隨時調(diào)換機床位置，消除二次安裝費用，使機床樓上安裝成為可能。機床防震墊鐵使用方法也很簡單，將所需墊鐵放入機床地腳孔下，穿入螺栓，旋至和承重盤接觸實，然后進行機床水平調(diào)節(jié)(螺栓順時針旋轉(zhuǎn)，機床升起);調(diào)好機床水平后，旋緊螺母，固定水平狀態(tài)。因為橡膠的蠕變現(xiàn)象，在墊鐵第一次使用時，兩星期以后調(diào)節(jié)一次機床水平。既于以上減震墊鐵的優(yōu)勢，我選擇了S78-5系列機床減震墊鐵，下圖3.22是我所選用墊鐵的外形結(jié)構(gòu):圖3.22S78-5系列的機床減震墊鐵圖3.23S78-5系列的機床減震墊鐵基本尺寸由圖3.23數(shù)據(jù)可知，單個減震墊鐵承載負(fù)載的能力為800N,本機械手中總共有四個角，所以總承受負(fù)載的能力為3200N，換算成重量的話M=3200/9.8=326.5Kg,足夠滿足所具有的重量，所以符合條件。344機械手的穩(wěn)定性分析機械手實現(xiàn)的動作:下降——停止——吸料——上升——停止——右移——停止——再下降——停止——松料——再上升——停止——左移(回到初始位置)，這樣就剛好實現(xiàn)物料輸送的一次全過程。4.1機械手上升、下降過程的穩(wěn)定性分析機械手的下降過程是由豎直方向上的氣缸完成的，氣缸的選用按照了國家的標(biāo)準(zhǔn)，而且所選的氣缸足夠提升起該密封墊零件，所以只要氣缸正常，不會出現(xiàn)中途卡斷現(xiàn)象。該氣缸的活塞桿連接吸盤的定位支架，并通過螺母固定，而支架上又通過螺母連接方式使六角雙頭螺栓固定在支架上。通過等徑三通接口的組合式氣動管接頭，一端與六角雙頭螺栓連接，另一端與吸盤螺紋連接，還有一端與真空發(fā)生器通過來的氣管相連接，這樣下來，該部分的機械結(jié)構(gòu)是環(huán)環(huán)相扣，穩(wěn)定性很高，安全性也相當(dāng)高。而且該結(jié)構(gòu)具有拆裝性，拆裝非常方便，萬哪個零件出了問題，可以及時方便的拆卸并安裝，減少經(jīng)濟損失。4.2機械手吸料過