加工中心機(jī)械手結(jié)構(gòu)與控制部分設(shè)計(jì)概述

加工中心機(jī)械手結(jié)構(gòu)及控制部分設(shè)計(jì)概述作者：日期：摘

要機(jī)械手是自動(dòng)換刀裝置中主要工具，擔(dān)負(fù)著把刀庫(kù)中的刀具傳送到主軸上，然后把主軸上不用的刀具快速返回刀庫(kù)中。思路是用機(jī)械手的動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)加工中心的換刀，機(jī)械手的轉(zhuǎn)動(dòng)是用回轉(zhuǎn)液壓缸運(yùn)來(lái)完成的，它的動(dòng)力是由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。加工中心自動(dòng)換刀裝置，一般是由刀庫(kù)和機(jī)械手組成，它是加工中心的象征，又是加工中心成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。各加工中心制造廠家都在下大力研制動(dòng)作迅速、可靠性高的自動(dòng)換刀裝置，以求在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中取得好效益，自動(dòng)換刀裝置是加工中心的重要內(nèi)容，各廠家保密，很少公開(kāi)相關(guān)資料，尤其是機(jī)械手部分更是如此。這些機(jī)械手的拔刀、插刀動(dòng)作，大都由油缸動(dòng)作來(lái)完成。根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，可以采用油缸動(dòng)，活塞固定；或活塞動(dòng)，油缸固定的形式。整個(gè)機(jī)械手由機(jī)械臂伸縮機(jī)構(gòu)，機(jī)械爪開(kāi)合機(jī)構(gòu)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及裝卸刀具直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。

關(guān)鍵詞：加工中心；機(jī)械手；刀庫(kù)；機(jī)械臂

AbstractManipulatorisautomaticallychangetooldevicethemaintooltoexchangetool,itbearsontheknifelibraryonthetooltospindle,andthenthespindlehasusedtoolreturnstasksontoolstore.Designideaistouserobotstoachievetheactionmachiningcenter,therotationofthemanipulatorchangecuttersareshippedturnhydrauliccylinder,itspowerisrealizedbydrivesystemimplementation.Machiningcenter,theautomaticcutterreplacementdeviceisusuallycomposedbyknifelibraryandmanipulator,itisthesymbolofprocessingcenter,itiscrucialtothesuccessoftheprocessingcenterlink.Sotheprocessingcentermanufacturesaredevelopedrapidlynextvigorously,highreliabilityofaction,inordertobeautomaticcutterreplacementdeviceinthefiercecompetitionandachievedgoodbenefit,automaticallychangetooldeviceisthecorecontentofmachiningcenter,themanufacturersareconfidential,seldompubliclyaboutmaterial,especiallymanipulatorpartisevenmoreso.Thismanipulator,asword,insertedknifeactionbyoilcylinderactionmostlytofinish.Accordingtothestructuralrequirement,canuseoilcylindermove,pistonfixed;Orthepistonmove,oilcylinderfixedstructure.Thewholemanipulator,bymechanicalarmtelescopicinstitutionofmechanicalclawopening-closinginstitutions,rotaryinstitutionsandloadingandunloadingtoollinearmotionmechanismcomposition.

Keywords:machiningcentre；manipulator；magazinetool；mechanicalarm目錄1緒論 12機(jī)械手主要參數(shù) 22.1主要參數(shù) 22.2規(guī)格參數(shù) 23機(jī)械手總體設(shè)計(jì) 43.1機(jī)械手的布局形式 43.2機(jī)械手的設(shè)計(jì)內(nèi)容 44機(jī)械手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 54.1機(jī)械手手部機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 54.2機(jī)械手手部類(lèi)型 54.3機(jī)械手手臂的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 64.3.1手臂的直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 74.3.2手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 84.3.3導(dǎo)向裝置 85機(jī)械手主要部件設(shè)計(jì)計(jì)算 105.1機(jī)械手裝刀與卸刀伸縮時(shí)驅(qū)動(dòng)計(jì)算 105.1.1粗算機(jī)械手手部質(zhì)量 115.1.2計(jì)算單臂液壓缸的質(zhì)量: 115.1.3手臂伸縮運(yùn)動(dòng)的慣性力 145.1.4手臂伸縮時(shí)驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式 145.1.5轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 145.1.6計(jì)算絲桿驅(qū)動(dòng)力矩 196機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 226.1

液壓系統(tǒng)的簡(jiǎn)介 226.2機(jī)械手液壓系統(tǒng)的控制回路 226.3液壓系統(tǒng)的組成 226.3.1

壓力控制回路 226.3.2

速度控制回路 236.3.3

方向控制回路 246.4

機(jī)械手液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 246.5機(jī)械手手爪伸縮油缸設(shè)計(jì) 246.5.1確定油缸直徑 246.6油缸臂原的設(shè)計(jì) 256.6.1活塞桿的計(jì)算 256.7手臂回轉(zhuǎn)油缸選擇 256.8滑座伸縮油缸設(shè)計(jì)計(jì)算 256.9活塞桿直徑的計(jì)算 266.10絲杠升降時(shí)液壓馬達(dá)參數(shù)，規(guī)格的選定 266.11油缸的泄露與密封 266.11.1機(jī)械手往復(fù)運(yùn)動(dòng)油缸的密封圈 266.12.2回轉(zhuǎn)油缸的密封與泄露 266.13液傳動(dòng)機(jī)械手的緩沖與定位精度 276.13.1機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)與定位精度 276.13.2油缸緩沖裝置 276.13.3回轉(zhuǎn)油缸緩沖裝置 276.13.4液壓機(jī)械手定位 276.14機(jī)械手液壓控制閥的選擇 276.15管件的選擇 287機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 297.1pc控制范圍與現(xiàn)象 297.2確定pc控制圖 307.3可編程序控制器的維護(hù)和安裝 307.3.1pc安裝避免的場(chǎng)合 307.3.2連線 30參考文獻(xiàn) 33總結(jié) 34致謝 351緒論加工中心換刀機(jī)械手的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)手架伸縮和旋轉(zhuǎn)，手指夾緊，手臂伸縮，自由度分析，系統(tǒng)設(shè)計(jì)，確定驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，手指夾緊力的分析，關(guān)鍵部位的校核。能模仿人手和手臂的某些動(dòng)作功能，按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門(mén)。機(jī)械手的種類(lèi)，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專(zhuān)用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)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(méi)有獨(dú)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(mén)操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱(chēng)為機(jī)械手。機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。近年來(lái)，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門(mén)的重視，并越來(lái)越廣泛地得到了應(yīng)用，例如：1.機(jī)床加工工件的裝卸，特別是在自動(dòng)化車(chē)床、組合機(jī)床上使用較為普遍。2.在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來(lái)裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中它可以用來(lái)組裝零部件。3.可在勞動(dòng)條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動(dòng)。4.可在危險(xiǎn)場(chǎng)合下工作，如軍工品的裝卸、危險(xiǎn)品及有害物的搬運(yùn)等。5.宇宙及海洋的開(kāi)發(fā)。2機(jī)械手主要參數(shù)2.1主要參數(shù)1、抓重一般10公斤左右。2、自由度與坐標(biāo)形式根據(jù)具體情況。3、運(yùn)動(dòng)速度根據(jù)生產(chǎn)拍節(jié)的長(zhǎng)短，精度，生產(chǎn)平穩(wěn)性。4、行程范圍坐標(biāo)形式，抓重大小，使用性能，驅(qū)動(dòng)方式有關(guān)，一般為500～1000毫米內(nèi)。2.2規(guī)格參數(shù)1、抓重2、自由度與坐標(biāo)形式3、運(yùn)動(dòng)參數(shù)4、定位5、驅(qū)動(dòng)6、手指的握力7、接受信號(hào)8、程序編程9、質(zhì)量10、輪廓數(shù)據(jù)3機(jī)械手總體設(shè)計(jì)3.1機(jī)械手的布局形式加工中心自動(dòng)換刀機(jī)械手是機(jī)床的一部分，所以存在機(jī)械手與機(jī)床的位置關(guān)系的合理性。本次設(shè)計(jì)為臥式加工中心機(jī)械手的設(shè)計(jì)。由于機(jī)床主軸水平放置，需要機(jī)械手將刀具直接送到機(jī)床主軸中心線上，機(jī)床的夾緊裝置為立即夾緊。刀庫(kù)為四排六十把刀，機(jī)械手需要放置在刀庫(kù)和機(jī)床主軸之間，抓刀后回轉(zhuǎn)180度，本設(shè)計(jì)機(jī)械手采用固定的落地式機(jī)械手。3.2機(jī)械手的設(shè)計(jì)內(nèi)容1、機(jī)械手的移動(dòng)形式機(jī)械手應(yīng)該具備回轉(zhuǎn)，上下移動(dòng)，滑座和手臂的伸縮，所以四個(gè)自由度才能實(shí)現(xiàn)刀具從刀庫(kù)移出精確定位到主軸上。如圖3.1圖3.1機(jī)械手運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖2、機(jī)械手的坐標(biāo)形式機(jī)械手位于機(jī)床刀具與主軸之間，所以需要占地面積較小，機(jī)構(gòu)應(yīng)該簡(jiǎn)單，然而主軸與刀具之間距離達(dá)到了1140毫米機(jī)械手回轉(zhuǎn)中心在主軸與刀庫(kù)中間，因此機(jī)械手的活動(dòng)范圍比較大，并且機(jī)械手的定位精度較高為了能夠準(zhǔn)確卸刀與裝刀，綜上所述，選用圓柱坐標(biāo)比較合理。3、機(jī)械手的參數(shù)確定a、抓重一般額定抓重有1，1.6，2.5，4，6.3，10，25，40，63，100參照基本關(guān)系確定抓重手部夾緊力的計(jì)算如圖3.2圖3.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖按公式N=0.5G確定抓重。即:N=0.5X15=7.5kg=75NN-機(jī)械手夾緊力NG-刀具質(zhì)量kg刀庫(kù)中的刀具最大質(zhì)量15kg，所以?shī)A緊力G為75N，機(jī)械手手指的夾緊用彈簧實(shí)現(xiàn)，所以?shī)A緊力為彈簧的拉伸力。按額定抓重選大于10kg的彈簧力的彈簧。機(jī)械手手部機(jī)構(gòu)見(jiàn)機(jī)械圖第四頁(yè)。b、機(jī)械手自由度有4個(gè)，坐標(biāo)形式為圓柱坐標(biāo)形式。c、機(jī)械手行程機(jī)械手升降行程1260mm，機(jī)械手手部伸縮最大行程195mm，滑座伸縮行程155mm，旋轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)角0～180°。d、機(jī)械手運(yùn)動(dòng)參數(shù)機(jī)械手速度范圍如下:伸縮速度50mm/s～500mm/s上升速度40mm/s～500mm/s下降速度80mm/s～800mm/s回轉(zhuǎn)速度30°/s～90°/s加速度最大值5m/s∧2減速度最大10m/s∧2為了確保機(jī)械手運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)精確，機(jī)械手各部分速度上升速度0.3m/s下降速度0.3m/s滑座伸縮0.2m/s轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)60°/s滑座伸縮0.2m/s加速度2m/s2回轉(zhuǎn)角速度10rad/s2f、機(jī)械手定位精度定位精度±0.2mmg、控制方式可編程控制器h、位置檢測(cè)行程開(kāi)關(guān)與微動(dòng)開(kāi)i、驅(qū)動(dòng)方式液壓4機(jī)械手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1機(jī)械手手部機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求手部設(shè)計(jì)要求:夾緊力適中，有足夠的開(kāi)合范圍，不宜磨損工件，穩(wěn)定變形小。機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，質(zhì)量輕。并且手指有一定的剛度和強(qiáng)度。4.2機(jī)械手手部類(lèi)型機(jī)械手手部簡(jiǎn)圖如圖4.1，采用了手指回轉(zhuǎn)型彈簧傳力機(jī)構(gòu)。由活動(dòng)抓1與固定抓7構(gòu)成，并且活動(dòng)抓1可以繞2進(jìn)行回轉(zhuǎn)，其中另一端在彈簧塞6作用下，支靠于銷(xiāo)3上，調(diào)整螺釘5保持手部適當(dāng)?shù)膴A緊力，鎖緊銷(xiāo)4使活動(dòng)抓1牢固抓緊刀柄，為了防止刀具松動(dòng)，鎖緊銷(xiāo)4可以軸向移動(dòng)，放松活動(dòng)抓1為了方便插刀或從刀柄V型槽中退出。成45°一個(gè)手臂抓新刀，另一個(gè)手臂抓舊刀，手部的直線運(yùn)由液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。機(jī)械手采用了雙臂交叉式機(jī)械手，它是由卸刀手和裝刀手構(gòu)成，二手臂可以往返運(yùn)動(dòng)，并交叉。圖4.1機(jī)械手手部機(jī)構(gòu)圖4.3機(jī)械手手臂的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械手手臂的作用是將工件傳送到指定位置上，手臂一般有3個(gè)自由度，手臂的伸縮，升降和回轉(zhuǎn)。手臂的伸縮由滑座與直線運(yùn)動(dòng)液壓缸實(shí)現(xiàn)的，手臂的升降是由立柱與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，手臂的回轉(zhuǎn)由導(dǎo)柱和擺動(dòng)液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此機(jī)械手采用雙臂交叉式機(jī)械系，如圖4.2所示。圖4.2手臂結(jié)構(gòu)圖4.3.1手臂的直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)直線往返運(yùn)動(dòng)采用液壓驅(qū)動(dòng)的活塞缸，活塞缸優(yōu)點(diǎn)體積下，質(zhì)量輕傳動(dòng)平穩(wěn)。機(jī)械手伸縮運(yùn)動(dòng)參考圖紙第4頁(yè)，機(jī)械手伸縮運(yùn)動(dòng)液壓缸采用活塞桿固定，液壓缸帶動(dòng)機(jī)械手往返運(yùn)動(dòng)。油路通過(guò)回轉(zhuǎn)架和支座引入液壓缸。液壓缸二端都有節(jié)流緩沖回路。液壓油進(jìn)入液壓缸前腔與后腔時(shí)，剛體帶動(dòng)卡爪前后運(yùn)動(dòng)。前后位置有調(diào)整螺釘，可觸動(dòng)微型開(kāi)關(guān)，方便執(zhí)行下一個(gè)運(yùn)動(dòng)。機(jī)械手水平滑座伸縮由液壓缸來(lái)完成的采用活塞固定，液壓缸做直線運(yùn)動(dòng)，油路采用活塞桿內(nèi)走管，為了減小工作油腔的體積，使結(jié)構(gòu)緊湊。手臂升降機(jī)構(gòu)采用滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)。滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)有位移有較高的準(zhǔn)確性，且為連續(xù)的接觸，精度保持性好，傳動(dòng)沖擊小，驅(qū)動(dòng)力矩小，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，壽命長(zhǎng)，無(wú)噪音，螺旋升角小，可將螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)。絲杠支撐一端采用角接觸球軸承與止推軸承，承受軸向力，另外一端采用深溝球軸承。滾珠絲杠為內(nèi)循環(huán)方式，內(nèi)反向器實(shí)現(xiàn)滾珠循環(huán)，反向器采用圓柱鍵反向器。螺母內(nèi)進(jìn)出口裝有擋珠器，螺母外裝有套筒。滾珠絲杠消除間隙與預(yù)緊采用雙螺母法。調(diào)整墊片厚度也可以用來(lái)消除間隙與預(yù)緊。4.3.2手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械手手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)一般選用葉片式回轉(zhuǎn)油缸，連桿，鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等。機(jī)械手手臂采用單葉片回轉(zhuǎn)油缸，優(yōu)點(diǎn)回轉(zhuǎn)角一般小于360°結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，可以得到無(wú)極變速的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。擺動(dòng)液壓缸的定片固定于缸蓋上，隔板固定在剛體上，當(dāng)有壓力油通入后，在液壓作用下液壓缸帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸和液壓缸用雙鍵鏈接，左端和機(jī)械手回轉(zhuǎn)固定，轉(zhuǎn)軸正轉(zhuǎn)180°時(shí)碰觸微動(dòng)開(kāi)關(guān)，發(fā)出信號(hào)，在完成下一個(gè)動(dòng)作。轉(zhuǎn)軸內(nèi)部有四條油路通向回轉(zhuǎn)架，引到卸刀手與裝刀手中，采用內(nèi)部走管使機(jī)構(gòu)整齊緊湊。滾珠絲杠的制動(dòng)采用牙嵌式定位離合器實(shí)現(xiàn)的，離合器與絲杠之間傳遞用齒輪來(lái)完成的，并且大小齒輪比為3:1,原因是為了與預(yù)先制定機(jī)械手升降從一排刀庫(kù)換刀位置之間的距離為420mm，絲杠導(dǎo)程10mm，所以絲杠要轉(zhuǎn)動(dòng)42圈，大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)14圈。定位離合器上部和下部的端齒只有一個(gè)嚙合位置，這樣才能使絲杠準(zhǔn)確聽(tīng)了在換刀位置。4.3.3導(dǎo)向裝置機(jī)械手手臂進(jìn)行伸縮與升降運(yùn)動(dòng)時(shí)，為保證手部準(zhǔn)確方向，增加手臂剛度，防止手臂繞著軸線方式轉(zhuǎn)到，使活塞桿不用承受較大的彎曲力矩，所以手臂機(jī)構(gòu)采用導(dǎo)向裝置。機(jī)械手升降運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向裝置采用雙導(dǎo)向柱形式，以便手臂受力均衡，裝配在手臂升降機(jī)構(gòu)兩側(cè)。水平滑座的伸縮運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向裝置是V形導(dǎo)軌。V形導(dǎo)軌的精確度與導(dǎo)向性較高，當(dāng)導(dǎo)軌有磨損后會(huì)自動(dòng)下沉來(lái)補(bǔ)償磨損量，導(dǎo)軌間隙的調(diào)整依靠導(dǎo)軌上的螺釘來(lái)完成。卸刀和裝刀的液壓缸伸縮運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向采用燕尾導(dǎo)軌。燕尾導(dǎo)軌優(yōu)點(diǎn)接觸面積小，間隙調(diào)整方便，可承受顛覆力矩。該導(dǎo)軌間隙采的調(diào)整采用沿導(dǎo)軌方向發(fā)布的四個(gè)調(diào)整螺釘來(lái)實(shí)現(xiàn)。5機(jī)械手主要部件設(shè)計(jì)計(jì)算5.1機(jī)械手裝刀與卸刀伸縮時(shí)驅(qū)動(dòng)計(jì)算機(jī)械手伸縮受力如圖5.1機(jī)械手采用液壓傳動(dòng)，忽略密封裝置的摩擦阻力，系統(tǒng)背壓力用一個(gè)參數(shù)表示圖5.1機(jī)械手伸縮運(yùn)動(dòng)受力圖式中:kf—摩擦情況系數(shù),kf=(1+2ll0)fI—啟動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)移動(dòng)部件含有抓重的重心移動(dòng)方向到導(dǎo)向裝置前端或者是導(dǎo)向裝置的前支撐中心距離。f—摩擦系數(shù)I0—導(dǎo)向裝置寬度或者是到鄉(xiāng)裝置的后端支撐中心到錢(qián)支撐中心距離：ka—工作情況系數(shù)，公式ka=ag+sina—啟動(dòng)時(shí)手臂運(yùn)動(dòng)的最大加速度cm/s2;kp—背壓力情況系數(shù)，存在kp=1，不存在kp=-1;ks—安全系數(shù)，ks=1.5～3,液壓驅(qū)動(dòng)時(shí)取較小值;t—啟動(dòng)時(shí)間，t=0.01～0.53s;G—包括抓重在捏的伸縮部分質(zhì)量（kgf）;pec啟動(dòng)運(yùn)動(dòng)的慣性力，pe=GVgtv—伸縮運(yùn)動(dòng)的速度;g—重力加速度:g=981cm/s2;θ—伸縮運(yùn)動(dòng)的手臂軸線向上水平面以上傾斜角度5.1.1粗算機(jī)械手手部質(zhì)量圖5.2粗算手部質(zhì)量圖粗算手部質(zhì)量，機(jī)械手部按三角形計(jì)算，如5.2，高h(yuǎn)=650mm，底長(zhǎng)a=520mm，寬度94mm，密度ρ=7.8×103kg/m3質(zhì)量m=ρa(bǔ)bh=7.8×103×0.52×0.65×0.5×0.094=120kg5.1.2計(jì)算單臂液壓缸的質(zhì)量:粗計(jì)算時(shí)按圖5.3所示，由于伸縮運(yùn)動(dòng)由液壓缸的運(yùn)動(dòng)完成的，因此機(jī)械手伸縮時(shí)間承受摩擦力為液壓缸同導(dǎo)軌和活塞之間的摩擦力。圖5.3液壓缸活動(dòng)構(gòu)建的質(zhì)量包括液壓缸包括液壓缸，機(jī)械手爪和刀具質(zhì)量。液壓缸質(zhì)量:mt=7.8×103×(0.0352-0.0252)×π×0.3=4.4kg圖5.4手爪部分質(zhì)量技術(shù)圖手爪部分質(zhì)量如5.4，手爪質(zhì)量m2=7.8×103×0.16×0.12×0.094=14kg刀具最大質(zhì)量m3=12kg圖5.5摩擦力計(jì)算圖手臂伸縮運(yùn)動(dòng)摩擦力公式為：F1=(u1+u2)Mgsin其中：F1—摩擦力u1u2—摩擦系數(shù)M—活動(dòng)件質(zhì)量，M=m1+m2+m3因此：M=m1+m2+m3=4.4+14+12=30.4kgu1=0.06活塞與液壓缸摩擦系數(shù)u2=0.08液壓缸與導(dǎo)軌摩擦系數(shù)θ=22.5°機(jī)械手上升摩擦力：F1=(u1+u2)Mgsinθ=(0.06+0.08)×30.4×9.81×sin與手臂運(yùn)動(dòng)方向相反的重量的分力公式：F2=Mgcos其中M=m1+m2+m3=30.4θ=22.5F2=Mgcosθ=2755.1.3手臂伸縮運(yùn)動(dòng)的慣性力Pe=GV液壓缸直線運(yùn)動(dòng)速度0.2m/s,啟動(dòng)時(shí)間0.2sPe=GVgt=30.4×9.81×0.25.1.4手臂伸縮時(shí)驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式：Pd=kskp(kf+ka)G+peKa=ag+sinθa=2m/s2θKa=ag+sinθ=29.81液壓系統(tǒng)存在背壓,背壓系數(shù)kp=1.1，安全系數(shù)ks=2移動(dòng)部件質(zhì)量：G=(m1+m2+m3)=30.4×9.81=298.2N慣性力pe=30.4N摩擦情況系數(shù):kf=(1+2ll0)f移動(dòng)部件重心到導(dǎo)向裝置前端距離I=140mm導(dǎo)向裝置寬度l0=240mm導(dǎo)軌和液壓缸間摩擦系數(shù)f=0.06θ=22.5°kf=（1+140240×2）×0.06驅(qū)動(dòng)力估算公式:Pd=kskp(kf+ka)G+pe=489.6N有因素影響取Pd=500N5.1.5轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算式：Md=（1.2～1.1）（Mm+Mp+Mg）Nm。Mm—轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)支撐處的摩擦力矩，公式：Mm=f2（N1D1+N2D2）Nmf—軸承摩擦系數(shù)，滑動(dòng)軸承f=0.01，滾動(dòng)軸承f=0.02。N1N2—軸承處的支反力N。D1D2—軸承直徑。Mp—克服工件重心偏置需要的力矩Mp=GeNm。G—工作質(zhì)量。e—偏心距。Mg—克服腕部啟動(dòng)時(shí)需要的慣性力矩Mg=JwtNmt—啟動(dòng)過(guò)程需要的時(shí)間。J—腕部回轉(zhuǎn)部件和回轉(zhuǎn)軸心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。w—腕部回轉(zhuǎn)角速度。驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算簡(jiǎn)圖5.65.6驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算簡(jiǎn)圖1.計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)軸質(zhì)量及相對(duì)轉(zhuǎn)軸軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量6.7計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖6.7可按實(shí)體圓柱體計(jì)算，可參考機(jī)械圖第2頁(yè)，轉(zhuǎn)軸質(zhì)量：m=ρv=7.8×103×π×0.352×0.47=14.1kg相對(duì)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣力:J1=m2R2=14.12×0.0352=8.57×102.計(jì)算機(jī)械手臂支架轉(zhuǎn)動(dòng)慣量手臂支撐架的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算圖圖6.8圖6.8轉(zhuǎn)到慣量計(jì)算簡(jiǎn)圖手臂支撐架形狀可以簡(jiǎn)化為等腰三角形，質(zhì)量120kg，手臂支架質(zhì)心位置計(jì)算式h,=13h,其中b520mm,h=650所以h,=13手臂支撐架轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：Jc=m4h2+3b參照機(jī)械圖第四頁(yè)可知s=80mm。手架質(zhì)心相對(duì)轉(zhuǎn)軸中心線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算式：Jc，=Jc+me2=4.72kgm23.計(jì)算工件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以簡(jiǎn)化成圓柱形，最大刀桿直徑d=125mm，因此J2,=12m2R2=12×12(0.1252工件對(duì)轉(zhuǎn)軸中心線轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算式：工作中心線對(duì)轉(zhuǎn)軸中心線的偏向距見(jiàn)圖6.8：e=570mm于是J2=J2,+me2=0.023+12×0.572=3.92kgm2估算回轉(zhuǎn)部件對(duì)轉(zhuǎn)軸中心線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：J=J1+Jc，+J2=8.64kgm2算出手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)時(shí)慣性力矩：Mg=Jwtw=0.52rad/s，Mg=Jwt=9.04（1）計(jì)算手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件與工件偏重對(duì)轉(zhuǎn)軸偏重力矩公式：U=G1e1+G2e2G1手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件質(zhì)量e1手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件中心對(duì)轉(zhuǎn)軸周縣偏心距G2工件質(zhì)量e2工件中心對(duì)轉(zhuǎn)軸周縣偏心距圖5.8可知：e1=130mme2=570mm偏重力矩up=G1e1+G2e21200×0.13+120×0.57=224.4Nm（2）計(jì)算手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸徑處摩擦阻力矩：參照?qǐng)D6.8和機(jī)械圖第2頁(yè)和第四頁(yè)可知L=300mmL1=220mmL3=150DA=DB=35mmL2=120mmG1=1200NG2=120NG3=14.1NNA=GNB=G因此計(jì)算摩擦阻力矩，由于用的是滾動(dòng)軸承，所以f=0.01Mm=f2(NADB+NBDA)=12×0.01×(587.2(3)計(jì)算驅(qū)動(dòng)力矩：Md=1.2×(Mm+Mp+Mg)=1.2×(0.136+224.4+9.04)=280Nm(4)估算負(fù)載質(zhì)量伸縮油缸帶動(dòng)手臂的質(zhì)量在計(jì)算的時(shí)候簡(jiǎn)化成矩形，見(jiàn)圖5.9參考5.9與機(jī)械圖第3頁(yè)與第四頁(yè):b=140mmh=160mml=520mm估算其質(zhì)量為：m=bhlρ=0.14×0.16×0.52×7.8×103=90.8kg有機(jī)械圖知伸縮活塞桿長(zhǎng)380mm，直徑為22mm，計(jì)算質(zhì)量為：m桿=π4d2l由機(jī)械圖知道回轉(zhuǎn)軸的軸徑為70mm，長(zhǎng)為380mm，估算其值為：m軸=π4d2l由圖6.9實(shí)際驅(qū)動(dòng)質(zhì)量減去此二部分質(zhì)量m，=m-m桿-m軸=90.8-1.12-30.02=59.6kgm=m，+m1+m軸+m手其中m1工件最大反差m=m，+m1+m軸+m手=200.23kg(5)估算滑座伸縮驅(qū)動(dòng)力，計(jì)算公式為：Pd=kskp(kf+ka)Gkf=(1+2ll0)f參考機(jī)械圖第l=155mml0=540mm由于導(dǎo)軌間摩擦力有潤(rùn)滑油，取f=0.06kf=（1+22×155540）×ka=aga=2m/ska=ag=29.81=0.20取kp=1.1k因此pd=1143.4N5.1.6計(jì)算絲桿驅(qū)動(dòng)力矩1.絲杠計(jì)算載荷FC=KFKHKlFm其中：KF載荷系數(shù)取KF=1.2KH硬座系數(shù)取KH=1.12Kl短行程系數(shù)取Kl=1Fm平均軸向載荷Fm=2530N絲杠計(jì)算載荷為3400N2.絲杠額定動(dòng)載荷Ga，=3nlGa，額定動(dòng)載荷n絲杠轉(zhuǎn)速n=100r/minL,h運(yùn)轉(zhuǎn)壽命h設(shè)計(jì)壽命L,h=1.6×105hGa，=3nlh,1.67×104選用GQ50X10-B型，dm=50mm,螺距p=10mm鋼球直徑Dw=5.95mm，螺旋升角φ=3°39,,Ca=31200n,查表可知rs=0.52Dw=0.52e=0.707×(rs-Dw2)螺杠小直徑：d1=dm+2e-2rs=43.98mm絲杠的驅(qū)動(dòng)力矩：Tq=T1+T2+Tp其中：Tq絲杠驅(qū)動(dòng)力矩T1絲杠螺旋副摩擦力矩T1=Fmdm2tg（φ+ρ公式中：Fm作用于螺旋上軸向力Φ螺旋升角Φ=3°Ρv當(dāng)量摩擦角ρv=8.4..T1=Fmdm2tg（φ+ρv支撐面的摩擦力矩：T2=FmfT2支撐面摩擦力矩f摩擦系數(shù)取f=0.06d3d4支撐面的內(nèi)外徑d3=35T2=Fmfd3偏重力矩圖TP=ρhh-承受偏重力矩支撐處的距離t—啟動(dòng)過(guò)程需要的時(shí)間f-承受偏重力矩支撐處的靜摩擦系數(shù)取f=0.08d-絲杠直徑取d=0.05mG-回轉(zhuǎn)部件總重量取G=2530ρ-升降部件重心到回轉(zhuǎn)軸線距離取ρ=0.2mm參考機(jī)械圖第一頁(yè)可知：h=0.205mmP=ρh絲杠驅(qū)動(dòng)力矩:Tq=T1+T2+Tp=16.6Nm5.絲杠穩(wěn)定性驗(yàn)算:參考機(jī)械圖第1頁(yè)可知，絲杠的該行程I=1300mm穩(wěn)定性公式:Fcr=πFcr-臨界載荷E-絲杠材料的彈性模量取E=2.06×105N/mm2Ia-危險(xiǎn)截面的慣性矩Ia=1.84×105N/mm4u-長(zhǎng)度系數(shù)取u=2Fcr=3.142×2.06×105×1.84×有FcrFm6.絲杠剛度驗(yàn)算：公式δs=16T1Sδs-導(dǎo)程彈性變形量s-導(dǎo)程s=p=10mmG-螺杠材料變形模量鋼材料取G=8.33×104N/mm2d1-螺紋小徑取d1=44mmE-彈性模量取E=2.06×105N/mm2δs=16T1S2π2δss=7.7×10-410=7.7×10-5<1.06機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.1

液壓系統(tǒng)的簡(jiǎn)介

機(jī)械手液壓傳動(dòng)是以有壓力油液作為傳遞動(dòng)力的工作介質(zhì)。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵的輸出壓力油，是將電動(dòng)機(jī)供給機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液壓力能。壓力油經(jīng)過(guò)管道和一些控制調(diào)節(jié)的裝置等進(jìn)入油缸，推動(dòng)活

塞桿運(yùn)動(dòng)，使手臂作伸縮、升降的運(yùn)動(dòng)，油液的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。手臂在運(yùn)動(dòng)時(shí)所能克服摩擦的大小，及手部夾緊工件時(shí)所需要保持的握力大小，均與油液的壓力和活塞的有效工作面積有關(guān)。手臂做各種運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)速度取決于流入密封油缸中的油液容積的多少。這種借助于運(yùn)動(dòng)的壓力

油的容積變化來(lái)傳遞動(dòng)力的液壓傳動(dòng)稱(chēng)為容積式液壓傳動(dòng)，機(jī)械手的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)都屬于容積式液壓傳動(dòng)。6.2機(jī)械手液壓系統(tǒng)的控制回路

機(jī)械手的液壓系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)械手自由度的多少，液壓系統(tǒng)可繁可簡(jiǎn)，但是總不外乎由一些基本控

制回路組成。這些基本控制回路具有各種功能，如工作壓力的調(diào)整、油泵的卸荷、運(yùn)動(dòng)的換向，工作速度的調(diào)節(jié)以及同步運(yùn)動(dòng)等。

6.3液壓系統(tǒng)的組成

①液動(dòng)機(jī)

壓力油驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件對(duì)外工作部分。手臂做直線運(yùn)動(dòng)，液動(dòng)機(jī)就是手臂伸縮油缸。也有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液動(dòng)機(jī)一般叫作油馬達(dá)，回轉(zhuǎn)角小于

360°的液動(dòng)機(jī)，一般叫作回轉(zhuǎn)油缸。

②油泵

它供給液壓系統(tǒng)壓力油，將電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能，用這壓力油驅(qū)動(dòng)整個(gè)液壓系統(tǒng)工作。③控制調(diào)節(jié)裝置

各種閥類(lèi)，如單向閥、節(jié)流閥、溢流閥、順序閥、調(diào)速閥、減壓閥等，各起一定作用，使機(jī)械手的手臂、手腕、手指等能夠完成所要求的運(yùn)動(dòng)6.3.1

壓力控制回路

①

調(diào)壓回路

在采用定量泵液壓系統(tǒng)中，為控制系統(tǒng)最大工作壓力，一般在油泵的出口附近設(shè)置溢流閥，用它來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的壓力，并將多余油液溢流回油箱。

②減壓回路

為了使機(jī)械手的液壓系統(tǒng)局部壓力降低或穩(wěn)定，在要求減壓的支路前串聯(lián)上一個(gè)減

壓閥，以獲得比系統(tǒng)壓力更低壓力。

③

卸荷回路

在機(jī)械手的各油缸不工作時(shí)，油泵電機(jī)還沒(méi)停止工作的情況下，為減少油泵功率損耗，節(jié)省動(dòng)力，降低系統(tǒng)發(fā)熱，并使油泵在低負(fù)荷下工作，所以需要采用卸荷回路。此機(jī)械手主要采用二位二通電磁閥控制溢流閥的卸荷回路

④

平衡與鎖緊回路

在機(jī)械液壓的系統(tǒng)中，為了防止垂直機(jī)構(gòu)因自重而任意下降，可采用平衡回路將垂直機(jī)構(gòu)的自重給以平衡。為了使機(jī)械手手臂在移動(dòng)過(guò)程中停止在任意位置上，并防止因外力作用而發(fā)生位移，可采用鎖

緊回路，即將油缸的回油路關(guān)閉，使活塞停止運(yùn)動(dòng)并鎖緊。本機(jī)械手采用單向順序閥做平衡閥實(shí)現(xiàn)

任意位置鎖緊的回路。

⑤

油泵出口處接單向閥在油泵出口處接單向閥。其作用有二：第一是保護(hù)油泵。液壓系統(tǒng)工作時(shí)，油泵向系統(tǒng)供應(yīng)高壓油液，以驅(qū)動(dòng)油缸運(yùn)動(dòng)而做功。當(dāng)一旦電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，油泵不再向外供油，系統(tǒng)中原有的高壓油液具有一定能量，將迫使油泵反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)果產(chǎn)生噪音，加速油泵的磨損。在油泵出油口處加設(shè)單向閥后，隔斷系統(tǒng)中高壓油液和油泵時(shí)間的聯(lián)系，從而起到保護(hù)油缸的作用。第二是防止空氣混入系統(tǒng)。在停機(jī)時(shí)，單向閥把系統(tǒng)能夠和油泵隔斷，防止系統(tǒng)的油液通過(guò)油泵流回油箱，避免空氣混入，以保證啟動(dòng)時(shí)的平穩(wěn)性。6.3.2

速度控制回路

液壓機(jī)械手各種運(yùn)動(dòng)的速度的控制，主要是通過(guò)改變進(jìn)入油缸的流量Q?？刂品椒ㄓ袃深?lèi)：一類(lèi)，采用定量泵，利用調(diào)節(jié)節(jié)流閥通流截面來(lái)改變進(jìn)入油缸或油的馬達(dá)的流量；另一類(lèi)，采用變量泵，改變油泵供油量。本機(jī)械手采用的使定量油泵節(jié)流調(diào)速回路。根據(jù)各油泵運(yùn)動(dòng)速度要求，分別采用

LI

型單向節(jié)流閥、LCI型單向節(jié)流閥或著QI型單向調(diào)速閥等進(jìn)行調(diào)節(jié)。

節(jié)流調(diào)速閥的優(yōu)點(diǎn)是：簡(jiǎn)單可靠、調(diào)速范圍較大、價(jià)格便宜。其缺點(diǎn)是：有壓力和流量損耗，

在低速負(fù)荷傳動(dòng)時(shí)效率低，發(fā)熱大。

采用節(jié)流閥進(jìn)行節(jié)流調(diào)速時(shí)，負(fù)荷變化會(huì)引起油缸速度變化，其原因是負(fù)荷變化會(huì)引起節(jié)流閥

進(jìn)出油口的壓差變化，因而使通過(guò)節(jié)流閥的流量以至油缸的速度變化。

調(diào)速閥能夠隨負(fù)荷的變化而自動(dòng)餓調(diào)整和穩(wěn)定所通過(guò)的流量，使油缸運(yùn)動(dòng)速度不受負(fù)荷變化的

影響，對(duì)速度平穩(wěn)性要求較高的場(chǎng)合，宜用調(diào)速閥實(shí)現(xiàn)節(jié)流來(lái)調(diào)速。6.3.3

方向控制回路

在機(jī)械手液壓的系統(tǒng)中，為控制各油缸、馬達(dá)運(yùn)動(dòng)方向和接通或關(guān)閉油路，常采用二位二通、二位三通、二位四通電磁閥和液動(dòng)滑閥，由電控系統(tǒng)發(fā)出的電信號(hào)，控制電磁鐵操縱閥芯的換向，使

油缸及油馬達(dá)的油路換向，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和正反向轉(zhuǎn)動(dòng)。

目前在液壓系統(tǒng)中使用的電磁閥，按電源不同，可分為交流電磁閥（D型）和直流電磁閥（E型）兩種。交流電磁閥的使用電壓一般為

220V（也有380V或36V），直流電磁閥使用電壓一般為

24V（或110V）本機(jī)械手采用交流電磁閥。交流電磁閥起動(dòng)性能較好，換向時(shí)間短，接線簡(jiǎn)單，并且價(jià)廉，但是當(dāng)吸不上時(shí)容易燒壞，可靠性差，換向時(shí)有沖擊，允許換向頻率底，壽命較短。6.4

機(jī)械手液壓傳動(dòng)系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)圖繪制是設(shè)計(jì)液壓機(jī)械手的主要內(nèi)容之一。液壓系統(tǒng)圖是各種液壓元件為滿足機(jī)械手動(dòng)作要求的有機(jī)聯(lián)系圖。它通常由一些典型壓力控制、流量控制、方向控制回路加上一些專(zhuān)用的回路所組成。

繪制液壓系統(tǒng)圖的一般順序是：1.確定油缸和油泵，2.布置中間的控制調(diào)節(jié)回路和相應(yīng)的元件，以及其他的輔助裝置，從而組成整個(gè)液壓的系統(tǒng)，并用液壓系統(tǒng)圖形符號(hào)，畫(huà)出液壓的原理圖。6.5機(jī)械手手爪伸縮油缸設(shè)計(jì)6.5.1確定油缸直徑油缸直徑設(shè)計(jì)計(jì)算式：D=1.13ppp作用于活塞杠上總機(jī)械負(fù)載p1油缸工作壓力D油缸內(nèi)徑液壓系統(tǒng)壓力由加工中心總回路壓力確定，一般取值6.3N/mm2機(jī)械手總負(fù)載p=361N,考慮一些因素的影響，液壓缸的負(fù)載擴(kuò)大原來(lái)1.1～1.8倍，因此取p=3.61×1.5=541.5N則公式:D=1.13×pp1=43.61mm根據(jù)液壓臂原的計(jì)算可按公式：δ=p4+δ液壓缸臂厚p計(jì)計(jì)算壓力，p計(jì)=（1.2~1.3）PD油缸內(nèi)徑[δ]=11.20p計(jì)=1.2P=1.2×6.3=7.56N/mm2δ=p計(jì)D2[δ]=6.6油缸臂原的設(shè)計(jì)6.6.1活塞桿的計(jì)算活塞桿長(zhǎng)度應(yīng)該滿足于桿強(qiáng)度要求與運(yùn)動(dòng)要求，當(dāng)桿長(zhǎng)大于直徑15的桿，應(yīng)該驗(yàn)算穩(wěn)定性?；钊麠U強(qiáng)度計(jì)算可以約等于直桿拉伸強(qiáng)度計(jì)算。即：δ=pπ4×d2p活塞桿所受總的機(jī)械負(fù)載d活塞桿直徑[δ]活塞桿材料許用應(yīng)力取[δ]=1d≥4根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JB826-66,取標(biāo)準(zhǔn)值d=35mm活塞桿長(zhǎng)度與直徑的比為ld=20035=5.7≤15，因此不用檢驗(yàn)穩(wěn)定性6.7手臂回轉(zhuǎn)油缸選擇回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)油所需要的驅(qū)動(dòng)力矩M驅(qū)=280Nm，查手冊(cè)選用YM系列彈片回轉(zhuǎn)油缸，參數(shù):工件壓力：4~7MPa排角：90~1430ml/r扭矩：14~588.6Nm擺角：22~304rad/s6.8滑座伸縮油缸設(shè)計(jì)計(jì)算滑座伸縮所用驅(qū)動(dòng)力為p=1413N計(jì)算式:D=4pπ根據(jù)JB826-66可知，取標(biāo)準(zhǔn)D=40mmp計(jì)=1.2P=7.56MPa，δ=1100000N/mmδ=p計(jì)D2[δ]=7.37，取壁厚6.9活塞桿直徑的計(jì)算δ=pπ4×d≥4pπ[δ]p=1413[δ]=1.2×108N/mm根據(jù)TB826-66,取標(biāo)準(zhǔn)d=22mm6.10絲杠升降時(shí)液壓馬達(dá)參數(shù)，規(guī)格的選定油馬達(dá)規(guī)格參數(shù)選定應(yīng)根據(jù)工作需要，由已經(jīng)計(jì)算出絲杠驅(qū)動(dòng)力Tq=16.6Nm根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)選YM-A28B型葉片油馬達(dá)，參數(shù)：排量：28ml/r輸出扭矩：18.0Nm轉(zhuǎn)速:100~2000r/min工作壓力:6.3MPa6.11油缸的泄露與密封液壓機(jī)械手漏泄壓力下降，導(dǎo)致工作不穩(wěn)定。常用密封圈來(lái)完成密封，用來(lái)預(yù)壓和在工作時(shí)由于油壓的作用。6.11.1機(jī)械手往復(fù)運(yùn)動(dòng)油缸的密封圈對(duì)于往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的油缸來(lái)說(shuō)，泄露的主要原因是加工精度和光潔度不夠和密封裝置的不良?；钊透椎撵o密封主要用0型密封圈，當(dāng)為動(dòng)密封用0型和v型密封圈。0型密封圈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，摩擦小，密封良好，溝槽尺寸小的優(yōu)點(diǎn)。V型密封圈安裝在活塞與缸體和活塞與缸蓋的密封，注意支撐環(huán)必須面對(duì)壓力油方向。6.12.2回轉(zhuǎn)油缸的密封與泄露機(jī)械手回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于有間隙導(dǎo)致泄露，導(dǎo)致油液壓力降低，使輸出扭矩減小從而影響正?；剞D(zhuǎn)。回轉(zhuǎn)油缸的動(dòng)片與缸壁用螺釘連接，應(yīng)對(duì)動(dòng)片的三個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面和一定固定連接表面進(jìn)行密封。6.13液傳動(dòng)機(jī)械手的緩沖與定位精度6.13.1機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)與定位精度平穩(wěn)指機(jī)械手從啟動(dòng)到正常工作速度再?gòu)恼９ぷ魉俣冉?jīng)過(guò)制動(dòng)后到停止運(yùn)動(dòng)的過(guò)程速度突變過(guò)程。定位精度機(jī)械手重復(fù)搬運(yùn)物件到實(shí)際位置和給定位置所產(chǎn)生誤差。為了保持穩(wěn)定性和精度，應(yīng)該設(shè)置緩沖裝置。6.13.2油缸緩沖裝置活塞油缸緩沖裝置由活塞端部的柱塞和缸蓋的凹槽組成，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到使柱塞漸漸被排入凹槽，并將存在于緩沖油腔內(nèi)的油液經(jīng)過(guò)柱塞和凹槽間的縫隙或節(jié)流孔漸漸排出，油液被排出時(shí)，產(chǎn)生緩沖壓力，從而使活塞減速?？烧{(diào)式油缸端部緩沖裝置由單向閥和緩沖調(diào)節(jié)閥構(gòu)成。當(dāng)緩沖柱塞運(yùn)動(dòng)到封住環(huán)形槽時(shí)，緩沖油腔內(nèi)的油液，緩沖調(diào)節(jié)閥流回油缸，啟動(dòng)時(shí)油液由單向7進(jìn)入油腔，調(diào)節(jié)緩沖調(diào)節(jié)閥的螺釘，可以改變節(jié)流壓力，從而到達(dá)緩沖目的。6.13.3回轉(zhuǎn)油缸緩沖裝置擺動(dòng)油缸端部緩沖裝置易采用單向閥和節(jié)流閥組成。6.13.4液壓機(jī)械手定位它的定位一般有電氣定位系統(tǒng)和機(jī)械定位，本次設(shè)計(jì)用電氣定位系統(tǒng)，但回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)由螺釘調(diào)節(jié)后定位，其他的采用行程開(kāi)關(guān)來(lái)檢查位置，從而來(lái)控制電磁閥的通斷，最終切斷油路從使機(jī)械手定位。6.14機(jī)械手液壓控制閥的選擇為了調(diào)節(jié)各回路的流量以控制和改變執(zhí)行元件的速度，回路均設(shè)有單向節(jié)流閥。方向控制閥由三位四通電磁換向閥構(gòu)成?；芈分袨榱丝刂朴捅玫妮敵鰤毫Γ惭b有溢流閥。為了避免液壓器件的突然換向引起的液壓沖擊及脈動(dòng)壓力和補(bǔ)償系統(tǒng)的泄露。電磁換向閥選用2400—B8C型電磁換向閥，技術(shù)規(guī)格 :電源電壓:220V通徑:10mm額定壓力:14Mpa允許臂壓:6.3Mpa額定流量:22l/min單向節(jié)流閥選用LDF型單向節(jié)流閥，技術(shù)規(guī)格:質(zhì)量:1.5kg通徑:10mm扭矩:120Nm最低調(diào)節(jié)壓力:0.6～3.0Map 為了延長(zhǎng)使用時(shí)間，應(yīng)該在回路中安裝濾油器。 濾油器選用線隙式濾油器，技術(shù)要求:型號(hào):XU—JI0X80通徑:10mm流量:10I/min過(guò)濾情況:80um為了防止空氣流入油泵和油泵停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)液壓油流入油泵，因此裝單向閥，單向閥選用DIF—L10H1型，技術(shù)規(guī)格:通徑:10mm額定流量:25I/min 額定壓力:21Map6.15管件的選擇運(yùn)動(dòng)部件中的管道選用膠管形式。7機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)本次機(jī)械手設(shè)計(jì)系統(tǒng)選用可編程器控制機(jī)械手運(yùn)動(dòng)pc優(yōu)點(diǎn)組合靈活擴(kuò)展方便抗干擾性強(qiáng)，可靠性高機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便控制程序可變，良好的柔性7.1pc控制范圍與現(xiàn)象選用pc控制原因機(jī)械手環(huán)境較差，安全性也可靠性高，開(kāi)關(guān)多機(jī)械手運(yùn)動(dòng)順序：主軸準(zhǔn)停信號(hào)發(fā)出機(jī)械手上升尋刀刀庫(kù)發(fā)信號(hào)機(jī)械手停止在被選刀換刀位置裝刀手伸出抓刀滑座伸出拔刀裝刀手縮回滑座縮回轉(zhuǎn)軸正轉(zhuǎn)機(jī)械手上升到主軸換刀位置卸刀手伸出拔刀滑座伸出拔刀卸刀手縮回裝刀手伸出滑座縮回裝刀裝刀手縮回轉(zhuǎn)軸反轉(zhuǎn)機(jī)械手下降歸位機(jī)械手運(yùn)動(dòng)開(kāi)關(guān)量順序控制，由行程開(kāi)關(guān)，接近開(kāi)關(guān)作輸入信號(hào)，電磁閥作為執(zhí)行元件。7.2確定pc控制圖輸入輸出接線圖可參照機(jī)械圖，依據(jù)接線圖，需要14個(gè)開(kāi)關(guān)量檢測(cè)點(diǎn)，控制11個(gè)開(kāi)關(guān)元件，所以選用F1-60MRPC7.3可編程序控制器的維護(hù)和安裝pc工作環(huán)境惡劣，干擾多，因此應(yīng)該注意pc正確安裝和維護(hù)7.3.1pc安裝避免的場(chǎng)合:環(huán)境溫度超過(guò)0～50度相對(duì)溫度超過(guò)85％或則在露水凝聚（溫度突變）太陽(yáng)直接照射有腐蝕和易燃液體（氯化氫）有大量鐵粉或灰塵平凡或者連續(xù)的工作超過(guò)10g（重力加速度）沖擊為了避免外部干擾可編程控制器應(yīng)該遠(yuǎn)離高壓電源與高壓設(shè)備，它們之間距離至少200mm?？删幊炭刂破鞔怪卑惭b時(shí)，要嚴(yán)防導(dǎo)線頭和鐵屑從通風(fēng)窗掉入可編程控制器內(nèi)部造成短路使設(shè)備永久失效。7.3.2連線60MR可編程控制器電源40V。pc基本單元或擴(kuò)展單元上電和斷電必須同時(shí)進(jìn)行。F1系列pc有直流24V電源極限端，他可介入接近開(kāi)關(guān)，為其提供電源。對(duì)于外部電源來(lái)的干擾，安裝一個(gè)1:1的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地之間的干擾。接地是保證pc可靠工作的重要條件，它可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊的危害，如果用擴(kuò)展單元，其接地點(diǎn)應(yīng)與基本單元接地端相連，基本單元必須接地，若用擴(kuò)展單元，其接地點(diǎn)應(yīng)與基本單元接地點(diǎn)接在一起。為了抑制附加在電源及輸入端，輸入端的干擾，應(yīng)該pc介入專(zhuān)用接地線，接地點(diǎn)與動(dòng)力設(shè)備的接地點(diǎn)分開(kāi)。為了保護(hù)pc的安全和控制負(fù)載的急停車(chē)，應(yīng)在pc外部負(fù)載供電線路上接觸器，用按鈕控制其通斷，當(dāng)外部負(fù)載需要緊急斷開(kāi)時(shí)，只需按下停止按鈕即可將電源段開(kāi)，而與pc無(wú)關(guān)直接24V接線端。使用無(wú)源接觸點(diǎn)的輸入器件時(shí)，pc內(nèi)部24V電源通過(guò)輸入器件向輸入端提供每點(diǎn)7mA電流。pc上的24V接線端子可以接近開(kāi)關(guān)提供電源。輸入接線。輸入接線一般指外部傳感器與輸入端口的接線。輸入器件可以是任何無(wú)觸點(diǎn)或集電極開(kāi)路的NPN管。輸入端的一次電路或二次電路之間采用光電隔離。二次電路帶R-C濾波器，防止輸入觸點(diǎn)抖動(dòng)或從輸入線路傳入的電噪聲引起的pc的誤動(dòng)作。輸入接線注意：輸入com端均與輸出com端相連輸入接線一般不超過(guò)30mm輸入，輸出線不要用一根電纜可編程控制器所能接受的脈沖信號(hào)的礦度應(yīng)大于掃描周期的時(shí)間。輸出路線：可變成控制器有繼電器輸出，晶閘管輸出，晶體管輸出3種形式。pc輸出技術(shù)特征見(jiàn)下表：電感性負(fù)載輸出繼電器壽命35VA以下300萬(wàn)次80VA以下100萬(wàn)次120VA以下20次當(dāng)接入的負(fù)載超過(guò)額定最大值，需要外接接觸器或繼電器，可編程控制器才能正常工作。若負(fù)載低于規(guī)定的最小限制，應(yīng)并聯(lián)電阻電容串聯(lián)的吸收器。輸出端接線氛圍獨(dú)立輸出和公共輸出，F(xiàn)1-60的基本單元和擴(kuò)展單元采用公共輸出，每4個(gè)輸出端作為一組對(duì)應(yīng)一個(gè)公共端，各公共端互不相連。因?yàn)榭删幊炭刂破餮b于印刷電路板上，若輸出元件負(fù)載短路，將燒壞電路板，應(yīng)該選用保險(xiǎn)絲?？删幊炭刂破鞯木S護(hù)檢查與維護(hù)：定期檢查日常維護(hù)：更換鋰電池參考文獻(xiàn)[1]許曉煬.專(zhuān)用機(jī)床設(shè)備設(shè)計(jì)[M].重慶：重慶大學(xué)出版社,2003[2]叢鳳廷,遲建山.組合機(jī)床設(shè)計(jì)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1994[3]金振華.組合機(jī)床及其調(diào)整與使用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1994[4]數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)國(guó)防工業(yè)出版社.1977[5]加工中心結(jié)