液壓傳動(dòng)上料機(jī)械手設(shè)計(jì)

萊 蕪 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 機(jī) 電 工 程 系2016屆 畢 業(yè) 生 畢 業(yè) 論 文論文題目 液壓傳動(dòng)上料機(jī)械手設(shè)計(jì) 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)電一體化 年 級(jí) 2013 級(jí)高職機(jī)電 3 班 學(xué) 號(hào) 201321010 姓 名 陳 聯(lián) 系 方 式 18253235 指 導(dǎo) 教 師 陶 職稱(chēng)： 副教授 完 成 日 期： 2016 年 5 月 17 日摘 要本次設(shè)計(jì)的液壓傳動(dòng)機(jī)械手根據(jù)規(guī)定的動(dòng)作順序，綜合運(yùn)用所學(xué)的基本理論、基本知識(shí)和相關(guān)的機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，完成對(duì)機(jī)械手的設(shè)計(jì)。機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用油缸、螺桿、導(dǎo)向筒等機(jī)械器件組成；在液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，機(jī)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(dòng)采用齒條油缸，機(jī)械手的升降采用升降油缸，立柱的橫移采用橫向移動(dòng)油缸；本設(shè)計(jì)擬開(kāi)發(fā)的上料機(jī)械手可在空間抓放物體，動(dòng)作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險(xiǎn)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(jī)械手、液壓、控制回路 I目 錄第 1 章 緒論.11.1 液壓上料機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)速度.1 1.1.4 手臂的配置形式.21.1.5 位置檢測(cè)裝置的選擇.31.1.6 驅(qū)動(dòng)與控制方式的選擇.,.31.2 液壓上料機(jī)械手的運(yùn)用.31.3 液壓上料機(jī)械手的特點(diǎn).41.4 液壓上料機(jī)械手.4第 2 章 手部的結(jié)構(gòu).52.1 概述.52.2 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)問(wèn)題.5 2.3 驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算.6 2.4 兩支點(diǎn)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(dòng)力矩的計(jì).11第 4 章 臂部的結(jié)構(gòu).14 4.1 概述.144.2 手臂直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu).154.2.1 手臂伸縮運(yùn)動(dòng).15 4.2.2導(dǎo)向裝置.164.2.3 手臂的升降運(yùn)動(dòng).17 4.3 手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng).18 4.4 手臂的橫向移動(dòng).18 4.5 臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力計(jì)算.194.5.1 臂水平伸縮運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算.19 4.5.2 臂垂直升降運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 .20 4.5.3 臂部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算.21第 5 章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì).22 5.1 液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介.225.2 液壓系統(tǒng)的組成.225.3 機(jī)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(jī)械手的動(dòng)作順序.24 5.5 機(jī)械手液壓系統(tǒng)的簡(jiǎn)單計(jì)算.25 5.5.1 雙作用單桿活塞油缸.255.5.2 無(wú)桿活塞油缸（亦稱(chēng)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(dòng)機(jī)功率 N.32第 6 章 機(jī)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(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析1.1.1 臂力的確定目前使用的機(jī)械手的臂力范圍較大，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的機(jī)械手的臂力最小為 0.15N，最大為8000N。本液壓機(jī)械手的臂力為 N 臂 =1650（N） ，安全系數(shù) K 一般可在 1.53，本機(jī)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(jī)械手的工作范圍根據(jù)工藝要求和操作運(yùn)動(dòng)的軌跡來(lái)確定。一個(gè)操作運(yùn)動(dòng)的軌跡是幾個(gè)動(dòng)作的合成，在確定的工作范圍時(shí)，可將軌跡分解成單個(gè)的動(dòng)作，由單個(gè)動(dòng)作的行程確定機(jī)械手的最大行程。本機(jī)械手的動(dòng)作范圍確定如下：手腕回轉(zhuǎn)角度115手臂伸長(zhǎng)量 150mm手臂回轉(zhuǎn)角度115手臂升降行程 170mm手臂水平運(yùn)動(dòng)行程 100mm1.1.3 確定運(yùn)動(dòng)速度機(jī)械手各動(dòng)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(gè)動(dòng)作的時(shí)間，進(jìn)而確定各動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)速度。液壓上料機(jī)械手要完成整個(gè)上料過(guò)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(dòng)作，這些動(dòng)作都應(yīng)該在工作拍節(jié)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成，具體時(shí)間的分配取決于很多因素，根據(jù)各種因素反復(fù)考慮，對(duì)分配的方案進(jìn)行比較，才能確定。機(jī)械手的總動(dòng)作時(shí)間應(yīng)小于或等于工作拍節(jié)，如果兩個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行，要按時(shí)間長(zhǎng)的計(jì)算，分配各動(dòng)作時(shí)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(yùn)動(dòng)時(shí)間應(yīng)大于液壓元件的執(zhí)行時(shí)間；（2） 伸縮運(yùn)動(dòng)的速度要大于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的速度，因?yàn)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的慣性一般大于伸縮運(yùn)動(dòng)的慣性。在滿(mǎn)足工作拍節(jié)要求的條件下，應(yīng)盡量選取較底的運(yùn)動(dòng)速度。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度與臂力、行程、驅(qū)動(dòng)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(dòng)作多的情況下，常使幾個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行。為此驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要采取相應(yīng)的措施，以保證動(dòng)作的同步。液壓上料機(jī)械手的各運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)速度 V 柱移 = 50 mm/s手指夾緊油缸的運(yùn)動(dòng)速度 V 夾 = 50 mm/s1.1.4 手臂的配置形式機(jī)械手的手臂配置形式基本上反映了它的總體布局。運(yùn)動(dòng)要求、操作環(huán)境、工作對(duì)象的不同，手臂的配置形式也不盡相同。本機(jī)械手采用機(jī)座式。機(jī)座式結(jié)構(gòu)多為工業(yè)機(jī)器人所采用，機(jī)座上可以裝上獨(dú)立的控制裝置，便于搬運(yùn)與安放，機(jī)座底部也可以安裝行走機(jī)構(gòu)，已擴(kuò)大其活動(dòng)范圍，它分為手臂配置在機(jī)座頂部與手臂配置在機(jī)座立柱上兩種形式，本機(jī)械手采用手臂配置在機(jī)座立柱上的形式。手臂配置在機(jī)座立柱上的機(jī)械手多為圓柱坐標(biāo)型，它有升降、伸縮與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，工作范圍較大。1.1.5 位置檢測(cè)裝置的選擇機(jī)械手常用的位置檢測(cè)方式有三種：行程開(kāi)關(guān)式、模擬式和數(shù)字式。本機(jī)械手采用萊蕪職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第一章 緒論2行程開(kāi)關(guān)式。利用行程開(kāi)關(guān)檢測(cè)位置，精度低，故一般與機(jī)械擋塊聯(lián)合應(yīng)用。在機(jī)械手中，用行程開(kāi)關(guān)與機(jī)械擋塊檢測(cè)定位既精度高又簡(jiǎn)單實(shí)用可靠，故應(yīng)用也是最多的。1.1.6 驅(qū)動(dòng)與控制方式的選擇機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)與控制方式是根據(jù)它們的特點(diǎn)結(jié)合生產(chǎn)工藝的要求來(lái)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(dòng)方式一般有四種：氣壓驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。本次設(shè)計(jì)采用液壓驅(qū)動(dòng)，機(jī)械控制。 1.2 液壓上料機(jī)械手的運(yùn)用是近幾年在國(guó)內(nèi)剛剛出現(xiàn)的一個(gè)新興產(chǎn)業(yè).但在西方發(fā)達(dá)國(guó)家以及日本和韓國(guó)，早在二十年前，上料機(jī)械手就已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各種類(lèi)型的數(shù)控機(jī)床上。上料機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)抓取、上料、裝卡、加工等所有的工藝過(guò)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(chē)變速箱齒輪、軸承套（座） 、剎車(chē)盤(pán)、金屬?zèng)_壓結(jié)構(gòu)件等。自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)和自動(dòng)化程度高的加工設(shè)備已經(jīng)成為今后制造工廠的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。單機(jī)自動(dòng)化、整線(xiàn)自動(dòng)化等自動(dòng)上下料裝置用于加工工件的自動(dòng)上料、工件翻轉(zhuǎn)、工件轉(zhuǎn)序等工作，能夠滿(mǎn)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(lái)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(jī)械手的特點(diǎn) （1） 可用于高溫金屬模板沖壓機(jī)床，來(lái)料溫度：900，出料溫度 200； （2） 獨(dú)特的二倍行程手臂疊加機(jī)構(gòu)，倍速機(jī)構(gòu)，可以滿(mǎn)足小空間、大行程的技術(shù)要求。 （3） 運(yùn)行速度快，保證來(lái)料的溫度不下降，滿(mǎn)足沖壓工藝要求。 （4） 性?xún)r(jià)比高。1.4 液壓上料機(jī)械手實(shí)現(xiàn)的功能（1） 液壓上料機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)對(duì)圓盤(pán)類(lèi)、長(zhǎng)軸類(lèi)、不規(guī)則形狀、金屬板類(lèi)工件的自動(dòng)上料、工件翻轉(zhuǎn)、工件轉(zhuǎn)序等工作。 （2）液壓上料機(jī)械手采用獨(dú)立絎架設(shè)計(jì)，安裝、調(diào)試可以與機(jī)床分開(kāi)進(jìn)行，機(jī)床部分只進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的制造即可，機(jī)械手可以完全獨(dú)立在機(jī)床之外運(yùn)行。（3） 液壓上料機(jī)械手采用模塊化機(jī)械手和橫梁，可以對(duì)機(jī)床機(jī)型加裝。而不需要分開(kāi)規(guī)格進(jìn)行多種類(lèi)的制造；（4）獨(dú)立料倉(cāng)設(shè)計(jì)，料倉(cāng)獨(dú)立自動(dòng)控制；（5） 不依靠機(jī)床的控制器進(jìn)行控制，機(jī)械手模塊采用獨(dú)立的控制模塊，機(jī)械手故障只需設(shè)定參數(shù)，不影響機(jī)床運(yùn)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(jī)械手直接用于抓取和握緊工件或夾持專(zhuān)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(jī)械手手臂的前端。機(jī)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(méi)有手掌，只有自身的運(yùn)動(dòng)將物體包住，因此，手部結(jié)構(gòu)及型式根據(jù)它的使用場(chǎng)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(jì)各種類(lèi)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(jī)構(gòu)組成。其傳力機(jī)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(jì)時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)問(wèn)題（1） 應(yīng)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。(2)手指間應(yīng)有一定的開(kāi)閉角兩個(gè)手指張開(kāi)與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱(chēng)為手指的開(kāi)閉角。手指的開(kāi)閉角保證工件能順利進(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。(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(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。(4)應(yīng)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，要求具有足夠的強(qiáng)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(jiǎn)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(duì)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(lái)設(shè)計(jì)和確定手指的形狀。2.3 驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 1.手指 2.銷(xiāo)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