工業(yè)機(jī)器人方案設(shè)計(jì)書大作業(yè)

1、工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目 ： 自動(dòng)切割機(jī) 系 別： 機(jī)械系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 姓 名： 聶建波 20094011222 郭銳 20094011207 張少強(qiáng) 20094011236 目錄 引言 工作原理設(shè)計(jì) 切割部分設(shè)計(jì) 1.1設(shè)計(jì)要求4 1.2工作原理 4 1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 液壓控制線路的設(shè)計(jì) 2.1 液壓控制線路設(shè)計(jì)的一般要求9 2.2 液壓控制線路的設(shè)計(jì)方法9 參考文獻(xiàn) 引言 機(jī)電一體化產(chǎn)品廣泛應(yīng)用各種加工業(yè)，切割技術(shù)也有了飛速的發(fā)展，手工切 割已經(jīng)適應(yīng)不了現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的要求。簡(jiǎn)單的機(jī)械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今已 進(jìn)入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時(shí)代。幾十年來，這項(xiàng)技術(shù)的研究

2、和發(fā)展一直比較活 躍，設(shè)計(jì)在不斷的修改，品種也在不斷的增加，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷的擴(kuò)大。簡(jiǎn)單 的機(jī)械手是一種仿人操作、自動(dòng)控制、的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合 于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善 勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。 我們?cè)O(shè)計(jì)的鑄棒線切割機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能安全可靠，操作方便可行，很好的 實(shí)現(xiàn)了其預(yù)定功能。鑄棒線切割機(jī)主要由三個(gè)大的部分組成，即切割部分、夾緊 部分和縱橫行走部分。 工作原理設(shè)計(jì) 該工業(yè)機(jī)器人可進(jìn)行粗切割和半精切割，切口深度為35mm切割部分是由電 極帶動(dòng)砂輪旋轉(zhuǎn)，由氣缸控制砂輪上下移動(dòng)完成切割。夾緊部分主要采用了一個(gè)

3、 氣動(dòng)夾緊機(jī)械手，電磁閥控制氣缸活塞的伸縮來實(shí)現(xiàn)夾緊和放松。縱橫行走部分 是由氣缸控制縱向、橫向行走板，使之沿直線導(dǎo)軌前進(jìn)或返回，實(shí)現(xiàn)三個(gè)自由度 的運(yùn)動(dòng)。 整個(gè)機(jī)器由 PLC 控制各個(gè)氣動(dòng)換向閥的電磁鐵，由氣缸驅(qū)動(dòng)完成順序切割動(dòng) 作過程。而隨動(dòng)工作臺(tái)的隨動(dòng)前進(jìn)速度也可以通過夾緊機(jī)械手夾緊鑄棒使之與鑄 棒速度同步。橫向切割時(shí)的切割速度可以通過氣缸來調(diào)節(jié)。 與一般的切割機(jī)相比，這種切割機(jī)有以下優(yōu)點(diǎn)： 一、實(shí)現(xiàn)了機(jī)械工程和自動(dòng)控制的有效結(jié)合，機(jī)械部分采用機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)， 整個(gè)設(shè)計(jì)過程中都進(jìn)行了綜合技術(shù)比較與經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的功能。 二、整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程都采用了氣壓傳動(dòng)控制，與液壓傳動(dòng)相比，氣壓傳動(dòng)有無

4、 介質(zhì)費(fèi)用、處理方便、無泄露污染、無介質(zhì)變質(zhì)等優(yōu)點(diǎn) 三、在設(shè)計(jì)過程中，縱橫行走裝置采用了直線導(dǎo)軌，既提高了運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn) 動(dòng)精度，又很大程度的減小了摩擦力，達(dá)到了節(jié)能的效果。 四、整個(gè)切割過程都由 PCL 控制，以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、設(shè)備性能良好、使用 壽命長(zhǎng)、安全系數(shù)高等因素，滿足了自動(dòng)化大批量的生產(chǎn)要求。 這種切割機(jī)具有控制方便，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)、修改方便、生產(chǎn)率 高等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。 切割部分設(shè)計(jì) 1.1 設(shè)計(jì)要求 工程要求切割機(jī)能夠根據(jù)定長(zhǎng)信號(hào)分別切割兩條連續(xù)的鑄鐵棒，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定 長(zhǎng)切割，切割后自動(dòng)返回初始位置。其切口深度為35mm再由壓斷機(jī)進(jìn)行壓斷。 1.2 方案設(shè)計(jì) 切

5、割部分主要有砂輪、電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。現(xiàn)在在切割部分有兩種可行 的方案：第一，電動(dòng)機(jī)通過帶傳動(dòng)帶動(dòng)砂輪片轉(zhuǎn)動(dòng)。第二，電動(dòng)機(jī)通過圓柱齒輪 傳動(dòng)帶動(dòng)砂輪片轉(zhuǎn)動(dòng)?？紤]到切割過程中電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)砂輪高速旋轉(zhuǎn)，所以優(yōu)先選 取第一種方案，因?yàn)閳A錐齒輪傳動(dòng)不宜應(yīng)用在轉(zhuǎn)速太高的場(chǎng)合，而且運(yùn)用齒輪傳 動(dòng)時(shí)，還要考慮到這樣消除震動(dòng)和怎樣潤(rùn)滑齒輪，這樣就增加了設(shè)計(jì)成本。 圖1-1切割部分原理圖 切割部分的原理如圖1-1所示，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)砂輪片高速旋轉(zhuǎn)，電機(jī)與工作臺(tái) 之間采用鉸支撐，液壓缸1可推動(dòng)砂輪片上下移動(dòng)，完成切割。液壓缸 2可推動(dòng) 工作臺(tái)橫向移動(dòng)，控制切割的長(zhǎng)度。氣缸3可使工作臺(tái)縱向移動(dòng)，使砂輪片能分 別切割兩根

6、鑄棒。其中電動(dòng)機(jī)和液壓缸都通過電磁閥由PLC機(jī)控制，從而實(shí)現(xiàn)其 動(dòng)作。 1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.3.1砂輪片的選取 經(jīng)過調(diào)研，切斷能力為 50的砂輪片，其規(guī)格為400=32mm所需電機(jī) 的最小功率為 卩皿山二2.2 kw,轉(zhuǎn)速為 厲=2840 r/min,砂輪片的最大線速度為 70m/s。 最終選取砂輪片的型號(hào)為TL-001型，其磨料為棕剛玉，粒度為 20#。 1.3.2電機(jī)的選取 根據(jù)砂輪片的要求，現(xiàn)選用比較常用的丫系列三相異步電動(dòng)機(jī)，這是由于 丫系列三相異步電動(dòng)機(jī)的功率等級(jí)和安裝尺寸與國(guó)外同類型的先進(jìn)產(chǎn)品相當(dāng)，因而 具有與國(guó)外同類型產(chǎn)品之間良好的互換性，供配套出口及引進(jìn)設(shè)備替換2。選取 功率

7、為3.0KW 滿載時(shí)的轉(zhuǎn)速為2870r/min。額定電流6.39A，功率因數(shù)0.87， 效率82%額定轉(zhuǎn)矩2.3 N .m2。 1.3.3帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 1. 確定計(jì)算功率 由機(jī)械設(shè)計(jì)查得工作情況系數(shù)Ka=1.2則功率為 (1-1) FCa =Ka P =1.2 3=3.6 2. 初選帶的型號(hào) 根據(jù)PCa和n ,由機(jī)械設(shè)計(jì)初選 A型普通V帶。 3. 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1和dd2 1）由機(jī)械設(shè)計(jì)查得 A型ddmin =75mm考慮到帶輪太小，其彎曲應(yīng)力過大，所 以要使 dd1 - ddmin，取 dd1=150 2）驗(yàn)算帶的速度 因?yàn)?60 100 60 100 5m/s 22.6m/s 5.驗(yàn)

8、算帶輪包角 180 dd 2 d d 1 60 / 4 Q -1 一 I8U -60 （1-8） a “心 150150 = 180 - 60 765 = 180 120 （合適） 6.確定帶的根數(shù) Pea z - （1-9） P0 其中: P =(PKaKLR)K 二 Kbni(1 由機(jī)械設(shè)計(jì)查得彎曲影響系數(shù) Kb -1.03 10 dd 2150 i dd1150 由機(jī)械設(shè)計(jì)查得傳動(dòng)比系數(shù) Kj =1.05 丄1 ：P0 -1.03 102880 (1)=0 kw 1.0 由機(jī)械設(shè)計(jì)查得包角系數(shù) Ka =1 由機(jī)械設(shè)計(jì)查得長(zhǎng)度系數(shù) Kl =1.03 采用非化纖結(jié)構(gòu)的普通帶，取材質(zhì)系數(shù) K

9、=0.75 由機(jī)械設(shè)計(jì)查得F0 =2.2 kw。 P0 =(2.2 1 1.03) 0.75 =1.7 kw Pca P0 蘭=2.12 1.7 取z = 3根。 7. 確定單根帶的初拉力 F。=500電珂25 -1) qv vz Ka (1-10) 由機(jī)械設(shè)計(jì)查得q = 0.1 (1-11) F0 =500 一(2- -1) 0.1 22.62 =91N 22.6 31.0 8. 計(jì)算帶對(duì)軸的壓力 (1-12 ) %180 Q =2F0zsin 一二2 91 3 sin546 N 2 2 9. 帶輪的設(shè)計(jì) 帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 由于帶輪的基準(zhǔn)直徑dd 150mm，軸的直徑d =30mm ,根據(jù)帶輪

10、的選擇原 則：即當(dāng)（2.5 3）d乞dd豈3000mm時(shí)采用腹板式結(jié)構(gòu)，鑄造帶輪的結(jié)構(gòu)如圖 1-2所示 com 40 56 5 12 8 9 2X45 兩處 0.01 A 36 * 8.6 557 024. om 圖1-2 帶輪的結(jié)構(gòu) 1.3.4液壓缸的選擇 1. 選取氣缸類型 根據(jù)設(shè)計(jì)所用資料，現(xiàn)選取 DNC標(biāo)準(zhǔn)氣缸 2. 選擇安裝方式 根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，要實(shí)現(xiàn)砂輪片的上下移動(dòng)完成切割，要求氣缸在上下。 參考文獻(xiàn) 1 徐 灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991 2 Shigley J E, Uicher J J.Theory of machi nes and mecha ni s

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