630噸壓鑄機(jī)自動澆注機(jī)械手的設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說明書、三維模型】
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本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開題報(bào)告
論 文 題 目:630 噸壓鑄機(jī)自動澆注機(jī)械手的設(shè)計(jì)學(xué) 院:
專 業(yè) 、 班 級:
學(xué) 生 姓 名:指導(dǎo)教師(職稱)
一、選題依據(jù)
1. 論文(設(shè)計(jì))題目:
630 噸壓鑄機(jī)自動澆注機(jī)械手的設(shè)計(jì)
2. 研究領(lǐng)域:
機(jī)械手
3. 論文(設(shè)計(jì))工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值:
壓力鑄造是精密鑄造中一種高效率的生產(chǎn)方法。但是,我國的壓鑄技術(shù)和世界先進(jìn)水平相比,差距巨大,國內(nèi)現(xiàn)有壓鑄機(jī)及工藝等還處在落后狀態(tài),如加料、取件、噴敷涂料等工序仍是手工操作,這樣不但勞動強(qiáng)度大,而且鑄件質(zhì)量不穩(wěn)定,同時(shí)又在高溫下操作不利于安全生產(chǎn)[1],因此設(shè)計(jì)自動澆料機(jī)械手的意義可以概括如下:
(1) 機(jī)械手有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動化的程度,從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。
(2) 改善勞動條件,避免人身事故。在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中,用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的,而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè),使勞動條件得以改善。在一些簡單、重復(fù),特別是較笨重的操作中,以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作,可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。
(3) 可以減輕人力,并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)。應(yīng)用機(jī)械手代替人進(jìn)行工作,這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面,同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)的工作,這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此,在自動化機(jī)床的綜合加工自動線上,目前幾乎都沒有機(jī)械手,以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍,便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)[2]。
同時(shí),工業(yè)機(jī)械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新的技術(shù),是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動化實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物,并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。工業(yè)機(jī)械手是提高生產(chǎn)過程自動化、改善勞動條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場合, 應(yīng)用得更為廣泛。在我國,近幾年來也有較快的發(fā)展,并取得一定的效果,受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。
綜上所述,有效的應(yīng)用機(jī)械手,是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢。4.目前研究的概況和發(fā)展趨勢:
壓鑄技術(shù)的發(fā)展至今有 150 余年,19 世紀(jì)初,由于印刷業(yè)的興起用于鉛字鑄造的
8
鑄字機(jī)應(yīng)運(yùn)而生不久,在鑄字機(jī)的基礎(chǔ)上演變成為熱室壓鑄機(jī)。到 19 世紀(jì)中葉,典
型的熱室壓鑄機(jī)誕生。進(jìn)入 20 世紀(jì)以后,熱室壓鑄機(jī)日漸成熟,冷室壓鑄機(jī)問世。20 世紀(jì)后半葉,壓鑄機(jī)經(jīng)歷了更大的改革、演進(jìn)與創(chuàng)新,壓鑄機(jī)進(jìn)入新的發(fā)展時(shí)期。近二三十年來壓鑄機(jī)在大型化、自動化、單元化和柔性化等方面的發(fā)展非常迅速。最近的幾年,壓鑄的高新技術(shù)又不斷地對壓鑄機(jī)提出新的要求[3]。
20 世紀(jì) 50 年代,我國自行設(shè)計(jì)制造出全液壓的 50 型臥式冷室壓鑄機(jī),鎖模力有
500 kN 和 1000 kN 兩種規(guī)格。及至 20 世紀(jì) 80 年代,有關(guān)單位繼續(xù)完成了鎖模力 16000 kN 以下的臥式冷室壓鑄機(jī)系列產(chǎn)品的開發(fā);立式冷室壓鑄機(jī)也形成了鎖模力 2500 kN 以下的系列產(chǎn)品;1986 年試制出國內(nèi)第一臺 J 1163 A 型自動壓鑄機(jī)組;1990 年開發(fā)出國內(nèi)第一臺柔性壓鑄單元,鎖模力為 4000 kN;其后的幾年里,又將輔助裝置和參數(shù)檢測裝置加以定型并形成產(chǎn)品。在壓鑄機(jī)的設(shè)計(jì)工作方面,20 世紀(jì) 80 年代,設(shè)計(jì)的壓鑄機(jī)壓射性能已接近當(dāng)時(shí)的國外水平;合模機(jī)構(gòu)全部采用液壓驅(qū)動、曲肘機(jī)械擴(kuò)力結(jié)構(gòu)取代了全液壓。而熱室壓鑄機(jī)在當(dāng)時(shí)也形成了鎖模力 1500 kN 以下的系列化產(chǎn)品,全立式壓鑄機(jī)也有了鎖模力 3150 kN 以下的系列化產(chǎn)品。在大型壓鑄機(jī)方面,阜新壓鑄機(jī)廠還曾生產(chǎn)了鎖模力為28000 kN 的大型壓鑄機(jī),為當(dāng)時(shí)填補(bǔ)了國內(nèi)的空白[3]。
機(jī)械手首先是從美國開始研制的。1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機(jī)械手。它的結(jié)構(gòu)是:機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長臂,頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu)。1962 年,美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為 Unimate(即萬能自動)。運(yùn)動系統(tǒng)仿照坦克炮塔,臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動;控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲裝置。不少球坐標(biāo)通用機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司,專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。
在國內(nèi),應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際的工業(yè)機(jī)械手特別是示教再現(xiàn)性機(jī)械手不斷增多,而且計(jì)算機(jī)控制的也有所應(yīng)用,國內(nèi)近年來在移動機(jī)械手控制方面也開展了許多研究工作。
目前,第一代工業(yè)機(jī)械手主要依靠工人進(jìn)行控制;改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。
第二代機(jī)械手設(shè)有微型電子計(jì)算控制系統(tǒng),具有視覺、觸覺能力,甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器,把感覺到的信息反饋,是機(jī)械手具有感覺機(jī)能。
第三代機(jī)械手則能獨(dú)立完成工作中過程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保
持聯(lián)系,并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) FMS 和柔性制造單元 FMC 中的重要一環(huán)[4]。
隨著機(jī)械手的發(fā)展,人們也對機(jī)械手的應(yīng)用提出了更高的要求,一是重復(fù)高精度, 精度是指機(jī)械手到達(dá)指定點(diǎn)的精確程度,它對驅(qū)動器的分辨率以及反饋裝置密切相關(guān)。重復(fù)精度是指如果動作重復(fù)多次,機(jī)械手到達(dá)同樣位置的精確程度。顯然,重復(fù)精度比精度更加重要。二是模塊化,有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動裝置的氣動機(jī)械手稱為簡單的傳輸技術(shù),而把模塊化拼裝的氣動機(jī)械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù),模塊化拼裝的氣動機(jī)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(jī)械手運(yùn)動自如。由于模塊化氣動機(jī)械手的驅(qū)動部件采用了特殊設(shè)計(jì)的滾珠軸承,使它具有高剛性,高強(qiáng)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(jī)械手的一個(gè)重要特點(diǎn),模塊化氣動機(jī)械手使同一機(jī)械手可能由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能,擴(kuò)大了機(jī)械手的應(yīng)用范圍,是機(jī)械手的一個(gè)重要的發(fā)展方向[5]。
二、論文(設(shè)計(jì))研究的內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問題:
(1)630 噸壓鑄機(jī)自動澆注機(jī)械手的的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);
(2)630 噸壓鑄機(jī)自動澆注機(jī)械手的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì);
(3)630 噸壓鑄機(jī)自動澆注機(jī)械手的三維建模。
2. 擬開展研究的幾個(gè)主要方面(論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路):
(1)查閱相關(guān)壓鑄機(jī)自動澆注機(jī)械手產(chǎn)品的資料,了解產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀及基本原理;
(2)630 噸壓鑄機(jī)自動澆注機(jī)械手的總體方案設(shè)計(jì);
(3)630 噸壓鑄機(jī)自動澆注機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算;
(4)630 噸壓鑄機(jī)自動澆注機(jī)械手的三維實(shí)體建模;
(5)630 噸壓鑄機(jī)自動澆注機(jī)械手的液壓系統(tǒng)及 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì);
(6) 動態(tài)演示;
(7) 翻譯資料;
(8) 撰寫畢業(yè)論文。
3. 本論文(設(shè)計(jì))預(yù)期取得的成果:
(1)630 噸壓鑄機(jī)自動澆注機(jī)械手三維設(shè)計(jì)的總體方案,包括機(jī)械手的液壓控制部分和 PLC 控制系統(tǒng)部分;
(2) 自動澆注機(jī)械手的三維實(shí)體模型,包括零件圖、裝配體;
(3) 自動澆注機(jī)械手運(yùn)動的動態(tài)演示。
三、論文(設(shè)計(jì))工作安排
1. 擬采用的主要研究方法(技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)): 設(shè)計(jì)參數(shù):
座標(biāo)型式:球坐標(biāo)
自由度數(shù):3 個(gè)
手臂回轉(zhuǎn)范圍:0°—180° 手臂回轉(zhuǎn)速度:90°/S
手臂的俯仰范圍:-45°—45°
在查閱大量的相關(guān)文獻(xiàn)和資料之后使用類比法,首先分析自動澆注機(jī)械手的設(shè)計(jì)方法和數(shù)據(jù)計(jì)算,再用 SOLID WORKS 軟件對機(jī)械手部件進(jìn)行三位實(shí)體模型繪制并且實(shí)行動態(tài)演示。
2. 論文(設(shè)計(jì))進(jìn)度計(jì)劃: 第 1-2 周:查閱資料
第 3-4 周:方案設(shè)計(jì),完成開題報(bào)告與開題答辯
第 5-6 周:查閱文獻(xiàn),初步進(jìn)行方案設(shè)計(jì)
第 7-8 周:完善設(shè)計(jì)方案并完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
第 9-10 周:完成零件三位建模
第 11-12 周:完善裝配圖和零件圖
第 13-14 周:完成并修改設(shè)計(jì)說明書
第 15-16 周:完成論文,準(zhǔn)備答辯
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
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附:文獻(xiàn)綜述
文獻(xiàn)綜述
壓鑄技術(shù)的發(fā)展至今有 150 余年,19 世紀(jì)初,由于印刷業(yè)的興起用于鉛字鑄造的鑄字機(jī)應(yīng)運(yùn)而生不久,在鑄字機(jī)的基礎(chǔ)上演變成為熱室壓鑄機(jī)。到 19 世紀(jì)中葉, 典型的熱室壓鑄機(jī)誕生。進(jìn)入 20 世紀(jì)以后,隨著熱室壓鑄機(jī)日漸成熟,冷室壓鑄機(jī)問世。
20 世紀(jì)后半葉,壓鑄機(jī)經(jīng)歷了更大的改革、演進(jìn)與創(chuàng)新,壓鑄機(jī)進(jìn)入新的發(fā)展時(shí)期。隨著壓鑄機(jī)的快速發(fā)展,壓力鑄造在工業(yè)生產(chǎn)中變?yōu)橐粋€(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。如果
采用人工澆注的方式有著較大的危害,會有大量的粉塵和有害氣體產(chǎn)生,會對工人的身體健康造成嚴(yán)重的威脅。針對這種情況就需要將手工澆注發(fā)展為自動機(jī)械手澆注, 這樣工人的勞動強(qiáng)度可以得到降低。
陳金城、彭余恭在《壓鑄機(jī)的發(fā)展》[3]中寫道壓鑄技術(shù)發(fā)展至今 150 余年的歷史, 與傳統(tǒng)的、古老的鑄造技術(shù)相比,只能說是一種年輕的工藝技術(shù)。然而,由于壓鑄技術(shù)所具有的許多特點(diǎn),使壓鑄件的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大,遍及各個(gè)工業(yè)門類,因而發(fā)展速度十分驚人,受到了普遍的關(guān)注。壓鑄機(jī)是壓鑄生產(chǎn)中重要的基礎(chǔ)技術(shù)裝備,與壓鑄工藝的互存、互動關(guān)系非常突出,壓鑄工藝的改進(jìn)或采用新的技術(shù),都要有與之相應(yīng)的或新型的壓鑄機(jī)作為技術(shù)支撐。所以,在壓鑄技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程中,壓鑄機(jī)始終擔(dān)負(fù)著重要的角色,起著積極的、直接的推動作用。
康立新、馬建華在《工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)》[7]中說道工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設(shè)備,工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可以通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè),在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn),尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力, 在國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。
根據(jù)張萍萍在《基于 PLC 的氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》[8]中設(shè)計(jì)的機(jī)械手是一種能自動化定位控制并可重新編程以變動的多功能機(jī)器,在工業(yè)自動化生產(chǎn)中占據(jù)著重要位置。驅(qū)動方式可以液壓傳動,也可以氣壓傳動,也可以是電氣控制等方法并且機(jī)械手具有動作快速、靈活、能適應(yīng)危險(xiǎn)和惡劣的環(huán)境、重復(fù)定位精度髙及可長時(shí)間連續(xù)作業(yè)等優(yōu)點(diǎn),采用機(jī)械手上進(jìn)行澆注可減輕工人的勞動量,降低生產(chǎn)成本,提高生產(chǎn)效率。在同一份論文中, 她設(shè)計(jì)的氣動機(jī)械手模型基于專用計(jì)算機(jī)— PLC
(Programmable logic Controller,簡稱 PLC)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),首先對搬運(yùn)機(jī)械手的基本應(yīng)用和基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹,然后提出了實(shí)現(xiàn)“原點(diǎn)位置開始啟動,完成向左擺動、臂水平伸出、臂垂直下降、夾緊工件、臂垂直縮回、臂水平縮回、向右擺回、臂水平伸出、臂垂直下降、放開工件、臂垂直上升、臂水平縮回至原位”的位置控制。搬運(yùn)物料氣動技術(shù)驅(qū)動,用氣爪氣缸實(shí)現(xiàn)最大總重量為 10kg 搬運(yùn)。氣動技術(shù)控制采用工業(yè)專用計(jì)算機(jī)--可編程控制技術(shù)(PLC)控制的設(shè)計(jì)方案。對搬運(yùn)機(jī)械手驅(qū)動系統(tǒng)中采用氣壓傳動,控制系統(tǒng)中基于三菱公司的 FX2N 系列 PLC 為控制單元完成升降、抓物、水平與左右移動等動作的控制。之后介紹了各組成部件的作用、傳感器的選型和 PLC 控制系統(tǒng)的硬件連接等,通過對機(jī)械手的各功能實(shí)現(xiàn)形式和控制方式研究, 給出各部分的實(shí)現(xiàn)方案。
劉明保、呂春紅、張春梅等在《機(jī)械手的組成機(jī)構(gòu)及其技術(shù)指標(biāo)的確定》[9]中論述了工業(yè)機(jī)器人和機(jī)械手的機(jī)構(gòu)組成, 并討論了工業(yè)機(jī)器人和機(jī)械手的工作空間、看管區(qū)域、位置函數(shù)、運(yùn)動速度等技術(shù)指標(biāo)的確定方法。為機(jī)械手的結(jié)構(gòu)組成合技術(shù)指標(biāo)的確定打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。在同一篇論文中,劉明保,呂春紅 ,張春梅等指出機(jī)械手和工業(yè)機(jī)器人的工作性能是由一系列的技術(shù)指標(biāo)來表示的, 其主要技術(shù)指標(biāo)是:工作空間的形狀和尺寸;機(jī)械手的靈活性;擺動的角度和系數(shù);基本機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目等。根據(jù)他的研究我們能夠確定這些參數(shù),從而完成機(jī)械手的結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)。
同樣在曹環(huán)軍、劉希璐于《壓鑄機(jī)澆鑄機(jī)械手的工作流程及 PLC 系統(tǒng)控制》[10] 中研究了澆鑄機(jī)械手包括諸多方面的組成部分,如手臂、傾倒機(jī)構(gòu)、澆包、傾倒油缸以及回轉(zhuǎn)油缸和升降油缸等,這些結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中都能表現(xiàn)出來。
戴勤的《自動換刀機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及 PLC 控制研究》[11]一文中,為了增強(qiáng)機(jī)械手的通用性和互換性,使同一機(jī)械手由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能,而采用模塊化氣動機(jī)械手,對基座、立柱、手臂、手部等模塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),通過模塊選擇與組合,以構(gòu)成一定范圍內(nèi)的不同功能或同功能不同性能、不同規(guī)格的系列產(chǎn)品,并且在產(chǎn)品變化或臨時(shí)對機(jī)械手進(jìn)行新任務(wù)分配時(shí),可以允許方便地改動或重新設(shè)計(jì)其新部件,能很快地投產(chǎn),降低安裝和轉(zhuǎn)換工作的費(fèi)用,便于機(jī)械手的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和使用。
胡海洪在《四自由度液壓機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)》[11]中以能夠?qū)崿F(xiàn)自動抓取及搬運(yùn)操作的自由度液壓機(jī)械手為研究對象。根據(jù)用途分析了機(jī)械手的動作循環(huán)及工作原理,設(shè)計(jì)了機(jī)械手的液壓系統(tǒng)、油箱及液壓元件集成塊。首先,本文介紹機(jī)械手的作用,液壓驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢,介紹了液壓方案和液壓系統(tǒng)圖的確定過程和依據(jù)。同時(shí),給出了這臺機(jī)械手的主要性能規(guī)格參數(shù)。其次,文章中介紹了液壓驅(qū)動的設(shè)計(jì)理論與方法步驟。全面詳盡的討論了四自由度液壓機(jī)械手的液壓系統(tǒng),油箱以及液壓元件集成塊的設(shè)計(jì)。最后使用軟件對油箱和液壓元件集成塊裝配圖及零件圖進(jìn)行繪制。全面而又具體地對機(jī)械手的液壓系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。
趙獻(xiàn)丹,張良棟,趙虎在《壓鑄機(jī)澆鑄機(jī)械手 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》[12]中介紹了壓鑄機(jī)澆鑄機(jī)械手的工作流程及其液壓系統(tǒng),根據(jù)機(jī)械手的控制要求,設(shè)計(jì)了 PLC 控制系統(tǒng),對 PLC 的輸入輸出端口進(jìn)行了分配,編制了 PLC 控制梯形圖。并且得出 PLC 體積小、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng),能適用澆鑄機(jī)械手所處的高溫多塵的惡劣環(huán)境的結(jié)論,在機(jī)械手的控制中,采用 PLC 代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器接觸器控制,不但可以提高機(jī)械手工作的可靠性,而且 PLC 具有強(qiáng)大的編程能力,可以通過改變程序來改變機(jī)械手的動作,從而大大提高了機(jī)械手的靈活性和適應(yīng)性。
綜上所述,壓鑄機(jī)自動澆注系統(tǒng)與機(jī)械手都擁有著巨大發(fā)展,本文將結(jié)合之前所提及的文獻(xiàn)對壓鑄機(jī)自動澆注機(jī)械手進(jìn)行設(shè)計(jì)。
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