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表 103 本科畢業(yè)設計任務書 設計題目 生產線軸類零件上下料機構設計 學 院 機械與電氣工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 學 號 學生姓名 指導教師 一 題目來源及原始數據資料 來源于珠海市三金機械有限公司 一車間生產設備合理化改造 原始數據資料 1 機床相關數據等 類型 車床 CA6140 2 軸類零件送料裝置的設計方案 采用液壓推送裝置 3 相關實際生產數據 材料 20 100 長度 100 500 二 畢業(yè)設計要求 軸類零件上下料裝置作為自動化生產線的重要組成部分 其主要作用在于減少加工過程中 的非切削時間 提高生產率 進而提升機床乃至整個生產線的生產效率 自動送料裝置較為復 雜 動作多 動作間的相互協(xié)調關系多 因而要求自動送料裝置動作靈敏 準確 精度高 通 過本畢業(yè)設計 對現有的軸類零件自動送料裝置進行比較 根據控制理論和方法 設計出一套 性能較好的自動送料裝置 畢業(yè)設計要求完成軸類零件上下料裝置的設計 主要包括 1 現有自動送料裝置的比較 2 自動上下料裝置的設計 3 傳動部分的結構設計 4 該裝置的控制部分設計 5 繪制該裝置的裝配圖和典型零件的零件圖 6 最終提交 1 不少于 15000 字的設計說明書 2 工程設計圖 3 張以上 其中至少有 1 張 A2 圖 三 主要參考文獻 1 牟思惠 定桿激光淬火生產線自動上下料裝置 機床與液壓 2010 24 2 楊德剛 細長管棒料的上下料機構 J 機械制造 1999 4 3 黃澤鍵等 噴油器球頭的自動上 下料機構 J 組合機床與自動化加工技術 2004 6 4 謝逸泉 一套自動上料機構 J 現代機械 2001 2 5 高飛 朱鳴 油脈沖自動上料機構在臥式滾齒機上的應用 J 現代制造工程 2004 9 6 方新國等 白熾燈繃絲機自動上料機構的設計和研究 J 西北輕工業(yè)學院學報 1999 4 7 馮清秀 基于 PLC 控制的大型沖壓設備 自動上下料裝置 J 鍛壓技術 2006 2 8 王善永 兩種實用的管具上下料機構 J 機械工程師 2003 11 9 李書平 夾片沖字自動裝置創(chuàng)新設計 J 煤礦機械 2009 10 10 吳雁 HM 一 001 數控車床自動上下料裝置的電氣設計 J 制造技術與機床 2001 12 11 劉江 倒置式車銑復合加工中心自動上料裝置的設計 J 組合機床與自動化加工技術 2011 06 12 牟思惠 定桿激光淬火生產線自動上下料裝置 J 機床與液壓 2010 12 13 白清良 數控車床和滾絲機共用的自動上下料裝置 z 中國專利 CN202622457U 2012 12 14 劉艷華 柔性車削中心上下料機構設計和控制 J 組合機床與自動化加工技術 2012 7 15 王世鵬 柔性制造單元上下料機構的改進設計 J 組合機床與自動化加工技術 2011 6 I 寧 XX 大學 畢 業(yè) 設 計 論 文 生產線軸類零件上下料機構設計 所 在 學 院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學 號 指 導 老 師 年 月 日 II 摘 要 本課題主要進行 生產線軸類零件上下料機構設計 該設計屬于機械手的一部分 生產線軸類零件上下料機構是在在機械化 自動化生產過程中發(fā)展的一種新型裝置 使用的一種具有抓取和移動工件功能的自動化裝置 機械手能代替人類 重復枯燥完 成危險工作 提高勞動生產力 減輕人勞動強度 該裝置涵蓋了位置控制技術可編程 控制技術 檢測技術等 本課題擬開發(fā)的物料液壓機械手可在空間抓放物體 動作靈 活多樣 根據工件的變化及運動流程的要求隨時更改相關參數 可代替人工在高溫危 險區(qū)進行作業(yè) 關鍵詞 機械手 液壓機械手 軸類零件上下料機構 提升 III Abstract In this thesis the production line parts feeding mechanism design a part of the design of mechanical hand production line parts feeding mechanism is a new device developed in the mechanization and automation of the production process the use of a gripping and shift work function automation device Manipulator can be boring to do dangerous work instead of humans and improve labor productivity reduce labor intensity The device includes position control technology and programmable control technology detection technology The material of hydraulic manipulator this paper developed can catch put objects in space flexible movement any changes to the relevant parameters according to the changing and the movement process requirements it may replace human work in high risk area Key Words mechanical hand hydraulic manipulator shaft loading and unloading mechanism improve IV 目 錄 摘 要 II Abstract III 目 錄 IV 第 1 章 緒論 1 1 1 課題背景及目的 1 1 2 本課題研究的目的和意義 2 1 3 液壓機械手概念 2 1 4 國內液壓機械手的研究 2 第 2 章 設計要求與方案 4 2 1 液壓機械手設計要求 4 2 2 基本設計思路 4 2 2 1 系統(tǒng)分析 4 2 2 2 總體設計框圖 4 2 2 3 液壓機械手的基本參數 5 2 3 液壓機械手結構設計 5 2 4 機械手材料的選擇 6 2 5 機械臂的運動方式 6 2 6 液壓機械手驅動方式的選擇 7 2 7 動作要求分析 7 2 8 液壓機械手結構及驅動系統(tǒng)選型 8 第 3 章 機械手機械部分的設計計算 9 3 1 手指的相關設計與計算 9 5 2 機械手手抓夾持精度的分析計算 12 5 3 手爪扇形齒輪與齒條強度校核 13 3 2 升降方向設計計算 14 3 2 1 初步確系統(tǒng)壓力 14 3 2 2 升降液壓缸計算 15 V 3 2 3 活塞桿的計算校核 17 3 2 4 液壓缸工作行程的確定 18 3 2 5 活塞的設計 19 3 2 6 導向套的設計與計算 19 3 2 7 端蓋和缸底的計算校核 20 3 2 7 缸體長度的確定 20 3 2 8 緩沖裝置的設計 20 3 2 9 液壓缸的選型 21 3 3 水平方向設計計算 22 3 3 1 水平方向計算 22 3 3 2 液壓缸的選型 23 3 4 機身結構的設計校核 24 3 5 螺柱的設計與校核 24 3 6 機械手的定位及平穩(wěn)性確定 26 3 6 1 常用的定位方式 26 3 6 2 影響平穩(wěn)性和定位精度的因素 26 3 6 3 液機械手運動的緩沖裝置 27 總結 29 參考文獻 30 致 謝 31 1 第 1 章 緒論 1 1 課題背景及目的 由于現代科學技術的發(fā)展 在工業(yè)生產和日常生活中 液壓機器人技術已被廣泛 應用 智能液壓操縱致力于近年來方向 科學家都同意 液壓機器人模特 它可以模 擬各種人類行為和人類的外部特征 未來的機器人液壓管家做夢也不會想到 取決于液壓機器人的結構 機器人可分為液壓各種 輪式移動機器人 履帶式液壓機 械手 機器人 液壓行走機器人 值得一提的是 行走液壓機械手 他是近期級的機 器重要的研究成果 將其最喜歡的動物 甚至人類交談 這是復雜的運動的自動化程 度非常高 與傳統(tǒng)的輪式和履帶式液壓機械手 環(huán)境適應性比較 在一個狹小的空間 工作 在崎嶇的道路和樓梯 不久的將來 這種技術將得到廣泛應用 在這項研究中 生產液壓機械 計算機模擬操盤水力設計的應用程序是一個非常重要 的過程 包括零件建模 裝配液壓機器人仿真和運動仿真 通過模擬 設計人員可以 觀察體的移動是很直觀 并且知道沒有任何干擾 理解的力的各種組件 不同的模擬數 據 此方法大大減少了開發(fā)時間和成本 在學校畢業(yè)的機械工程及最后一個環(huán)節(jié)的自動化專業(yè)學習 在大學四年的學習 繼續(xù) 深化和測試 以務實和全面 是不是一個單一的其他辦法 通過畢業(yè)設計 提高能力 的培訓 是要努力提高實踐能力起著非常重要的作用 以達到以下目標 1 文化的基本理論 綜合運用基本知識和技能 提高分析和解決實際問題的能力 2 必須完全訓練有素的工程師 提高實際工作能力 對于研究 文件和數據的收集 和分析能力 設計和開發(fā)測試計劃的能力 設計 計算 提高繪畫技巧 摘要和論文寫作 技巧 3 測試的培訓和實踐能力的整體素質 1 2 本課題研究的目的和意義 1 通過對軸類零件裝卸機構的設計 使我們得到了學校的綜合培訓課程 2 效率高 響應速度快的自動送料系統(tǒng)的效率低的設計傳統(tǒng)的人工飼料 以保證高質量的工作 干擾的處理期間的傳統(tǒng)的夾緊機構過大 對生產的影響更大 要設計一種新的 2 夾緊機構 以使處理時間變短 加工精度得到保證 生產能力得以提高 1 3 液壓機械手概念 目前 工業(yè)機器人的概念 在世界上沒有均勻 分類是不一樣的 最近通過的美 國聯合國協(xié)會國際標準化定義組織的工業(yè)機器人機械手 工業(yè)機器人是一個可編程的 多功能設備 可以改變行動計劃 完成各種工作 主要用于物料處理 輸送工件 液壓機械手 機器人 是一種自動實現 它是控制理論 先進的綜合機械電子 計算 機和仿生材料的產物 在工業(yè) 醫(yī)學 農業(yè) 建筑業(yè)甚至軍事領域的重要應用 液壓機械手是一個代表 機械和電子控制系統(tǒng) 生產工具的自動化程度高 在近 50 年 的發(fā)展 在制造業(yè)中 液壓工業(yè)機器人技術已被廣泛應用 這是自動化程度高 改善 工作條件 以確保產品質量 提高工作效率 起到了非常重要的作用 我們可以說 他是現代工業(yè)的技術革命 執(zhí)行系統(tǒng)通常包括手 腕 臂 一底座 一主電動機系統(tǒng) 這三個系統(tǒng) 驅動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的實施主體部分由液壓操縱的 通過手指 或吸收 該驅動元件和驅動元件離合器 或吸附 保持 并釋放該工件 或工具的一部分的 1 4 國內液壓機械手的研究 在日本工業(yè)液壓機器人的應用有著悠久的歷史 當工業(yè)液壓操縱 經過幾十年的 發(fā)展 已經在工業(yè)液壓操縱盛行于七十年代八十年代 每年的工業(yè)產值快速增長 1980 年達到 1 hundred 十億日元 1990 600000000000 日元 在 2004 年達到一萬億八 百 and fifty 十億日圓 這表明在提高生產率的重要工業(yè)液壓操縱器 在國際上 所有國家都實現了工業(yè)機器人液壓的重要性 因此 工業(yè)液壓機械手訂單 銳減 20032002 相比 訂單 10 的增長 那么對于工業(yè)液壓操縱的需求仍在上升 從 2001 2006 年 超過 90 000 的訂單全球經濟增長 7 的年均增長率 工業(yè)液壓機器人的國際發(fā)展方向 知識液壓機械手的涉及多學科 多領域的 包括 計算機 電子 控制 人工智能 傳感器 通訊和網絡 控制 機械等 液壓機械手的發(fā)展是從話題分不開的 這是因 為結合的各學科之間的相互作用 以創(chuàng)建自動化程度高 它 隨著科學技術 在液壓 機器人更廣泛的應用范圍的發(fā)展 技術越來越多 越來越強大 它是液壓機器人小型化 的研究 液壓機器人將人們的日常生活較大出入 總的趨勢是模塊化 標準化 智能 3 化 廣泛應用于工業(yè)液壓操縱 以提高產品質量和生產效率 產品安全和人員安全 改善 工作環(huán)境 減輕勞動強度 提高生產效率 節(jié)約原材料消耗 降低生產成本 具有非 常重要的作用 在以人為本的原則 工業(yè)液壓操縱廣泛的應用 它的出現使人們的生 活更輕松 更好 液壓機械工藝品是一家大型高科技工業(yè)計算機 后車 現代軍事行 業(yè) 液壓機械市場的發(fā)展前景是非常好的 從二十世紀 液壓機械行業(yè)穩(wěn)步增長 在 二十世紀九十年代 發(fā)展及液壓機械產品的快速增長 超過 10 的年增長率 二 2004 年達到創(chuàng)紀錄的 更多的亞洲需求的液壓機械手 四十三 的年增長率 經過 40 多年的發(fā)展 工業(yè)液壓操縱器在許多領域的應用 最廣泛使用的生產液壓操縱的 制造 而不是手動操作液壓機器人 從而大大提高了生產效率焊接 熱處理 表面涂 層 加工 裝配 測試和儲存 羊毛 沖壓 壓鑄 鍛造股票等 等操作 4 第 2 章 設計要求與方案 2 1 液壓機械手設計要求 軸部分裝卸裝置的自動生產線的一個重要組成部分 它的主要作用是降低的非切 削時間的處理 提高生產率 從而提高了機器的生產率和整個生產線 自動送料裝置 比較復雜 更多的行動 多重關系之間的協(xié)調行動 這需要自動送料裝置靈敏 準確 精度高 通過本次畢業(yè)設計 現有的軸類零件自動送料裝置進行比較的基礎上控制理 論方法和設計一套更好的自動送料裝置的性能 原始數據 1 機器相關的數據 例如 類型 CA6140 車床 軸類零件上料裝置 2 設計 液壓推桿 3 相關的實際生產數據 材料 20 100 100 500 的長度 2 2 基本設計思路 2 2 1 系統(tǒng)分析 該機器人是一個強大的工具 實現了生產過程自動化 提高勞動生產率 為了實 現所需要的生產過程自動化 機械化和全面的技術和經濟分析自動化 以確定是否合 適的機器人 完成機器人的設計和通常具有較少第一做功 1 根據不同的機械手 明確的目標和任務之際 2 分析了機器人的工作環(huán)境 3 對系統(tǒng)需求的分析 以確定機器人和程序 如自由度的數目的基本功能時 機器 人的移動速度 定位精度 抓重量 此外 根據該液壓抓斗質量 形狀 尺寸和體積 以確定的形式和操縱器和把手的尺寸的位置 在這方面 我的分析如下 1 手材料為液壓機械設計問題 該機器人是一種材料搬運機器人 雖然機器人的使 用場合 而且也非常廣泛 涉及到材料的狀態(tài) 操作線比我的知識和能力的環(huán)境因素 我選擇液壓機械手的材料處理非生產線的小物件 2 因為我選擇了機械手液壓材料處理的非生產線的小物件 因此 工作環(huán)境 機械 廠 精度高 故障率低 速度快的系統(tǒng) 2 2 2 總體設計框圖 5 人機交互系統(tǒng) 系統(tǒng)軟件 編 程語言系統(tǒng) 控制器及 控制算法 控制系統(tǒng) 驅動系 統(tǒng) 各驅 動器 機械系統(tǒng) 機 身 臂部 手腕 手爪 作業(yè)對象 內部傳感器信息反饋 工作對象及環(huán)境信息反饋 感知系統(tǒng) 圖 2 總體設計框圖 如圖 2 為總設計框圖 說明如下 1 控制系統(tǒng) 任務被反饋根據機器人操作指令程序和傳感器的信號 控制致動器操 縱來執(zhí)行預定的動作和功能 其主要設計目標是選擇 CPU CPU 的編寫和調試程序 2 驅動系統(tǒng) 驅動裝置驅動系統(tǒng)的工作 3 機械系統(tǒng) 包括機身 機械手臂 手腕和抓手 需要確定的自由 坐標和計算出 的特定結構的程度 4 感測系統(tǒng) 所述傳感器的選擇和的具體作用 2 2 3 液壓機械手的基本參數 1 最大水硬性材料的重量機器人是它的主要參數 2 速度直接影響的機器人操作器的動作的穩(wěn)定性和速度 所以移動速度是一個主要的基 本參數材料材料液壓操縱器 設計速度太低 這將是無法滿足機器人的運動功能 限 制使用的機器人 高速的設計將提高機器人的負荷和影響機器人的順利運作 3 工作半徑膨脹沖程和工作范圍是確定鍵的機器人和機器的尺寸 而且手的基本參數 的機械設計 3 定位精度的機器人的主要基本參數之一 機器人精度太低 就不能完成功能 準確度 高也意味著成本的增加 兩者合計 為 0 3 毫米液壓操縱器的定位精度的材料組的定 位精度 該材料的液壓機械手的各個部分的基本參數可以行駛 并從上述材料的時間 分配已經知道每個液壓機器人關節(jié)來決定 2 3 液壓機械手結構設計 根據所設計的機械手的運動方式 機械臂的轉動 機械臂的升降 根據上文所說 的 機械手按照坐標的分類情況 選擇圓柱坐標式機械手更為妥當 2 4 機械手材料的選擇 該材料應根據機器人手臂的工作條件以滿足所述機器人設計和制造要求 從設計 6 機器人完成各種運動 因此 對于移動部件的材料的要求 它應該是一個重量輕的材 料 另一方面 在運動中常常手臂振動 這將大大降低它的運動精度 因此 材料 質量 剛度 阻尼的選擇必須加以考慮 從而有效地提高了機器人臂的動態(tài)性能 此 外 機械手選的材料和不同材料的一般結構 機器人是伺服機構 控制 我們必須考 慮它的可控性 在的材料 結構 質量性能方面的考慮在臂材料的選擇 可控性和可 操作性 總之 操縱材料的選擇 你應該考慮的強度 剛度 重量輕 柔韌 耐沖擊 外觀和 價格 下面是使用了一些機器人的材料 高強度鋼 碳素鋼和合金鋼 L 這種材料的強度 該合金結構鋼變形增加 4 到 5 倍 彈性模量 電阻 特別是強度 是最廣泛使用的材料 共同的特征 2 的鋁 鋁合金等輕合金材料具有重量輕 彈性模量 E 為小 但密度小 的物質 P 比率也與 E 和鋼相比 3 陶瓷 有陶瓷材料的質量好 但易碎 但處理不當 需要特殊的設計和聯合金屬 部件 不過 日本已開發(fā)出高速 ARM 陶瓷樣品機械手的 從視圖的設計機器人的點 不需要在材料的選擇上的負載能力 并不需要高彈性模量 和抗變形 除了考慮到材料成本 加工 以及其他因素 在各種因素的措施 結合鋁 合金的工作條件 如機器人組件初步選擇 2 5 機械臂的運動方式 運動形式的機器人有五種常見的 SCARA 型 直角坐標極坐標型 關節(jié)型 圓柱 坐標 基于運動根據運動參數主要形式的選擇結構設計 運動的一種形式 以滿足不 同的生產工藝的需要 可以使用不同的結構 選擇表中的具體位置 必須根據操作要 求 液壓工作的中心線的方向上的變化在工作場所 而且 比較和選擇 兩只手 兩個或三個肩和肘腕方向的這種機械定位 其中 繞垂直軸肩 另一肩斜度 承擔兩個正交軸 第二軸平行于肩 考慮到機器人的工作 這需要運動靈活 有一個 大的工作空間 結構緊湊 占地面積小 關節(jié)機械手選擇的特點 如圖 這種配置 動作靈活 寬大的空間 空間最小干涉操縱操作 結構緊湊 占地面積小 易于密封 接頭相對運動部件和灰塵 但這種機器人逆運動學是更復雜的 這是難以確定的美元 的結束 態(tài)度不直觀 而且在大的計算量的控制 7 圖 3 常見的運動方式 2 6 液壓機械手驅動方式的選擇 機械手使用主要利用液壓驅動 液壓驅動和電機驅動的四種基本形式的機器人駕 駛模式 然而 隨著液壓傳動 低功率 能量相比 液壓結構比較簡單 易于控制速度 精度不高 油馬達驅動能量是一個簡單 速度快 定位精度 易用性 低噪音 高速變化的 機制 高效 靈活的控制 液壓驅動的特點是動力 結構簡單 省去了減速裝置 響應速度快 精度高 但 需要液壓源 也容易發(fā)生泄漏 首先 我會選擇驅動馬達 但考慮到機械手的結構單純的機械動作沒有達到傳播 的期望的效果 如果您使用的是旋轉的液壓或液壓驅動機械臂必須帶有旋轉液壓或液 壓缸旋轉 結構比較復雜 不利于設計 該改進的方案中 驅動器被分成兩個部分 它的機械臂伸展 起重機械劃傷 液 壓驅動 2 7 動作要求分析 動作一 送 料 動作二 預夾緊 動作三 手臂上升 動作四 手臂旋轉 動作五 小臂伸長 動作六 手腕旋轉 預夾緊 手臂上升 手臂旋轉 手臂伸長 手臂轉回 手腕旋轉 8 圖 2 2 液壓機械手動作簡易圖 2 8 液壓機械手結構及驅動系統(tǒng)選型 本課題所設計的液壓機械手為通用型的液壓機械手 其中坐標系為圓柱坐標系結 構 驅動系統(tǒng)選用油馬達驅動和液壓驅動 油馬達驅動用于機座的旋轉和手臂的上下 移動 液壓驅動用于手臂的伸縮和液壓機械手的夾取和翻轉 3 9 第 3 章 機械手機械部分的設計計算 3 1 手指的相關設計與計算 設計手抓取除了滿足當時的需求 我們還必須滿足以下要求 1 所述手指抓握大小以適合 確定所述手指把手 即夾緊力 應被視為以及慣性力的重量和工件或產生的傳輸的操 作期間的振動 以確保工件不會產生松動或脫落 但是將把手太浪費并可能損壞工件 2 應確保工件可順利進入或脫離手指 伸縮手指應該具有足夠大的開口角 以容納較大直徑的范圍內 以確保有足夠的距離 以方便抓取夾緊和松開工件 移動顎具有足夠大的運動范圍 3 應具有足夠的強度和剛度 以及其自身重量的光 影響由于反作用力和慣性力的運動 振動等時 工件被夾緊時 要求機器人具有足夠 的強度和剛度 以防止斷裂或彎曲變形 但結構應該是簡單的和緊湊的 輕重量 并 在手聚焦在手腕上的旋轉軸 從而使最小的手腕扭轉力矩 4 動作快速 靈活 精確 一般的機器人還需要方便更換手 可以根據使用的手持握把型的手 吸附手和專用工具 槍 扳手 焊接工具 類別來 劃分 分析與該設計的比較之后使用一個夾式的手 機械手直接抓住把手和 或吸附 對象 或特殊工具來執(zhí)行工作任務夾持部件 因此 手的構造和尺寸應當基于該作業(yè)的任務 的要求來設計 以便形成一個各種結構類型 它是安裝在臂的前部 可以模仿人手的 動作 一 夾持式手部 夾持式手部對抓取工件的形狀具有較大的適應性 故應用較廣 它的動作與鋼絲 鉗或虎鉗相似 二 結構 有一鉗手驅動 傳輸和手指 或爪子 等組成 大多數驅動活塞缸 變速機構共 同連接機構 滑槽機構 齒條和齒輪機構等 手指使用兩個手指 而且還指的是一些 10 其它形式 手指放在手指直接接觸工件部分夾緊 其結構和形狀取決于工件的形狀 一方面人員結構通過模仿手指的動作可分為回轉型移動式等多種形式 分析這種設計 選擇移動齒輪齒條式手比較 工件尺寸 直徑約 2 3cm 圓柱形 材料是鐵質 機械手最大抓重 2kg 根據所夾取的零件半徑 20 30 的圓柱形棒料 經分析取扇型齒輪的齒頂模 m 數 m 2 23 齒條齒數取 23 1Z2Z 1 手指夾緊力的計算 公式 3 1 N 1K 230G 為抓取的工件重量最大為 2Kg 為安全系數取 1 2 2 暫取 5 為工作情況系0G1 2K 數 可按 1 1 2 5 此取 2 為方位系數 即為當爪子處在不同位置夾取工2 23 件不同放置位置是的系數 根據查取的公式 0 5 tan 粗略計算3K 1tan f 約等于 0 9 1 1 此處 取 1 3K3K 根據公式 3 1 計算得 1 5 2 1 2 9 8NN 58 8N 因為此設計采用移動型齒輪齒條手部結構 查資料知其夾緊力 為驅動力 的NFN 一半 即 0 5 3 2 NFP 此處考慮其他因素 取 100N 圖 3 1 機械手手部簡圖 c 計算手部活塞桿行程長 L 即 tgDL2 3 4 11 25 tg30 23 1mm 經圓整取 l 25mm d 確定 V 型鉗爪的 L 3 取 L Rcp 3 3 5 式中 Rcp P 4 200 4 50 3 6 由公式 3 5 3 6 得 L 3 Rcp 150 取 V 型鉗口的夾角 2 120 則偏轉角 按最佳偏轉角來確定 查表得 22 39 計算 設 a 100mm b 50mm 機械手達到最高響應時間為 0 5s 求夾緊力01 04 和驅動力 和 驅動液壓缸的尺寸 NF 1 設 1 5K 1 022ba 0 5198 3 根據公式 將已知條件帶入 1 5 NF 1 025849 N 2 根據驅動力公式得 1378N 20cos3 85 計 算 3 取 0 85 178620 5FN 計 算實 際 4 確定液壓缸的直徑 D 24dp 實 際 選取活塞桿直徑 d 0 5D 選擇液壓缸壓力油工作壓力 P 0 8 1MPa 524160 870 8 10 5Fp 實 際 12 根據表 4 1 JB826 66 選取液壓缸內徑為 D 63mm 則活塞桿內徑為 D 63 0 5 31 5mm 選取 d 32mm 為了保證手抓張開角為 活塞桿運動長度為34mm 06 手抓夾持范圍 手指長 100mm 當手抓沒有張開角的時候 如圖 3 2 a 所示 根據機 構設計 它的最小夾持半徑 當張開 時 如圖 3 2 b 所示 最1R4 06 大夾持半徑 計算如下 2R 0023cos9tg 機械手的夾持半徑從 20 30mm a b 手抓張開示意圖 5 2 機械手手抓夾持精度的分析計算 機械手的精度設計要求工件定位準確 抓取精度高 重復定位精度和運動穩(wěn)定性好 并有足夠的抓取能 12力 機械手能否準確夾持工件 把工件送到指定位置 不僅取決于機械手的定位精度 由臂部和腕部等運動部件來決定 而且也于機械手夾持誤差大小有關 特別是在多 品種的中 小批量生產中 為了適應工件尺寸在一定范圍內變化 一定進行機械手的夾持誤差 13 圖 3 3 手抓夾持誤差分析示意圖 該設計以棒料來分析機械手的夾持誤差精度 機械手的夾持范圍為 80mm 180mm 一般夾持誤差不超過 1mm 分析如下 工件的平均半徑 9042cpR 65m 手指長 取 V 型夾角10lm 01 偏轉角 按最佳偏轉角確定 1106coscos4in0inCPRl 計算 0sin0Rl 064 5 當 S 時帶入有 MAXIN 2 22 2max mincos cos0 678sini sinMAXMAXRRllll 夾持誤差滿足設計要求 5 3 手爪扇形齒輪與齒條強度校核 1 材料 齒輪 40 滲碳淬火 硬度 58 62Cr HRC 齒條 40 滲碳淬火 硬度 48 55 2 因所受的力不大硬齒面扇形齒輪與齒條按接觸疲勞強度校核 14 12HEHKTuZbd 64m 查表計算 192630782TpdNm 查表 18 EZMpa 5HZ2119 256348H Mpa limNKS 查資料 li170Hpa N 安全系數 S 由上面的公式知 170HMpa 符合要求63 3 2 升降方向設計計算 3 2 1 初步確系統(tǒng)壓力 表 3 1 按負載選擇工作壓力 1 負載 KN 50 工作壓力 MPa 1 25 滿足最低速度的要求 12c 2 活塞桿強度計算 18 90mm 4 4 mF45 105 185 4 d64 式中 許用應力 Q235 鋼的抗拉強度為 375 MPa8n b 500MPa 取 400MPa 為位安全系數取 5 即活塞桿的強度適中 3 活塞桿的結構設計 活塞桿的外端頭部與負載的拖動油馬達機構相連接 為了避免活塞桿在工作生產 中偏心負載力 適應液壓缸的安裝要求 提高其作用效率 應根據負載的具體情況 選擇適當的活塞桿端部結構 4 活塞桿的密封與防塵 活塞桿的密封形式有 Y 形密封圈 U 形夾織物密封圈 O 形密封圈 V 形密封圈等 6 采用薄鋼片組合防塵圈時 防塵圈與活塞桿的配合可按 H9 f9 選取 薄鋼片厚度為 0 5mm 為方便設計和維護 本方案選擇 O 型密封圈 3 2 4 液壓缸工作行程的確定 液壓缸工作行程長度可以根據執(zhí)行機構實際工作的最大行程確定 并參照表 4 4 選取標準值 液壓缸活塞行程參數優(yōu)先次序按表 4 4 中的 a b c 選用 表 4 4 a 液壓缸行程系列 GB 2349 80 6 25 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 表 4 4 b 液壓缸行程系列 GB 2349 80 6 40 63 90 110 140 180 220 280 360 450 550 700 900 1100 1400 1800 2200 2800 3600 表 4 4 c 液壓缸形成系列 GB 2349 80 6 240 260 300 340 380 420 480 530 600 650 750 850 950 1050 1200 1300 1500 1700 1900 2100 2400 2600 3000 3400 3800 根據設計要求知快速接近工件 行程根據任務書要求 根據表 3 8 可選取垂直方 向液壓缸的工作行程為 900mm 可選取水平方向液壓缸的工作行程為 1000mm 19 3 2 5 活塞的設計 由于活塞在液力的作用下沿缸筒往復滑動 因此 它與缸筒的配合應適當 既不 能過緊 也不能間隙過大 配合過緊 不僅使最低啟動壓力增大 降低機械效率 而 且容易損壞缸筒和活塞的配合表面 間隙過大 會引起液壓缸內部泄露 降低容積效 率 使液壓缸達不到要求的設計性能 考慮選用 O 型密封圈 3 2 6 導向套的設計與計算 1 最小導向長度 H 的確定 當活塞桿全部伸出時 從活塞支承面中點到到導向套滑動面中點的距離稱為最小 導向長度 1 影響液壓缸工作性能和穩(wěn)定性 因此 在設計時必須保證液壓缸有一定的 最小導向長度 根據經驗 當液壓缸最大行程為 L 缸筒直徑為 D 時 最小導向長度為 4 20DLH 5 一般導向套滑動面的長度 A 在缸徑小于 80mm 時取 A 0 6 1 0 D 當缸徑大于 80mm 時取 A 0 6 1 0 d 活塞寬度 B 取 B 0 6 1 0 D 若導向長度 H 不夠時 可在活 塞桿上增加一個導向套 K 見圖 4 1 來增加 H 值 隔套 K 的寬度 21BAC 圖 4 1 液壓缸最小導向長度 1 因此 最小導向長度 取 H 9cm 導向套滑動面長度 A cm2 798 0 活塞寬度 B 1 20 2 導向套的結構 導向套有普通導向套 易拆導向套 球面導向套和靜壓導向套等 可按工作情況 適當選擇 3 2 7 端蓋和缸底的計算校核 在單活塞液壓缸中 有活塞桿通過的端蓋叫端蓋 無活塞桿通過的缸蓋叫缸頭或 缸底 端蓋 缸底與缸筒構成密封的壓力容腔 它不僅要有足夠的強度以承受液力 而且必須具有一定的連接強度 端蓋上有活塞桿導向孔 或裝導向套的孔 及防塵圈 密封圈槽 還有連接螺釘孔 受力情況比較復雜 設計的不好容易損壞 1 端蓋的設計計算 端蓋厚 h 為 3p 1 cpdD 式中 D1 螺釘孔分布直徑 cm P 壓力 2kgf m 密封環(huán)形端面平均直徑 cm cpd 材料的許用應力 2kgf c 2 缸底的設計 缸底分平底缸 橢圓缸底 半球形缸底 3 2 7 缸體長度的確定 液壓缸缸體內部長度應等于活塞的行程與活塞的寬度之和 缸體外形長度還需要 考慮到兩端端蓋的厚度 1 一般液壓缸缸體長度不應大于缸體內經的 20 30 倍 取系數 為 5 則液壓缸缸體長度 L 5 10cm 50cm 3 2 8 緩沖裝置的設計 液壓缸的活塞桿 或柱塞桿 具有一定的質量 在液力的驅動下運動時具有很大 的動量 在它們的行程終端 當桿頭進入液壓缸的端蓋和缸底部分時 會引起機械碰 撞 產生很大的沖擊和噪聲 采用緩沖裝置 就是為了避免這種機械撞擊 但沖擊壓 力仍然存在 大約是額定工作壓力的兩倍 這就必然會嚴重影響液壓缸和整個液系統(tǒng) 的強度及正常工作 緩沖裝置可以防止和減少液壓缸活塞及活塞桿等運動部件在運動 21 時對缸底或端蓋的沖擊 在它們的行程終端能實現速度的遞減 直至為零 當液壓缸中活塞活塞運動速度在 6m min 以下時 一般不設緩沖裝置 而運動速度 在 12m min 以上時 不需設置緩沖裝置 在該組合機床液系統(tǒng)中 動力滑臺的最大速 度為 4m min 因此沒有必要設計緩沖裝置 3 2 9 液壓缸的選型 經過比較 參考市場上的液壓缸類型 選擇一種可靠優(yōu)質的液壓缸產品的生產商 速易可 上海 有限公司 速易可液動 上海 有限公司成立于 2004 年 從事于空油壓零組件和設備研 究 生產 銷售的自動化廠商 產品以 TONAB 品牌營銷國內外市場 產品主要有空液凈 化組件 液動控制組件 液動執(zhí)行組件 輔助組件 空油壓設備 產 品廣泛應用于醫(yī) 療器械 工業(yè)機械手 食品包裝機械 紡織機械 半導體設備 軌道交通 煙草機械 機床自動控制 真空搬運 汽車制造 教學培訓等行業(yè) 速易可目前主要產品有 無桿液壓缸 滑臺液壓缸 止動液壓缸 回轉液壓缸 機 械夾 回轉夾緊液 油 壓缸 導桿液壓缸 帶鎖液壓缸 雙軸缸 標準型液壓缸 控制閥 空液控制組件 真空系統(tǒng)組件及相關液動輔助零組件 22 根據上節(jié)計算 在這選擇 YAM63 23 3 3 水平方向設計計算 3 3 1 水平方向計算 當工件處于水平位置時 擺動缸的工件扭矩最大 采用估算法 工件重 20kg 長 度 l 1000mm 如圖 3 4 所示 圖 3 4 受力簡圖 1 計算扭矩 1 4 2 液壓缸 伸縮 及其配件的估算扭矩 2 4 F 200N S 1m 最大行程時 帶入公式 2 9 得SF 2 200 10 1 2000 N M 由于水平方向的液壓缸與升降方向的有些類似 在此不在一一列舉 3 3 2 液壓缸的選型 速易可目前主要產品有 無桿液壓缸 滑臺液壓缸 止動液壓缸 回轉液壓缸 機 械夾 回轉夾緊液 油 壓缸 導桿液壓缸 帶鎖液壓缸 雙軸缸 標準型液壓缸 控制閥 空液控制組件 真空系統(tǒng)組件及相關液動輔助零組件 工件 24 根據上節(jié)計算 在這選擇 YAM63 腕部是聯結手部和臂部的部件 腕部運動主要用來改變被夾物體的方位 它動作 25 靈活 轉動慣性小 本課題腕部具有回轉這一個自由度 可采用具有一個活動度的回 轉缸驅動的腕部結構 3 4 機身結構的設計校核 臂部和機身的配置形式基本上反映了液機械手的總體布局 本課題液機械手的機 身設計成機座式 這樣液機械手可以是獨立的 自成系統(tǒng)的完整裝置 便于隨意安放 和搬動 也可具有行走機構 臂部配置于機座立柱中間 多見于回轉型液機械手 臂 部可沿機座立柱作升降運動 獲得較大的升降行程 升降過程由電動機帶動螺柱旋轉 由螺柱配合導致了手臂的上下運動 手臂的回轉由電動機帶動減速器軸上的齒輪旋轉 帶動了機身的旋轉 從而達到了自由度的要求 7 9 3 5 螺柱的設計與校核 螺桿是液機械手的主支承件 并傳動使手臂上下運動 螺桿的材料選擇 從經濟角度來講并能滿足要求的材料為鑄鐵 螺距 P 6mm 梯形螺紋 螺紋的工作高度 h 0 5P 3 17 3mm 螺紋牙底寬度 b 0 65P 0 65 6 3 9mm 3 18 螺桿強度 11 3 19 5 3s 10 30 50Mpa 螺紋牙剪切 40 彎曲 b 45 55 1 當量應力 23121 04dTdF 3 20 式中 T 傳遞轉矩 N mm 26 螺桿材料的許用應力 所以代入公式 3 20 得 23121d 0689d8 904 6231215 65 12 23121 09d 49 1261415 0650 6225025d12 11236 900d 16 1012 6225025 0 0292 11236 900 0 029 6 1012 即 16471pa 535340pa 合格 2 剪切強度 旋合圈數 3 21 610 PHZ 3 22 bzd1 F 3 1069 302 892 206 8 103pa 0 206Mpa 40Mpa 3 彎曲強度 zbdh321 F 609 382 0 48Mpa 45Mpa 合格 27 3 6 機械手的定位及平穩(wěn)性確定 3 6 1 常用的定位方式 機械停止機械停止位置被設定在行程的末端 當通過減速液體機器人末端 緊靠 擋塊和定位 如果減速前的位置 定位驅動壓力不消除 在這種情況下 機械止動件的位置可以達 到很高的重復性 一般高于 0 5mm 的定位如果油驅趕并刪除工作的壓力 那么液體 操縱可能會出現小幅反彈站的距離 因此定位精度低 12 3 6 2 影響平穩(wěn)性和定位精度的因素 液體機器人能準確工作 定位實際上是一個三維空間 線的數量和角度定位組合 的量的量 在許多簡單的情況下 一個單一的值可能是主要的 影響單行或如下角度 定位誤差量的量的因素 1 定位 不同的因素影響不同的定位 如機械止動件的位置 定位精度和剛度并抵靠時的速度 和其他因素有關的止動件的止動件 2 定位速度 定位速度上的定位精度影響很大 這是因為 定位速度是不一樣的 不同的能量必須 被耗散運動部件 通常情況下 為了減少定位誤差應合理控制定位速度 如提高了性 能的緩沖裝置的緩沖和緩沖效率 控制驅動系統(tǒng)使得移動部件及時減速 3 準確度 制造和安裝高速精密流體精密機器人對定位精度產生直接的影響 4 剛度 結構剛度和接觸剛度機器人本身是低的 由于振動容易發(fā)生定位精度普遍較低 重量比 5 的移動構件 移動部件包括液壓機械手自身的重量和材料的重量的重量被抓住 在運動的重量變化對定位精度的影響更大 通常情況下 可移動部件的增加的重量 其定位精度下降 因此 設計不僅要降低自身的運動部件的重量 而且要考慮改變抓 工作重的影響 6 的驅動源 28 流體壓力波動和電壓 油溫度波動會影響重復定位精度是一個機器人 因此 使用必 要的電壓和調節(jié)流體的措施 7 控制系統(tǒng) 開關控制 位置控制和電液比例控制精度伺服控制是不一樣的 這是不僅是因為不同 的精度和各種控制用元件的靈敏度 而且還與有關的位置反饋裝置 13 的存在或不存在 這個項目的定位精度用機械止動器的位置 3 6 3 液機械手運動的緩沖裝置 緩沖裝置進入緩沖器和兩種形式的外緩沖器 在液壓缸的形式的緩沖器結束緩沖 裝置和緩沖電路 外面的柔性機械構件和液體緩沖器形式緩沖區(qū) 優(yōu)點緩沖區(qū)是一個 簡單而緊湊的結構 但有時限制的座椅位置 優(yōu)點坐墊的座椅位置靈活 簡單 良好的 緩震性能調整等 但結構比較大 緩沖器用于這項研究裝置是一個液壓缸緩沖裝置結束 當活塞移動到一定的距離遠離氣缸端蓋和端蓋之間可以活塞形成一緩沖室 原則使用 油門 使給運動臨時緩沖室的背壓產生的阻力減速停止 避免所謂的液壓缸緩沖裝置 12 15 的端部的剛性的沖擊的設備 在緩沖行程 孔口常數 稱為恒油門液壓缸緩沖裝置結束 設計液壓缸端部恒節(jié)流緩沖裝置時 max 最大加速度 maxp 緩沖腔最大沖擊 壓力 和 rV 殘余速度 三個參數是受工作條件限制的 通常采用的辦法是先選定其 中一個參數 然后校驗其余兩個參數 步驟如下 1 選擇最大加速度 通常 amax 值按液機械手類型和結構特點選取 同時要考慮速度與載荷大小 對 于重載低速液機械手 max取 5m s2 以下 對于輕載高速液機械手 max取 5 10 m s2 2 計算沿運動方向作用在活塞上的外力 F 水平運動時 isAPF 3 23 0 25 103 3 6 2 7 29 138N 3 計算殘余速度 Vr 3 24 F 1maxor V m s5 064 總結 畢業(yè)設計不久掃尾階段 在學習過程中幾個月的設計 我已經取得了長足的進步 在本次畢業(yè)設計 我學到了很多 首先 有知識有更深的了解 多年的知識做了系統(tǒng) 的審查 知識文化的圖書館使用獨立的分析 我學會了如何更好地利用對利用網絡能 力 查找資料 解決問題 以及信息 但也讓我學習如何與你的同學討論這個問題 這是我今后的工作有很大的幫助 我將繼續(xù)在今后的工作中 努力提高自己的水平 通過這樣的設計 我真的覺得棘手 的優(yōu)秀設計 在設計過程中 但在老師的幫助和自己的努力 我終于成功地完成設計 我經常沒有足夠的知識來設計經驗 有不足 這些問題有時可以讓我無奈 雖然我的 30 設計有很多不足之處 行使自己的分析和解決共同問題的能力 并希望通過本次畢業(yè) 設計 未來將從事培訓 為今后的工作 畢業(yè)設計仿真的基礎 寫這篇文章代表了我 的論文將接近尾聲 在過去四年的大學畢業(yè)的課程 這將是審查的教師和學生 是否 做的好和壞 這個過程也有經驗 首先 所有的老師感謝的標志 我誠懇地接受你的 指導 并希望得到你我的努力 當我們不知道 你不會做 老師給我們補充的知識 顯 然 我們想進入的知識 設計 技術狀態(tài)和研究生更注重于自我訓練 我想 如果沒 有大學四年打下課程設計的堅實基礎 我們可能要完成畢業(yè)設計變得非常困難 所有 的老師 所以我把我的大學四年課程設計 說了聲真誠的感謝你們 畢業(yè)設計 歷時半年多 我看了很多文獻 有很多獲取有關書籍的 沒有任何線索 找 到來自靈感 從我不知道如何開始一個大膽的嘗試 從教師自身的獨立思考 終于完 成了這個項目的設計 我除了完成自己的工作 同時也得到了悉心的指導老師 總是 老師劉國光在關鍵時刻 及時監(jiān)督我們的工作 嚴格要求我們 我們仔細檢查任務的 各個階段 我要衷心感謝我的老師 參考文獻 31 參考文獻 1 徐灝 機械設計手冊 3 M 北京 機械工業(yè)出版社 1998 p20 p55 2 徐灝 機械設計手冊 4 M 北京 機械工業(yè)出版社 1998 p34 p56 3 徐灝 機械設計手冊 5 M 北京 機械工業(yè)出版社 1998 p44 p78 4 張建民 工業(yè)機械手 M 北京 北京理工大學出版社 1994 p66 p91 5 工業(yè)液壓機械手 編寫組 工業(yè)液壓機械手 機械結構上 M 上海 上?？茖W技 術出版社 2005 p46 p77 6 機床設計手冊 編寫組 機床設計手冊 3 M 北京 機械工業(yè)出版 1999 p23 p44 7 丁樹模 液壓傳動 M 北京 機械工業(yè)出版社 1998 p34 p45 8 顏永年 機械制圖 M 大連 大連理工大學工程畫教教研室 1998 p12 p60 9 李恒權 朱明臣 王德云 畢業(yè)設計指導書 M 山東 青島海洋出版社 1990 p12 p30 10 王棟梁 機械基礎 M 北京 機械基礎 1995 p44 p90 11 隆生 Solid Works 設計與應用 M 北京 電子工業(yè)出版社 2004 p20 p30 12 黃鶴汀 機械制造技術 M 北京 機械工業(yè)出版社 1998 13 吳宗澤 羅圣國 機械設計課程設計手冊 M 北京 高等教育出版社 2006 p23 p45 14 李允文 工業(yè)液壓機械手設計 M 機械工業(yè)出版社 北京 1996 p45 p70 15 丁樹模 液壓傳動 M 機械工業(yè)出版社 北京 1992 p1 p40 16 陸祥生 楊秀蓮 液壓機械手 M 中國鐵道出版社 北京 1985 p33 p56 17 J Ding T Tsuzuki Journal of Materials Science 1999 p12 p44 18 Xie F Tsutsui JM Gao L Zucker IH Porter TR Ultrasound in Medicine and Biology 2007 p55 p67 32 致 謝 該論文是導師的指導下完成的 我的畢業(yè)設計題目是液壓機器人的設計 這是一 個我以前沒有接觸 我知道這完全是一個陌生人 教師的幫助和參考材料看了以后 我有一定的了解液壓操縱的 我很感謝老師的指導下 使我的畢業(yè)設計順利完成 真 誠地感謝對我的老師的畢業(yè)設計指導的有利條件 也感謝學院為我們使我們的畢業(yè)設 計如期完成 畢業(yè)設計是在大學一起學習的知識 綜合運用所有相關的專業(yè)知識 課本知識在實踐 中應用 通過本次畢業(yè)設計 讓我得到更多的專業(yè)知識 以鞏固和提高原有的基礎上 這是由教師和學生的幫助是分不開的 設計和分析老師的指導下完成的 并在分析的 過程中 尹長城老師給了我很多鼓勵 引導我在設計和分析 認為更多的設計思路 增強了我的學習能力來和我們討論這個問題 所以我有認識更加清晰的分析 讓我受 益匪淺 畢業(yè)設計是我們的專長 這是我們走向社會化 專業(yè)化的工作中必不可少的過程中前 實際訓練綜合應用 千里之行始于足下 通過課程設計 讓我深深體會到永恒的 那句詞的真正含義 我認真地把今天的課程設計 學習踏踏實實地采取這一步驟是在 社會穩(wěn)定的未來潮流的運行打下了堅實的基礎 說實話 畢業(yè)設計是真的累了 但一開始清理自己的設計成果 仔細琢磨畢業(yè)設計的 思路 成功的喜悅難得讓我疲憊頓消瞬間 雖然這是我第一次學會了如何完成 我的 生活的小勝利 但它讓我感覺更成熟了 通過畢業(yè)設計 讓我深深體會到 做任何事情一定要有耐心和細心 課程設計過程中 許多計算有時我不禁感到有些不安 還有要注意不要計算錯誤 只有狠狠地重做 但想 到老師花更多的耐心教導中 認為未來應該自己的社會責任 讓世界認為是世界上非 常令人震驚的 因為一些小失誤發(fā)生時 我不禁提醒自己 我們必須建立一個具有高 負責 一絲不茍的好習慣 經歷了畢業(yè)設計 讓我找到了我自己的知識是真正的窮人 自己的能力 用專業(yè)的知 識是如此的不充分 這么多年的學習課程 今天才知道自己不會用 想到這里 我真 的很不耐煩 畢業(yè)時 由于匆忙 很多應該明白的地方度過沒有時間去仔細調查來源 如了解控制 33 網格 坐標系 所選擇的求解 這讓我在大學中只是一個大方向理解 還有從遠處的 實際應用太遠 但我相信 方向是最重要的 因為方向是確定的 它會做的事情 用 最少的能量 這是對我今后的工作至關重要 因為在實際生產生活中 從事的工種有 很大的不同 才發(fā)現自己最擅長 最有前途的崗位 個人有更多的熱情 也是最容易 使自己的崗位一定的貢獻