自動鎖螺絲機(jī)送料機(jī)械手設(shè)計【含CAD圖紙和說明書】

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Firstly ,it introduced briefly the basic concept of the robot, the composition and classification of robot ,the development history of industrial robots and development trends of industrial robots. Secondly, to analyzing the process of automatic production line for camshaft pump feeding robot,I have determined the coordinates form，the number of freedom and drive mechanismthe of manipulator, identified the main technical parameters of mechanical hand,completed the overall design of automatic line feed pump camshaft mechanical hand. Thirdly,I have completed the structure design of hand, arm and body . Finally, through analysing the movement of mechanical hand,I have completed the design of hydraulic cylinders and the choice of hydraulic components ;I have designed schematic diagram of hydraulic system and the diagram of electrical control to meet the requirements of manipulator's loop movement. Keywords: The mechanical hand, industrial automation, structure design, cylinder 目 錄 摘 要 3 Abstract 4 目 錄 5 第1章 緒論 7 1.1機(jī)械手概述 7 1.2機(jī)械手的組成和分類 8 1.2.1機(jī)械手的組成 8 1.2.2機(jī)械手的分類 9 1.3課題的提出及主要任務(wù) 9 1.3.1課題的提出 9 1.3.2課題的主要任務(wù) 10 第2章 機(jī)械手的設(shè)計方案 10 2.1機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度和工作范圍 11 2.2 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 11 2.3 機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 11 2.4機(jī)械手的驅(qū)動方案設(shè)計 11 2.5 機(jī)械手的控制方案設(shè)計 11 2.6機(jī)械手的主要參數(shù) 12 第3章 夾持設(shè)計與氣缸選型 12 3.1夾持部分設(shè)計 12 3.1.1夾持的形狀和分類 12 3.1.2設(shè)計時考慮的幾個問題 12 3.1.3 機(jī)械夾選型 14 3.2夾緊氣缸的設(shè)計 16 3.3氣缸選型 18 4 氣壓系統(tǒng)主要參數(shù) 20 4.1氣缸和氣馬達(dá)的設(shè)計計算 20 4.1.1氣缸的設(shè)計計算 20 4.1.2 氣缸的流量計算 20 4.4.2 氣壓元件的選擇 21 總結(jié)與展望 24 參考文獻(xiàn) 25 致 謝 26 本科畢業(yè)設(shè)計 第1章 緒論 1.1機(jī)械手概述 機(jī)械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率:可以減輕勞動強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)安全生產(chǎn);尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用. 現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于20世紀(jì)50年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動作功能的柔性自動化產(chǎn)品。 機(jī)械手首先從美國開始研制，1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機(jī)械手。在此基礎(chǔ)上美國通過不斷改進(jìn)完善，研制出一系列新的機(jī)械手，美國的研制十分注意提高機(jī)械手的可靠性，改進(jìn)結(jié)構(gòu)，降低成本。 德國從1970年開始再制造行業(yè)應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。 日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自1969年從美國引進(jìn)二種典型的機(jī)械手后，便開始大力進(jìn)行機(jī)械手的研究。據(jù)報道，1979年從事機(jī)械手研究工作的大專院校、研究單位多達(dá)50多個；1979年日本機(jī)械手的產(chǎn)值達(dá)到443億日元，產(chǎn)量為14535臺。使用機(jī)械手最多的行業(yè)是汽車工業(yè)，其次是電機(jī)、電器和電子行業(yè)。到目前在日本工作的工業(yè)機(jī)械手已有100萬臺左右。 目前隨著電子計算機(jī)和電信設(shè)備的不斷發(fā)展，工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用也不斷擴(kuò)大，正逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造單元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中的重要一環(huán)。 生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率:可以減輕勞動強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)安全生產(chǎn)；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強(qiáng)，僅為某臺機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。 1.2機(jī)械手的組成和分類 1.2.1機(jī)械手的組成 機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖1-1所示。 圖1-1機(jī)械手的組成方框圖 (一)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 包括手部 、手腕、手臂和立柱、機(jī)座等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。 (二)驅(qū)動系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運動的動力裝置，通常由動力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動系統(tǒng)有氣傳動、氣壓傳動、電力傳動和機(jī)械傳動。 (三)控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)組成。 (四)位置檢測裝置 控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動位置，并隨時將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實際位置反饋給控制 系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu) 以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。 1.2.2機(jī)械手的分類 工業(yè)機(jī)械手的種類很多，關(guān)于分類的問題，目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類。 (一)按用途分 機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種: (二)按驅(qū)動方式分 機(jī)械手可分為氣傳動機(jī)械手、氣壓傳動機(jī)械手、機(jī)械傳動機(jī)械手、電力傳動機(jī)械手。本設(shè)計是氣傳動機(jī)械手的設(shè)計。 1、 氣傳動機(jī)械手 是以氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運動的機(jī)械手。其主要特點是:抓重可達(dá)幾 百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏。但對密封裝置要求嚴(yán)格，不然油 的泄漏對機(jī)械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機(jī)械 手采用電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但是 電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴(yán)格，成本高。 (三)按控制方式分 1、點位控制 它的運動為空間點到點之間的移動，只能控制運動過程中幾個點的位置，不能控制其運動軌跡。若欲控制的點數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。 2、連續(xù)軌跡控制 它的運動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點是設(shè)定點為無限的，整個移動過程處于控制之下，可以實現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運動，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。這類工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計算機(jī)進(jìn)行控制。 1.3課題的提出及主要任務(wù) 1.3.1課題的提出 隨著工業(yè)自動化程度的提高，工業(yè)現(xiàn)場的很多易燃、易爆等高危及重體力勞動場合必將由機(jī)器人所代替。這一方面可以減輕工人的勞動強(qiáng)度，另一方面可以大大提高勞動生產(chǎn)率。例如，自動送鎖螺絲機(jī)的生產(chǎn)過程中，往往工件、材料的上下要人工完成，既費時費力，又影響效率。為此，我們把上下料機(jī)械手作為我們研究的課題。 現(xiàn)在的機(jī)械手大多采用氣傳動，氣傳動存在以下幾個優(yōu)點: (1)氣傳動能方便地實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍大。 (2)在相同功率情況下，氣傳動能量轉(zhuǎn)換元件的體積較小，重量較輕。 (3)工作平穩(wěn)，換向沖擊小，便于實現(xiàn)頻繁換向。 (4)便于實現(xiàn)過載保護(hù)，而且工作油液能使傳動零件實現(xiàn)自潤滑，故使用壽命長。 (5)操縱簡單，便于實現(xiàn)自動化。特別是和電氣控制聯(lián)合使用時，易于實現(xiàn)復(fù)雜的自動工作循環(huán)。 （6）氣元件易于實現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。 1.3.2課題的主要任務(wù) 本課題將要完成的主要任務(wù)如下: 機(jī)械手為自動送鎖螺絲機(jī)，因此它是專用機(jī)械手. 查閱相關(guān)資料,完成系統(tǒng)總體方案設(shè)計及相關(guān)氣缸和氣爪的設(shè)計計算和選型; 利用CAD軟件完成機(jī)械手的裝配圖和零件圖設(shè)計; 翻譯相關(guān)的外文資料并撰寫一篇論文。 第2章 機(jī)械手的設(shè)計方案 對氣動機(jī)械手的基本要求是能快速、準(zhǔn)確地搬運工件，這就要求它們具有高精度、快速反應(yīng)、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動定位等特性。設(shè)計氣動機(jī)械手的原則是:充分分析作業(yè)對象(工件)的作業(yè)技術(shù)要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件;明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運時的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進(jìn)一步確定對機(jī)械手結(jié)構(gòu)及運行控制的要求;盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡化設(shè)計制造過程，增強(qiáng)專用性，并能實現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制。 本次設(shè)計的機(jī)械手是自動送鎖螺絲機(jī)專用氣動上下料機(jī)械手，專用機(jī)械手具有動作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價低等特點。 2.1機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度和工作范圍 按機(jī)械手手臂的不同運動形式及其組合情況，其座標(biāo)型式可分為直角座標(biāo)式、圓柱座標(biāo)式、球座標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。由于本機(jī)械手在上下料時手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運動，因此，采用圓柱座標(biāo)型式。相應(yīng)的機(jī)械手具有三個自由度，為了彌補(bǔ)升降運動行程較小的缺點，增加手臂擺動機(jī)構(gòu)，從而增加一個手臂上下擺動的自由度。 2.2 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 為了適應(yīng)自動送鎖螺絲機(jī)，把機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計成夾持式手部，可以準(zhǔn)確的夾取工件。 2.3 機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 按照抓取工件的要求，本機(jī)械手的手臂有三個自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降(或俯仰)運動。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動是通過立柱來實現(xiàn)的，立柱的橫向移動即為手臂的橫移。手臂的各種運動由氣缸來實現(xiàn)。 2.4機(jī)械手的驅(qū)動方案設(shè)計 由于氣傳動系統(tǒng)的工作平穩(wěn)，換向沖擊小，便于實現(xiàn)頻繁換向，因此選用氣傳動系統(tǒng)。 2.5 機(jī)械手的控制方案設(shè)計 考慮到機(jī)械手的專用性，同時使用點位控制，因此我們采用可編程序控制器 (PLC)對機(jī)械手進(jìn)行控制。當(dāng)機(jī)械手的動作流程改變時，只需改變PLC程序即可實現(xiàn)，非常方便快捷。 2.6機(jī)械手的主要參數(shù) 機(jī)械手動作時有啟動、停止過程的加、減速度存在，用速度一行程曲線來說明速度特性較為全面，因為平均速度與行程有關(guān)，故用平均速度表示速度的快慢更為符合速度特性。 除了運動速度以外，手臂設(shè)計的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。大部分機(jī)械手設(shè)計成相當(dāng)于人工坐著或站著且略有走動操作的空間。過大的伸縮行程和工作半徑，必然帶來偏重力矩增大而剛性降低。在這種情況下宜采用自動傳送裝置為好。根據(jù)統(tǒng)計和比較，該機(jī)械手手臂的伸縮行程定為400mm,最大工作半徑約為1300mm，手臂安裝前后可調(diào)200mm。手臂回轉(zhuǎn)行程范圍定為240(應(yīng)大于180否則需安裝多只手臂)，又由于該機(jī)械手設(shè)計成手臂安裝范圍可調(diào)，從而擴(kuò)大了它的使用范圍。手臂升降行程定為150mm。 定位精度也是基本參數(shù)之一。該機(jī)械手的定位精度為土0.5～±lmm 第3章 夾持設(shè)計與氣缸選型 3.1夾持部分設(shè)計 3.1.1夾持的形狀和分類 夾持式是最常見的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式:按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式(或內(nèi)漲式)和外夾式兩種:按模仿人手手指的動作，手指可分為一支點回轉(zhuǎn)型，二支點回轉(zhuǎn)型和移動型(或稱直進(jìn)型)，其中以二支點回轉(zhuǎn)型為基本型式。當(dāng)二支點回轉(zhuǎn)型手指的兩個回轉(zhuǎn)支點的距離縮小到無窮小時，就變成了一支點回轉(zhuǎn)型手指;同理，當(dāng)二支點回轉(zhuǎn)型手指的手指長度變成無窮長時，就成為移動型?；剞D(zhuǎn)型手指開閉角較小，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，應(yīng)用廣泛。移動型應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，當(dāng)移動型手指夾持直徑變化的零件時不影響其軸心的位置，能適應(yīng)不同直徑的工件。 3.1.2設(shè)計時考慮的幾個問題 (一)具有足夠的握力(即夾緊力) 在確定手指的握力時，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。 (二)手指間應(yīng)具有一定的開閉角 兩手指張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對于移動型手指只有開閉幅度的要求。 (三)保證工件準(zhǔn)確定位 為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對位置，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，以便自動定心。 (四)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)械手在運動過程中所產(chǎn)生的 慣性力和振動的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，當(dāng)應(yīng)盡量 使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭 轉(zhuǎn)力矩最小為佳。 (五)考慮被抓取對象的要求 根據(jù)機(jī)械手的工作需要，通過比較，我們采用的機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是一支點 兩指回轉(zhuǎn)型，由于工件多為圓柱形，故手指形狀設(shè)計成U型，其結(jié)構(gòu)如附圖所示. U型手指 3.1.3 機(jī)械夾選型 經(jīng)過市場分析與比較，選擇性價比比較高的產(chǎn)品，選擇速易可氣動系列的產(chǎn)品速易可氣動（上海）有限公司成立于2004年，從事于空油壓零組件和設(shè)備研 究、生產(chǎn)、銷售的自動化廠商，產(chǎn)品以『TONAB』品牌營銷國內(nèi)外市場，產(chǎn)品主要有空氣凈化組件、氣動控制組件、氣動執(zhí)行組件、輔助組件、空油壓設(shè)備，產(chǎn) 品廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械、工業(yè)機(jī)器人、食品包裝機(jī)械、紡織機(jī)械、半導(dǎo)體設(shè)備、軌道交通、煙草機(jī)械、機(jī)床自動控制、真空搬運、汽車制造、教學(xué)培訓(xùn)等行業(yè)。 而速易可機(jī)械夾有如下種類： 根據(jù)使用要求和工作對象，在這里我們選擇JB寬口機(jī)械夾。 選擇JB32120型號的寬口夾 3.2夾緊氣缸的設(shè)計 本課題氣動機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu) (1)根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動示意圖，其驅(qū)動力為: (2)根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力計算公式: 所以 (3)實際驅(qū)動力: 故取，并取。若被抓取工件的最大加速度取時，則: 所以 所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅(qū)動力為。 2、氣缸的直徑 本氣缸屬于單向作用氣缸。根據(jù)力平衡原理，單向作用氣缸活塞桿上的輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時的總阻力，其公式為: 式中: - 活塞桿上的推力，N - 彈簧反作用力，N - 氣缸工作時的總阻力，N - 氣缸工作壓力，Pa 彈簧反作用按下式計算: Gf = 式中:- 彈簧剛度，N/m - 彈簧預(yù)壓縮量，m - 活塞行程，m - 彈簧鋼絲直徑，m - 彈簧平均直徑，. - 彈簧有效圈數(shù). - 彈簧材料剪切模量，一般取 在設(shè)計中，必須考慮負(fù)載率的影響，則: 由以上分析得單向作用氣缸的直徑: 代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得 所以: 查有關(guān)手冊圓整，得 由,可得活塞桿直徑: 圓整后，取活塞桿直徑校核，按公式 有: 其中，[]， 則: 滿足實際設(shè)計要求。 3、缸筒壁厚的設(shè)計 缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計算: 式中:6- 缸筒壁厚，mm - 氣缸內(nèi)徑，mm - 實驗壓力，取, Pa 材料為:ZL3,[]=3MPa 代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為: 取，則缸筒外徑為: 3.3氣缸選型 經(jīng)過比較，參考市場上的氣缸類型，選擇一種可靠優(yōu)質(zhì)的氣缸產(chǎn)品的生產(chǎn)商—速易可（上海）有限公司http://www.tonab.net/about_us.asp。 速易可氣動（上海）有限公司成立于2004年，從事于空油壓零組件和設(shè)備研 究、生產(chǎn)、銷售的自動化廠商，產(chǎn)品以『TONAB』品牌營銷國內(nèi)外市場，產(chǎn)品主要有空氣凈化組件、氣動控制組件、氣動執(zhí)行組件、輔助組件、空油壓設(shè)備，產(chǎn) 品廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械、工業(yè)機(jī)器人、食品包裝機(jī)械、紡織機(jī)械、半導(dǎo)體設(shè)備、軌道交通、煙草機(jī)械、機(jī)床自動控制、真空搬運、汽車制造、教學(xué)培訓(xùn)等行業(yè)。 速易可目前主要產(chǎn)品有：無桿氣缸、滑臺氣缸、止動氣缸、回轉(zhuǎn)氣缸、機(jī)械夾、回轉(zhuǎn)夾緊氣（油）壓缸、導(dǎo)桿氣缸、帶鎖氣缸、雙軸缸、標(biāo)準(zhǔn)型氣缸、控制閥、空氣控制組件、真空系統(tǒng)組件及相關(guān)氣動輔助零組件。 根據(jù)上節(jié)計算，在這選擇DEG32. 4 氣壓系統(tǒng)主要參數(shù) 4.1氣缸和氣馬達(dá)的設(shè)計計算 4.1.1氣缸的設(shè)計計算 1.初定氣缸工作壓力 氣缸工作壓力主要根據(jù)運動循環(huán)各階段中的最大總負(fù)載力來確定，此外，還需要考慮以下因素： (1)各類設(shè)備的不同特點和使用場合。 (2)考慮經(jīng)濟(jì)和重量因素，壓力選得低，則元件尺寸大，重量重；壓力選得高1些，則元件尺寸小，重量輕，但對元件的制造精度，密封性能要求高。 所以，氣缸的工作壓力的選擇有兩種方式：1是根據(jù)機(jī)械類型選；二是根據(jù)切削負(fù)載選。 如表4-1、表4-2所示。 表4-1 按負(fù)載選執(zhí)行文件的工作壓力 負(fù)載/N ＜5000 500～10000 10000～20000 20000～30000 30000～50000 ＞50000 工作壓力/MPa ≤0.8～1 1.5～2 2.5～3 3～4 4～5 ＞5 表4-2 按機(jī)械類型選執(zhí)行文件的工作壓力 機(jī)械類型 機(jī) 床 農(nóng)業(yè)機(jī)械 工程機(jī)械 磨床 組合機(jī)床 龍門刨床 拉床 工作壓力/MPa a≤2 3～5 ≤8 8～10 10～16 20～32 4.1.2 氣缸的流量計算 氣缸的最大流量： qmax=A·vmax (m3/s) （4-8） 式中：A為氣缸的有效面積A1或A2(m2)；vmax為氣缸的最大速度(m/s)。 氣缸的最小流量： qmin=A·vmin(m3/s) 式中：vmin為氣缸的最小速度。 氣缸的最小流量qmin，應(yīng)等于或大于流量閥或變量泵的最小穩(wěn)定流量。若不滿足此要求時，則需重新選定氣缸的工作壓力，使工作壓力低1些，缸的有效工作面積大1些，所需最小流量qmin也大1些，以滿足上述要求。 流量閥和變量泵的最小穩(wěn)定流量，可從產(chǎn)品樣本中查到。 4.2 氣馬達(dá)的設(shè)計計算 1.計算氣馬達(dá)排量 氣馬達(dá)排量根據(jù)下式?jīng)Q定： vm=6.28T/Δpmηmin(m3/r) （4-9） 式中：T為氣馬達(dá)的負(fù)載力矩(N·m)；Δpm為氣馬達(dá)進(jìn)出口壓力差(N/m3)；ηmin為氣馬達(dá)的機(jī)械效率，1般齒輪和柱塞馬達(dá)取0.3～0.35，葉片馬達(dá)取0.8～0.3。 2. 計算氣馬達(dá)所需流量氣馬達(dá)的最大流量： qmax=vm·nmax(m3/s) （4-10） 式中：vm為氣馬達(dá)排量(m3/r)；nmax為氣馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速(r/s)。 4.4.2 氣壓元件的選擇 一，氣泵的確定與所需功率的計算 1.氣泵的確定 (1)確定氣泵的最大工作壓力。氣泵所需工作壓力的確定，主要根據(jù)氣缸在工作循環(huán)各階段所需最大壓力p1，再加上油泵的出油口到缸進(jìn)油口處總的壓力損失ΣΔp，即 pB=p1+ΣΔp （4-11） ΣΔp包括油液流經(jīng)流量閥和其他元件的局部壓力損失、管路沿程損失等，在系統(tǒng)管路未設(shè)計之前，可根據(jù)同類系統(tǒng)經(jīng)驗估計，1般管路簡單的節(jié)流閥調(diào)速系統(tǒng)ΣΔp為(2～5)×105Pa，用調(diào)速閥及管路復(fù)雜的系統(tǒng)ΣΔp為(5～15)×105Pa，ΣΔp也可只考慮流經(jīng)各控制閥的壓力損失，而將管路系統(tǒng)的沿程損失忽略不計，各閥的額定壓力損失可從氣元件手冊或產(chǎn)品樣本中查找，也可參照表4-3選取。 表4-3 常用中、低壓各類閥的壓力損失(Δpn) 閥名 Δpn(×105Pa) 閥名 Δpn(×105Pa) 閥名 Δpn(×105Pa) 閥名 Δpn(×105Pa) 單向閥 0.3～0.5 背壓閥 3～8 行程閥 1.5～2 轉(zhuǎn)閥 1.5～2 換向閥 1.5～3 節(jié)流閥 2～3 順序閥 1.5～3 調(diào)速閥 3～5 (2)確定氣泵的流量qB。泵的流量qB根據(jù)執(zhí)行元件動作循環(huán)所需最大流量qmax和系統(tǒng)的泄漏確定。 ①多氣缸同時動作時，氣泵的流量要大于同時動作的幾個氣缸(或馬達(dá))所需的最大流量，并應(yīng)考慮系統(tǒng)的泄漏和氣泵磨損后容積效率的下降，即 qB≥K(Σq)max(m3/s) （4-12） 式中：K為系統(tǒng)泄漏系數(shù)，1般取1.1～1.3，大流量取小值，小流量取大值；(Σq)max為同時動作的氣缸(或馬達(dá))的最大總流量(m3/s)。 ②采用差動氣缸回路時，氣泵所需流量為： qB≥K(A1-A2)vmax(m3/s) 式中：A 1，A 2為分別為氣缸無桿腔與有桿腔的有效面積(m2)；vmax為活塞的最大移動速度(m/s)。 ③當(dāng)系統(tǒng)使用蓄能器時，氣泵流量按系統(tǒng)在1個循環(huán)周期中的平均流量選取，即 qB=ViK/Ti （4-13） 式中：Vi為氣缸在工作周期中的總耗油量(m3)；Ti為機(jī)器的工作周期(s)；Z為氣缸的個數(shù)。 (3)選擇氣泵的規(guī)格：根據(jù)上面所計算的最大壓力pB和流量qB，查氣元件產(chǎn)品樣本，選擇與PB和qB相當(dāng)?shù)臍獗玫囊?guī)格型號。 上面所計算的最大壓力pB是系統(tǒng)靜態(tài)壓力，系統(tǒng)工作過程中存在著過渡過程的動態(tài)壓力，而動態(tài)壓力往往比靜態(tài)壓力高得多，所以泵的額定壓力pB應(yīng)比系統(tǒng)最高壓力大25%～60%，使氣泵有1定的壓力儲備。若系統(tǒng)屬于高壓范圍，壓力儲備取小值；若系統(tǒng)屬于中低壓范圍，壓力儲備取大值。 (4)確定驅(qū)動氣泵的功率。 ①當(dāng)氣泵的壓力和流量比較衡定時，所需功率為： p=pBqB/103ηB (kW) （4-14） 式中：pB為氣泵的最大工作壓力(N/m2)；qB為氣泵的流量(m3/s)；ηB為氣泵的總效率，各種形式氣泵的總效率可參考表4-4估取，氣泵規(guī)格大，取大值，反之取小值，定量泵取大值，變量泵取小值。 表4-4 氣泵的總效率 氣泵類型 齒輪泵 螺桿泵 葉片泵 柱塞泵 總效率 0.6～0.7 0.65～0.80 0.60～0.75 0.80～0.85 ? ②在工作循環(huán)中，泵的壓力和流量有顯著變化時，可分別計算出工作循環(huán)中各個階段所需的驅(qū)動功率，然后求其平均值，即 p= （4-15） 式中：t1，t2，…，tn為1個工作循環(huán)中各階段所需的時間(s)；P1，P2，…，Pn為1個工作循環(huán)中各階段所需的功率(kW)。 按上述功率和泵的轉(zhuǎn)速，可以從產(chǎn)品樣本中選取標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)，再進(jìn)行驗算，使電動機(jī)發(fā)出最大功率時，其超載量在允許范圍內(nèi)。 25 總結(jié)與展望 總結(jié)與展望 一、總結(jié) 通過對機(jī)械手的結(jié)構(gòu)要求和動作行程分析，確定了機(jī)械手的坐標(biāo)形式、自由度和驅(qū)動機(jī)構(gòu)，確定了機(jī)械手的主要技術(shù)參數(shù)，完成了機(jī)械手的氣缸設(shè)計和氣元件選擇，機(jī)械手技術(shù)是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分，機(jī)械自動化作為工業(yè)發(fā)展的一個方向，它有著廣闊的市場，屬于實際需要去研制的一種項目。通過這次機(jī)械手設(shè)計讓我知道了現(xiàn)代企業(yè)在完成自動化控制中離不開PLC的控制，它可以使企業(yè)在生產(chǎn)的同時減少勞動力和生產(chǎn)成本。目前我國很多地區(qū)的企業(yè)整個生產(chǎn)設(shè)備還比較落后且大部分工序都是通過人工來完成的，而機(jī)械手成本比較低且操作簡單很適合中小企業(yè)的發(fā)展要求。但隨著科技不斷進(jìn)步我相信多功能復(fù)雜的機(jī)械手將會在不久的將來出現(xiàn)，所以在今后的學(xué)習(xí)和生活中我們還要不段的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新，只有這樣才能設(shè)計出更符合現(xiàn)代社會所需求的產(chǎn)品。 二、今后研究方向 在設(shè)計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在設(shè)計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然做得還不是很完善，但是在設(shè)計過程中所學(xué)到的東西是這次設(shè)計的最大收獲和財富，使我終身受益。 寧波大紅鷹學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 參考文獻(xiàn) [1]何存興編·氣傳動與氣壓傳動·華工科技大學(xué)出版社·2000.8 [2]黃錫愷，鄭文偉.機(jī)械原理.北京:人民教育出版社，1981 [3]東北工學(xué)院<<機(jī)械零件設(shè)計手冊>>編寫組編·機(jī)械零件設(shè)計手冊·冶金工業(yè)出版社·1979.12 [4]東北工學(xué)院<<機(jī)械零件設(shè)計手冊>>編寫組編·機(jī)械零件設(shè)計手冊·冶金工業(yè)出版社·1979.12 [5]周開勤編·機(jī)械零件手冊·高等教育出版社·1998.3. 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