PLC控制機(jī)床上下料機(jī)械手設(shè)計

資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 寧XX大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(論文) PLC控制機(jī)床上下料機(jī)械手 所在學(xué)院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學(xué) 號 指導(dǎo)老師 年 月 日 摘 要 機(jī)械手是在在機(jī)械化、自動化生產(chǎn)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(jī)械手能代替人類、重復(fù)枯燥完成危險工作，提高勞動生產(chǎn)力,減輕人勞動強(qiáng)度。該裝置涵蓋了位置控制技術(shù)可編程控制技術(shù)、檢測技術(shù)等。本課題擬開發(fā)的物料抓取可在空間抓放物體，動作靈活多樣，根據(jù)工件的變化及運(yùn)動流程的要求隨時更改相關(guān)參數(shù),可代替人工在高溫危險區(qū)進(jìn)行作業(yè)，。本文對一種使用在抓取取料手的機(jī)械設(shè)計的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，并完成總裝配圖和零件圖的繪制。要求對機(jī)械手模型進(jìn)行力學(xué)分析，估算各關(guān)節(jié)所需轉(zhuǎn)矩和功率，完成液壓元件和PLC的選型。 關(guān)鍵詞：機(jī)械手, 液壓機(jī)械手，PLC， 機(jī)床上下料 9 Abstract The manipulator is a new device which is developed in the process of mechanization and automation. Mechanical hand can replace human, repetitive boring to complete dangerous work, improve labor productivity, reduce labor intensity. The device covers the position control technology can be programmed control technology, detection technology, etc.. This project intends to develop grabbing materials can catch put objects in space, movements flexible, according to the requirements of the changes and the movement process workpiece is subject to change parameters, instead of manual in high risk area of operations. In this paper, a manipulator is a new device which is developed in the process of mechanization and automation. Mechanical hand can replace human, repetitive boring to complete dangerous work, improve labor productivity, reduce labor intensity. The device covers the position control technology can be programmed control technology, detection technology, etc.. This project intends to develop grabbing materials can catch put objects in space, movements flexible, according to the requirements of the changes and the movement process workpiece is subject to change parameters, instead of manual in high risk area of operations. In this paper, a use in the design structure of the mechanical design of the reclaimer grab hand, and complete the drawing of assembly drawing and parts drawing. Mechanical analysis is required to estimate the torque and power of each joint, and the selection of hydraulic components and PLC. Keywords: manipulator, hydraulic manipulator, PLC, machine tool material for use in a structure of the mechanical design of the grab picking hand design and complete drawing of assembly drawing and parts drawing. Mechanical analysis is required to estimate the torque and power of each joint, and the selection of hydraulic components and PLC. Keywords: manipulator, hydraulic manipulator, PLC, machine tool up and down material 目 錄 摘 要 I Abstract II 目 錄 III 第1章 緒論 1 1.1 課題背景及目的 1 1.2 機(jī)械手的定義 1 1.3 機(jī)床上下料機(jī)械手概念 1 1.4 機(jī)床上下料機(jī)械手的組成 1 1.5 機(jī)床上下料機(jī)械手的應(yīng)用 2 1.6 課題研究的背景和意義 2 1.7 國內(nèi)外機(jī)床上下料機(jī)械手的研究 2 1.8 機(jī)床上下料機(jī)械手的應(yīng)用 3 1.9 機(jī)床上下料機(jī)械手的機(jī)械設(shè)計的總體結(jié)構(gòu) 3 1.10 主要內(nèi)容 4 第2章 PLC控制機(jī)床上下料機(jī)械手設(shè)計要求與方案 5 2.1 機(jī)床上下料上下料液壓機(jī)械手設(shè)計要求 5 2.2 基本設(shè)計思路 5 2.2.1 系統(tǒng)分析 5 2.2.2 總體設(shè)計框圖 6 2.2.3 液壓機(jī)械手的基本參數(shù) 6 2.3 液壓機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 7 2.4 機(jī)械手材料的選擇 7 2.5 液壓機(jī)械手驅(qū)動方式的選擇 7 2.6 動作要求分析 8 2.7 液壓機(jī)械手結(jié)構(gòu)及驅(qū)動系統(tǒng)選型 8 第3章 機(jī)械手機(jī)械部分的設(shè)計計算 10 3.1 手部結(jié)構(gòu) 10 3.1.1 端執(zhí)行器的要求 10 3.1.2 手爪的分類和選取 10 3.2 機(jī)械手手爪設(shè)計計算 11 3.2.1 手爪的力學(xué)分析 11 3.2.2 夾緊力及驅(qū)動力的計算 12 3.2.3 夾緊液壓缸的設(shè)計 12 3.2.4 手爪夾持范圍計算 14 3.2.5 機(jī)械手手爪夾持精度的分析計算 15 3.3升降方向設(shè)計計算 16 3.3.1 初步確系統(tǒng)壓力 16 3.3.2 升降液壓缸計算 16 3.3.3 液壓缸工作行程的確定 19 3.3.4 活塞的設(shè)計 19 3.3.5 導(dǎo)向套的設(shè)計與計算 19 3.3.6 端蓋和缸底的計算校核 20 3.3.7 缸體長度的確定 21 3.3.8 緩沖裝置的設(shè)計 21 3.3.9 液壓缸的選型 21 3.4 水平方向設(shè)計計算 23 3.4.1 水平方向計算 23 3.4.2 液壓缸的選型 24 3.5 機(jī)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計校核 25 3.6 螺柱的設(shè)計與校核 25 3.7 繪制液壓系統(tǒng)圖 27 第4章 液壓系統(tǒng)其它元件的設(shè)計 29 4.1 計算和選擇液壓元件 29 4.1.1液壓泵的計算 29 4.1.2 控制元件的選擇 29 4.1.3 油管及其他輔助裝置的選擇 30 4.2 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 30 第5章 機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 31 5.1 機(jī)械手的工藝過程 31 5.2 PLC 控制系統(tǒng) 33 5.3 PLC 控制系統(tǒng)程序設(shè)計 35 總結(jié) 39 參考文獻(xiàn) 40 致 謝 41 第1章 緒論 1.1 課題背景及目的 畢業(yè)設(shè)計是機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)學(xué)校的最后的一環(huán)，四年的大學(xué)學(xué)習(xí)的深化和檢查，即實(shí)踐性綜合性，其他的單一的課程是無可替代的，通過畢業(yè)設(shè)計更高的綜合訓(xùn)練練能力不久，對工作崗位，實(shí)際工作能力的重要作用。下次的目的達(dá)到： （1）綜合運(yùn)用學(xué)的基礎(chǔ)理論，基本知識和基本技能實(shí)際分析、解決問題的能力。 （2）必須接受綜合培訓(xùn)的工程師，實(shí)際工作能力。例如，文獻(xiàn)調(diào)査研究調(diào)查收集資料分析能力制定、設(shè)計和試制方案的能力；設(shè)計和圖形，計算能力；總結(jié)寫論文能力提高。 （3）檢查綜合素質(zhì)和實(shí)踐能力。 1.2 機(jī)械手的定義 現(xiàn)在，工業(yè)機(jī)械手的定義，世界各國還統(tǒng)一，分類也不同。最近聯(lián)合國國際標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)通過了。美國機(jī)械手協(xié)會工業(yè)機(jī)械手下的定義：工業(yè)機(jī)械手是一種再現(xiàn)編程的多功能的操作裝置改變行動程序，各種工作，主要工作搬運(yùn)材料，繼電器。 1.3 機(jī)床上下料機(jī)械手概念 機(jī)床上下料機(jī)械手（機(jī)器人）自動封裝的機(jī)械裝置。那是高級綜合控制論，機(jī)械電子計算機(jī)，材料和仿生學(xué)的產(chǎn)物。工業(yè)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)也軍事等領(lǐng)域，是重要的用途。 機(jī)床上下料機(jī)械手近50年的快速發(fā)展的是一種具有代表性的、機(jī)械、電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，自動化程度高的生產(chǎn)工具。生產(chǎn)制造業(yè)、機(jī)械工業(yè)氣體動廣泛應(yīng)用技術(shù)。那是自動化程度高，改善勞動條件，確保產(chǎn)品質(zhì)量的提高工作的效率，起到非常重要的作用?？梢哉f他是現(xiàn)代工業(yè)的一種技術(shù)革命 1.4 機(jī)床上下料機(jī)械手的組成 執(zhí)行系統(tǒng)一般手部、手腕、手臂部，機(jī)身機(jī)床等，其中最主要的是運(yùn)動系。 機(jī)床上下料機(jī)械手主要執(zhí)行系統(tǒng)，驅(qū)動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的三部分。 手夾（或吸附，您持）和放松的工作和工具的零部件，是指（或吸盤），驅(qū)動元件和驅(qū)動元件等構(gòu)成。 時間，速度和加速度等參數(shù)。 機(jī)床上下料機(jī)械手與本體及其他相關(guān)設(shè)備之間的聯(lián)系[3]。 1.5 機(jī)床上下料機(jī)械手的應(yīng)用 按液動機(jī)械安排置形式分可分為：架空式空氣機(jī)械手，附件機(jī)式空氣機(jī)械手，落地式空氣機(jī)械手3種。另外，安裝自動線費(fèi)道路和費(fèi)路邊，工作，實(shí)現(xiàn)材料，傳輸位錯，轉(zhuǎn)向等用途的機(jī)床上下料機(jī)械手，他們是運(yùn)動的單一，結(jié)構(gòu)簡單，位置精度柔軟和一般要求低的特征。 機(jī)床上下料機(jī)械手通使用機(jī)床和其他機(jī)器的附加裝置等，自動機(jī)床和自動生產(chǎn)線的處理和傳達(dá)的工作，加工中心的輪流刀等，一般是獨(dú)立的控制裝置[3]。 1.6 課題研究的背景和意義 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)是人類的日常生活，機(jī)床上下料機(jī)械手技術(shù)也廣泛的應(yīng)用。研究智能類，人液動畫的機(jī)械手是近年來科學(xué)家一致取組方向。類，人液動畫的機(jī)械手是人類的模型，這是模仿人類的各種動作和人類的外部的特征。未來的機(jī)床上下料機(jī)械手執(zhí)事不是夢。 按機(jī)床上下料機(jī)械手結(jié)構(gòu)的不同，機(jī)床上下料機(jī)械手很多。輪式移動機(jī)床上下料機(jī)械手，履帶機(jī)床上下料機(jī)械手，機(jī)械手，步行機(jī)床上下料機(jī)械手等。順便說一下，徒步機(jī)床上下料機(jī)械手，他是近年來類人機(jī)器研究的重要成果。它的移動方式和大多數(shù)動物一樣是人也。這是一種很復(fù)雜的自動化程度高的運(yùn)動。對傳統(tǒng)的車輪式和履帶機(jī)床上下料機(jī)械手，環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)。很小的空間作業(yè)，不平的道路上如履平地，樓梯等。將來不久，這個技術(shù)廣泛應(yīng)用。 機(jī)床上下料機(jī)械手研究制作中，使用電腦設(shè)計的空氣機(jī)械手的模擬是一個很重要的過程。機(jī)床上下料機(jī)械手模擬包括零部件造型，零件裝配，最后運(yùn)動模擬。模擬，通過設(shè)計師直觀觀察各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動情況？干涉，能夠清楚各部件的受力時，各種模擬數(shù)據(jù)。這個方法大幅度節(jié)約時間和成本的開發(fā)。 1.7 國內(nèi)外機(jī)床上下料機(jī)械手的研究 工業(yè)機(jī)床上下料機(jī)械手在日本應(yīng)用的歷史非常悠久。年代工業(yè)機(jī)床上下料機(jī)械手首先使用，十年的發(fā)展，80年代的時候工業(yè)機(jī)床上下料機(jī)械手已經(jīng)得到普及。相應(yīng)的他們的工業(yè)產(chǎn)值也得到了迅速提高年。1980年一千億日元，達(dá)到了1990年至六千億円。2004年1萬日元，達(dá)到了八千五百億。可見工業(yè)機(jī)床上下料機(jī)械手的重要性，提高生產(chǎn)效率。 在國際上，各國意識工業(yè)機(jī)床上下料機(jī)械手的重要性。所以工業(yè)機(jī)床上下料機(jī)械手的訂單急劇上升。2003年的訂貨量是2002年相比增加了百分之10。液動此后工業(yè)機(jī)械手的需求量上升。2001年至2006年世界的訂單90000多臺。年平均增長7 %。 國際機(jī)床上下料機(jī)械手的發(fā)展方向： 機(jī)床上下料機(jī)械手觸到非常多學(xué)科的知識和領(lǐng)域。電腦、電子、控制，人工智能，傳感器，通信網(wǎng)絡(luò)，控制、機(jī)械等。機(jī)床上下料機(jī)械手的發(fā)展離不開上述的學(xué)科的發(fā)展。正因?yàn)槿绱?，各學(xué)科相互影響和綜合集成，正是制造自動化程度高的人。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)床上下料機(jī)械手應(yīng)用范圍越來越大，技術(shù)也越來越高，功能更加強(qiáng)大?，F(xiàn)在是機(jī)床上下料機(jī)械手的研究也小型化的發(fā)展。機(jī)床上下料機(jī)械手更多的人們的日常生活中去。整體的發(fā)展趨勢是模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，更加智能化。 機(jī)械工業(yè)氣體地動手的廣泛應(yīng)用，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)能力，安全保障者，勞動環(huán)境的改善，勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約降耗和降低生產(chǎn)成本，非常重要的作用。機(jī)械工業(yè)氣體地動手的廣泛應(yīng)用體現(xiàn)以人為本的原則，但人們的生活方便與美麗。 1.8 機(jī)床上下料機(jī)械手的應(yīng)用 機(jī)床上下料機(jī)械手，汽車產(chǎn)業(yè)之后出現(xiàn)的是一種大型高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)?，F(xiàn)代，液動機(jī)械產(chǎn)業(yè)市場前景良好的發(fā)展手。從20世紀(jì)世界的房地產(chǎn)業(yè)機(jī)械手一直在穩(wěn)步增加。20世紀(jì)90年代，機(jī)床上下料機(jī)械手產(chǎn)品發(fā)展快速增長，年平均增長率10%。2004年的記錄達(dá)成的百分之20。在亞洲航空機(jī)械手的需求量很多，年增長率為百分之四十三。40年的發(fā)展，機(jī)械工業(yè)氣體地動手到很多領(lǐng)域的應(yīng)用。機(jī)床上下料機(jī)械手制造業(yè)中應(yīng)用最廣泛。如果焊接、熱處理、涂料、機(jī)械加工、組裝、檢測和倉庫沉積毛，坯制造（五金，壓鑄、鍛造等）等的作業(yè)中，液動機(jī)器二掌柜結(jié)束手工生產(chǎn)效率提高。 1.9 機(jī)床上下料機(jī)械手的機(jī)械設(shè)計的總體結(jié)構(gòu) 機(jī)床上下料機(jī)械手的機(jī)械設(shè)計的組成及各部分關(guān)系概述： 它主要由機(jī)械系統(tǒng)(執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng))、控制檢測系統(tǒng)及智能系統(tǒng)組成。 (1) 執(zhí)行系統(tǒng)：執(zhí)行系統(tǒng)是機(jī)床上下料機(jī)械手的機(jī)械設(shè)計完成關(guān)節(jié)工件，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動所必需 的機(jī)械部件，它包括手部、腕部、機(jī)身等。 (a) 末端執(zhí)行器：機(jī)械手為了進(jìn)行作業(yè)而配置的操作機(jī)構(gòu)，直接噴漆工件。 (b) 腕部：又稱手腕，是連接手部和臂部的部件，其作用是調(diào)整或改變末端執(zhí)行器的工作方位。 (c) 臂部：聯(lián)接機(jī)座和手部的部分，是支承腕部的部件，作用是承受工件的管理管理荷重，改變手部的空間位置，滿足機(jī)械手的作業(yè)空間，將各種載荷傳遞到機(jī)座。 (d) 機(jī)身：機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，起支撐作用，是支撐手臂的部件，其作用是帶動臂部自轉(zhuǎn)、升降或俯仰運(yùn)動。 (2) 驅(qū)動系統(tǒng)：為執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動力，并驅(qū)動其動力的裝置。常用的有 機(jī)械傳動、機(jī)電傳動、氣壓傳動和電傳動。 (3) 控制系統(tǒng)：通過對驅(qū)動系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作，當(dāng)發(fā)生錯誤或故障時發(fā)出報警信號。 (4) 檢測系統(tǒng)：作用是通過各種檢測裝置、傳感裝置檢測執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動情況，根據(jù)需 要反饋給控制系統(tǒng)，與設(shè)定進(jìn)行比較，以保證運(yùn)動符合要求。 實(shí)踐證明，機(jī)床上下料機(jī)械手的機(jī)械設(shè)計可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強(qiáng)度，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率和自動化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運(yùn)和長期頻繁、單調(diào)的操作，采用機(jī)械手是有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進(jìn)行操作，更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途[4-8]。 1.10 主要內(nèi)容 第1章 緒論 主要介紹機(jī)械手的相關(guān)知識和本課題研究的任務(wù)和要求. 第2章 總體方案設(shè)計,介紹該機(jī)械手各部分的相關(guān)知識和總體設(shè)計. 第3章 機(jī)械手各部分設(shè)計的介紹 第4章 機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 第2章 PLC控制機(jī)床上下料機(jī)械手設(shè)計要求與方案 2.1 機(jī)床上下料上下料液壓機(jī)械手設(shè)計要求 課題的主要技術(shù)要求： 設(shè)計主要技術(shù)參數(shù)： 抓重：30千克； 自由度數(shù)：4個； 坐標(biāo)形式：圓柱坐標(biāo)； 最大工作半徑：1200mm 手臂參數(shù)： 水平伸縮行程400mm，伸縮速度50mm/s；升降行程300mm，升降速度20mm/s；底座回轉(zhuǎn)角度210°，回轉(zhuǎn)速度45°/s；手腕回轉(zhuǎn)角度180°，回轉(zhuǎn)速度45°/s；手臂最大中心高度550mm； 定位精度：±1mm；控制方式：點(diǎn)位程序控制。 2.2 基本設(shè)計思路 2.2.1 系統(tǒng)分析 該機(jī)械手是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，提高勞動生產(chǎn)率的有力工具。為了在生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)自動化，機(jī)械化，自動化的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的需要，從而判斷是否適當(dāng)?shù)臋C(jī)械手。以完成機(jī)械手的設(shè)計，一般都要先做以下工作： （1）根據(jù)使用場合的機(jī)械手機(jī)械手的，明確的目標(biāo)和任務(wù)。 （2）機(jī)械手的工作環(huán)境分析。 （3）對系統(tǒng)要求的分析，確定了機(jī)械手和方案的基本功能，如自由度的數(shù)目，機(jī)械手的運(yùn)動速度，定位準(zhǔn)確，抓住重。此外，根據(jù)抓斗液壓質(zhì)量，形狀，尺寸和批量生產(chǎn)，以確定的形式和機(jī)械手的位置和握力的大小。 在這方面，我分析如下： （1）為手材料液壓機(jī)械設(shè)計問題，機(jī)械手是物料輸送機(jī)械手。雖然機(jī)械手的使用場合，也非常廣泛，涉及到材料的狀態(tài)，環(huán)境因素的作業(yè)線，比我的知識和能力，我選擇了材料液壓機(jī)械手的小對象處理非生產(chǎn)線。 （2）由于機(jī)械手我選擇的是材料的液壓機(jī)械手，小對象處理非生產(chǎn)線。因此，系統(tǒng)的工作環(huán)境下，機(jī)械廠，準(zhǔn)確度高，故障率低，速度。 2.2.2 總體設(shè)計框圖 圖2 總體設(shè)計框圖 如圖2為總設(shè)計框圖，說明如下： (1) 控制系統(tǒng)：任務(wù)是根據(jù)機(jī)械手的作業(yè)指令程序和傳感器反饋回來的信號，控制機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使其完成規(guī)定的運(yùn)動和功能。主要設(shè)計目標(biāo)為CPU的選擇，CPU程序的編寫調(diào)試等。 (2) 驅(qū)動系統(tǒng)：驅(qū)動系統(tǒng)工作的驅(qū)動裝置。 (3) 機(jī)械系統(tǒng)：包括機(jī)身、機(jī)械臂、手腕、手爪。需要確定其自由度、坐標(biāo)形式，并計算得出具體結(jié)構(gòu)。 (4) 感知系統(tǒng)：即傳感器的選擇及具體作用。 2.2.3 液壓機(jī)械手的基本參數(shù) 1. 機(jī)械手的最大液壓物料的重量是它的主參數(shù)。 2. 運(yùn)動速度直接影響機(jī)械手的動作快慢和機(jī)械手動作的穩(wěn)定性，所以運(yùn)動速度也是是物料物料液壓機(jī)械手的一個主要的基本參數(shù)。設(shè)計速度過低的話，會無法滿足機(jī)械手的動作功能，限制機(jī)械手的使用范圍。設(shè)計的速度過高又會加重機(jī)械手的負(fù)載并影響機(jī)械手動作的平穩(wěn)性。 3. 伸縮行程和工作半徑是決定機(jī)械手工作范圍及整機(jī)尺寸的關(guān)鍵，也是機(jī)械手設(shè)計的基本參數(shù)。 3.定位精度也是機(jī)械手的主要基本參數(shù)之一。機(jī)械手精度太低，就完成不了功能，精度太高又意味著成本的增加。綜合考慮，該物料液壓機(jī)械手的定位精度設(shè)定定位精度±0.3mm。物料液壓機(jī)械手的各個部分的基本參數(shù)可以由上面已經(jīng)知道的物料液壓機(jī)械手各關(guān)節(jié)的行程和時間分配來決定。 2.3 液壓機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)所設(shè)計的機(jī)械手的運(yùn)動方式：機(jī)械臂的轉(zhuǎn)動，機(jī)械臂的升降。根據(jù)上文所說的，機(jī)械手按照坐標(biāo)的分類情況，選擇圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手更為妥當(dāng)。 2.4 機(jī)械手材料的選擇 機(jī)械手的材料應(yīng)根據(jù)手臂的工作條件，滿足機(jī)械手的設(shè)計和制造要求。從設(shè)計思想，機(jī)械臂完成各種運(yùn)動。因此，對材料的要求是為移動部件，它應(yīng)該是輕質(zhì)材料。另一方面，手臂振動經(jīng)常的運(yùn)動過程中，這將大大減少它的運(yùn)動精度。所以在材料的選擇上，綜合考慮的質(zhì)量，剛度，阻尼的需要，從而有效地提高了機(jī)械臂的動力學(xué)性能。此外，機(jī)械手選材料和不同材料的一般結(jié)構(gòu)。機(jī)械手是一種伺服機(jī)構(gòu)，受控制，必須考慮其可控性。在臂的材料選擇，可控性和可加工性的材料，結(jié)構(gòu)，質(zhì)量性能的考慮。 總之，選擇一個機(jī)械臂的材料，應(yīng)考慮強(qiáng)度，剛度，重量輕，彈性，耐沖擊，外觀和價格等因素。這里有幾個機(jī)械手使用的材料： （L）的高強(qiáng)度鋼，碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼：這類材料的強(qiáng)度，特別是合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度增加了4 ~ 5倍，彈性模量，抗變形能力，是最廣泛使用的材料； （2）鋁，鋁合金等輕合金材料的共同特點(diǎn)是重量輕，彈性模量E的小，但材料的密度小，與E／P比值還與鋼相比； （3）陶瓷：陶瓷材料具有良好的質(zhì)量，但易碎，但處理不好，接頭需要特殊的設(shè)計與金屬零件。然而，日本已開發(fā)ARM陶瓷機(jī)械手用于高速機(jī)械手的樣品； 從機(jī)械手設(shè)計的角度來看，不需要負(fù)載能力在材料的選擇，也不需要高彈性模量和抗變形能力，除了要考慮到材料成本，加工和其他因素。在各種因素的措施，結(jié)合鋁合金的初步選擇的工作條件，如機(jī)械臂組件。 2.5 液壓機(jī)械手驅(qū)動方式的選擇 機(jī)械手使用的驅(qū)動方式主要有液壓驅(qū)動，液壓驅(qū)動和電機(jī)驅(qū)動的四種基本形式。 但是，與液壓傳動相比，低功耗，能源，液壓傳動結(jié)構(gòu)相對簡單的速度不易控制，精度不高。 油馬達(dá)驅(qū)動能量是簡單，速度和位置精度高，使用方便，低噪音，高速變化的機(jī)制，高效，靈活的控制。 液壓驅(qū)動的特點(diǎn)是功率大，結(jié)構(gòu)簡單，省去了減速裝置，響應(yīng)速度快，精度高。但需要有液壓源，但也容易漏氣。 首先，我會選擇驅(qū)動電機(jī)，但考慮到純機(jī)械結(jié)構(gòu)的機(jī)械手的運(yùn)動并不能達(dá)到理想的傳播效果。如果你使用液壓或液壓傳動機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)，必須與回轉(zhuǎn)液壓或旋轉(zhuǎn)液壓缸，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不利于設(shè)計。 改進(jìn)后的方案，將驅(qū)動方式分為兩個部分。其機(jī)械臂伸縮，升降機(jī)械手抓抓，采用液壓驅(qū)動方式。 2.6 動作要求分析 2.7 液壓機(jī)械手結(jié)構(gòu)及驅(qū)動系統(tǒng)選型 本課題所設(shè)計的液壓機(jī)械手為通用型的液壓機(jī)械手，其中坐標(biāo)系為圓柱坐標(biāo)系結(jié)構(gòu)。驅(qū)動系統(tǒng)選用油馬達(dá)驅(qū)動和液壓驅(qū)動，油馬達(dá)驅(qū)動用于機(jī)座的旋轉(zhuǎn)和手臂的上下移動，液壓驅(qū)動用于手臂的伸縮和液壓機(jī)械手的夾取和翻轉(zhuǎn)[3]。 第3章 機(jī)械手機(jī)械部分的設(shè)計計算 3.1 手部結(jié)構(gòu) 四自由度液動機(jī)械手采用夾持式手部結(jié)構(gòu)，由手爪和傳力機(jī)構(gòu)所組成。其傳力結(jié)構(gòu)形式多樣，有楔塊杠桿式、滑槽杠桿式、連桿杠桿式、齒輪齒條平行連桿式、左右旋絲杠平移型[10]，本設(shè)計采用滑槽杠桿式的傳力機(jī)構(gòu)。 3.1.1 端執(zhí)行器的要求 （1）不論是夾持或是吸附，末端執(zhí)行器需具有滿足作業(yè)要求的足夠的夾持力和所需的夾持位置精度。 （2）應(yīng)盡可能使末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)簡單，緊湊、重量輕，以減輕手臂的負(fù)荷。專用的末端執(zhí)行器機(jī)構(gòu)簡單，工作效率高，而能完成多種作業(yè)的萬能末端執(zhí)行器可能具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、費(fèi)用昂貴的缺點(diǎn)，因此提倡設(shè)計可快速更換的系列化、通用化專用末端執(zhí)行器[10]。 3.1.2 手爪的分類和選取 工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用的機(jī)械式夾持器多為雙指手爪式，按其手爪的運(yùn)動方式可分為平移型和回轉(zhuǎn)型。回轉(zhuǎn)型手爪又可分為單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)和雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，按夾持方式可分為外夾式和內(nèi)撐式，按驅(qū)動方式有電動、液壓和液動三種。 回轉(zhuǎn)型夾持器結(jié)構(gòu)較簡單，但當(dāng)所夾持的工件直徑有變化時，將引起工件的軸心偏移。這個偏移量稱為夾持誤差。 平移型夾持器，工件直徑的變化不影響其軸心的位置，但其架構(gòu)復(fù)雜，體積大，制造精度要求高。 當(dāng)設(shè)計機(jī)械式夾持器式，在滿足工件定位精度要求的條件下，盡可能采用結(jié)構(gòu)較簡單的回轉(zhuǎn)型夾持器。[10] 結(jié)合機(jī)械手設(shè)計任務(wù)書中要求：手爪開合角為60度，且能夠抓取重約1kg的圓柱形鐵質(zhì)工件。所以本設(shè)計采用雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型滑槽杠桿式手爪。 3.2 機(jī)械手手爪設(shè)計計算 3.2.1 手爪的力學(xué)分析 下面對其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析：滑槽杠桿，如圖1-1為常見的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。 圖1-1 滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析 1——手指 2——銷軸 3——杠桿 = （1-1） 式中： ——驅(qū)動力； ——夾緊力； ——手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對稱中心的距離； ——手指長度； ——工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾角。 由分析可知，當(dāng)驅(qū)動力一定時，角增大，則夾緊力也隨之增大，但角過大會導(dǎo)致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好=~。 3.2.2 夾緊力及驅(qū)動力的計算 手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計手部的主要依據(jù)。必須對大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析計算。一般來說，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。 （1）手指對工件的夾緊力可按公式計算： （1-2） 式中: ——安全系數(shù)，通常1.2~2.0； ——軸向力； ——V形手抓的開合角； ——工件和手抓間的摩擦系數(shù)； 計算：設(shè)a=10mm,b=30mm, =，m=30千克，求夾緊力和驅(qū)動力 。 設(shè)K=1.5，，0.3 根據(jù)公式，將已知條件帶入得： （2）根據(jù)驅(qū)動力公式得： 由于實(shí)際采用的液壓缸驅(qū)動力大于計算，把手抓的機(jī)械效率考慮在內(nèi)，一般取。 （3）取 （1-3） 3.2.3 夾緊液壓缸的設(shè)計 （1）液壓缸工作壓力的確定 由表1-1取液壓缸工作壓力 表1-1 液壓負(fù)載常用的工作壓力 負(fù)載F/N <5000 5000~ 10000 10000~ 20000 20000~ 30000 30000~ 50000 >50000 工作壓力p/MPa <0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 >5~7 （2）液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的確定 可由下式推算出液壓缸的內(nèi)徑D： （1-4） 預(yù)設(shè)活塞桿直徑d=0.5D,液壓缸工作壓力P=2MPa,根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊液壓傳動分冊P22-125，選取液壓缸內(nèi)徑為：D=75mm。 可以得出活塞桿內(nèi)徑為: d=0.5D=750.5=37.5mm，選取d=36mm。 （3）缸筒壁厚和外徑的設(shè)計 缸筒直接承受壓縮空液壓力，必須有一定厚度。一般液壓缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計算: （1-5） 式中， —— 缸筒壁厚，(mm)； —— 液壓缸內(nèi)徑，(mm)； —— 液壓缸試驗(yàn)壓力，一般?。≒a）； ——液壓缸工作壓力 （Pa）； ——缸筒材料許用應(yīng)力（Pa）。 本設(shè)計手爪夾緊液壓缸缸筒材料采用為:鋁合金ZL1060,[]=3MPa 代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為: 取，則缸筒外徑為: （4）手部活塞桿行程長L計算 活塞桿的位移量S可推得： S （1-6） 液壓缸的活塞行程與其使用場合及工作機(jī)構(gòu)的行程比有關(guān)。多數(shù)情況下不應(yīng)使用滿行程，以免活塞與缸蓋相碰撞，尤其用于夾緊等機(jī)構(gòu)。為保證夾緊效果，必須按計算行程多加的行程余量[11]。 （1-7） 故液壓傳動手冊圓整為。 （5）手爪部分總質(zhì)量估算： （1-8） 其中：手爪部分和活塞桿材料采用45鋼，缸筒和端蓋連接材料采用鋁合金ZL106 查相關(guān)手冊可得， 45號鋼密度為 ； ZL1060的密度為 。 3.2.4 手爪夾持范圍計算 為了保證手爪張開角為，活塞桿運(yùn)動長度為27mm。 （a）手爪最小夾持半徑 （b）手爪最大夾持半徑 圖1-2 手爪張開示意圖 手爪夾持范圍的計算，手指長30mm，當(dāng)手抓沒有張開角的時候，如圖1-2（a）所示，根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計，它的最小夾持半徑=10，當(dāng)張開時，如圖1-2（b）[12]所示，最大夾持半徑計算如下： 機(jī)械手的夾持半徑從。 3.2.5 機(jī)械手手爪夾持精度的分析計算 機(jī)械手的精度設(shè)計要求工件定位準(zhǔn)確,抓取精度高,重復(fù)定位精度和運(yùn)動穩(wěn)定性好,并有足夠的抓取能力。 機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機(jī)械手的定位精度（由臂部和腕部等運(yùn)動部件來決定），而且也于機(jī)械手夾持誤差大小有關(guān)。特別是在多品種的中、小批量生產(chǎn)中，為了適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，一定要進(jìn)行機(jī)械手的夾持誤差計算。 圖1-3 手爪夾持誤差分析示意圖 該設(shè)計以棒料來分析機(jī)械手的夾持誤差精度。 機(jī)械手的夾持范圍為10mm~26mm。 一般夾持誤差不超過1mm,分析如下： 工件的平均半徑： （1-9） 手指長,取V型夾角 偏轉(zhuǎn)角按最佳偏轉(zhuǎn)角確定： （1-10） 計算 ： （1-11） 當(dāng)時帶入有： 所以夾持誤差滿足設(shè)計要求。 3.3升降方向設(shè)計計算 3.3.1 初步確系統(tǒng)壓力 表3-1 按負(fù)載選擇工作壓力[1] 負(fù)載/ KN <5 5~10 10~20 20~30 30~50 >50 工作壓力/MPa < 0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 ≥5 表3-2 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力[1] 機(jī)械類型 機(jī) 床 農(nóng)業(yè)機(jī)械 小型工程機(jī)械 建筑機(jī)械 氣鑿巖機(jī) 氣機(jī) 大中型挖掘機(jī) 重型機(jī)械 起重運(yùn)輸機(jī)械 磨床 組合 機(jī)床 龍門 刨床 拉床 工作壓力/MPa 0.8~2 3~5 2~8 8~10 10~18 20~32 由表2-1和表2-2可知，初選液壓缸的設(shè)計壓力P1=2MPa 3.3.2 升降液壓缸計算 為了滿足快速進(jìn)退速度相等，并減小泵的流量，則液壓缸無桿腔與有桿腔的等效面積A1與A2應(yīng)滿足A1=2A2（即液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d應(yīng)滿足：d=0.707D。為防止切削后工件突然前沖，液壓缸需保持一定的回油背壓，并取液壓缸機(jī)械效率。則液壓缸上的平衡方程 故液壓缸無桿腔的有效面積： 液壓缸直徑 表1 液壓缸內(nèi)徑系列GB/T2348-1980mm 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 400 500 按GB/T2348-1980，取標(biāo)準(zhǔn)值D=63mm；本來可以取50的，考慮不可預(yù)測的超載等因素，故在這取的略微大一些。 查《氣傳動與控制手冊》根據(jù)桿徑比d/D，一般的選取原則是：當(dāng)活塞桿受拉時，一般選取d/D=0.3-0.5，當(dāng)活塞桿受壓時，一般選取d/D=0.5-0.7。 因A1=2A，故活塞桿直徑d=0.5D=31.5mm 取d=32（標(biāo)準(zhǔn)直徑） 表2 活塞桿直徑系列 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 (1) 液壓缸缸體厚度計算 缸體是液壓缸中最重要的零件，當(dāng)液壓缸的工作壓力較高和缸體內(nèi)經(jīng)較大時，必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。缸體的常用材料為20、25、35、45號鋼的無縫鋼管。在這幾種材料中45號鋼的性能最為優(yōu)良，所以這里選用45號鋼作為缸體的材料。 式中，——實(shí)驗(yàn)壓力，MPa。當(dāng)液壓缸額定壓力Pn5.1 MPa時，Py=1.5Pn，當(dāng)Pn16MPa時，Py=1.25Pn。 []——缸筒材料許用應(yīng)力，N/mm。[]=，為材料的抗拉強(qiáng)度。 注：1.額定壓力Pn 額定壓力又稱公稱壓力即系統(tǒng)壓力，Pn=10MPa 2.最高允許壓力Pmax Pmax1.5Pn=1.2510=12.5MPa 液壓缸缸筒材料采用45鋼，則抗拉強(qiáng)度：σb=600MPa 安全系數(shù)n按《氣傳動與控制手冊》P243表2—10，取n=5。 則許用應(yīng)力[]==120MPa = =5.5mm ,滿足。所以液壓缸厚度取10mm。 則液壓缸缸體外徑為83mm。 3.缸筒結(jié)構(gòu)設(shè)計 缸筒兩端分別與缸蓋和缸底鏈接，構(gòu)成密封的壓力腔，因而它的結(jié)構(gòu)形式往往和缸蓋及缸底密切相關(guān)[6]。因此，在設(shè)計缸筒結(jié)構(gòu)時，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選用結(jié)構(gòu)便于裝配、拆卸和維修的鏈接形式，缸筒內(nèi)外徑應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整。 3．活塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計 活塞桿的外端頭部與負(fù)載的拖動油馬達(dá)機(jī)構(gòu)相連接，為了避免活塞桿在工作生產(chǎn)中偏心負(fù)載力，適應(yīng)液壓缸的安裝要求，提高其作用效率，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的具體情況，選擇適當(dāng)?shù)幕钊麠U端部結(jié)構(gòu)。 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(shè)計和維護(hù)，本方案選擇O型密封圈。 3.3.3 液壓缸工作行程的確定 液壓缸工作行程長度可以根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程確定，并參照表4-4選取標(biāo)準(zhǔn)值。液壓缸活塞行程參數(shù)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(jù)設(shè)計要求知快速接近工件，行程根據(jù)任務(wù)書要求，根據(jù)表3-8，可選取垂直方向液壓缸的工作行程為300mm，可選取水平方向液壓缸的工作行程為400mm。 3.3.4 活塞的設(shè)計 由于活塞在氣力的作用下沿缸筒往復(fù)滑動，因此，它與缸筒的配合應(yīng)適當(dāng)，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(jī)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(nèi)部泄露，降低容積效率，使液壓缸達(dá)不到要求的設(shè)計性能?？紤]選用O型密封圈。 3.3.5 導(dǎo)向套的設(shè)計與計算 1.最小導(dǎo)向長度H的確定 當(dāng)活塞桿全部伸出時，從活塞支承面中點(diǎn)到到導(dǎo)向套滑動面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長度[1]。影響液壓缸工作性能和穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計時必須保證液壓缸有一定的最小導(dǎo)向長度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),當(dāng)液壓缸最大行程為L,缸筒直徑為D時,最小導(dǎo)向長度為: （4-5） 一般導(dǎo)向套滑動面的長度A，在缸徑小于80mm時取A=(0.6~1.0)D，當(dāng)缸徑大于80mm時取A=(0.6~1.0)d.?；钊麑挾菳取B=(0.6~1.0)D。若導(dǎo)向長度H不夠時,可在活塞桿上增加一個導(dǎo)向套K(見圖4-1)來增加H值。隔套K的寬度。 圖4-1 液壓缸最小導(dǎo)向長度[1] 因此:最小導(dǎo)向長度，取H=9cm； 導(dǎo)向套滑動面長度A= 活塞寬度B= 2.導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu) 導(dǎo)向套有普通導(dǎo)向套、易拆導(dǎo)向套、球面導(dǎo)向套和靜壓導(dǎo)向套等，可按工作情況適當(dāng)選擇。 3.3.6 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(gòu)成密封的壓力容腔，它不僅要有足夠的強(qiáng)度以承受氣力，而且必須具有一定的連接強(qiáng)度。端蓋上有活塞桿導(dǎo)向孔（或裝導(dǎo)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(fù)雜，設(shè)計的不好容易損壞。 1.端蓋的設(shè)計計算 端蓋厚h為： 式中 D1——螺釘孔分布直徑，cm； P——壓力，； ——密封環(huán)形端面平均直徑，cm； ——材料的許用應(yīng)力，。 2.缸底的設(shè)計 缸底分平底缸，橢圓缸底，半球形缸底。 3.3.7 缸體長度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部長度應(yīng)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(yīng)大于缸體內(nèi)經(jīng)的20~30倍。取系數(shù)為5,則液壓缸缸體長度：L=5*10cm=50cm。 3.3.8 緩沖裝置的設(shè)計 液壓缸的活塞桿（或柱塞桿）具有一定的質(zhì)量，在氣力的驅(qū)動下運(yùn)動時具有很大的動量。在它們的行程終端，當(dāng)桿頭進(jìn)入液壓缸的端蓋和缸底部分時，會引起機(jī)械碰撞，產(chǎn)生很大的沖擊和噪聲。采用緩沖裝置，就是為了避免這種機(jī)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(yán)重影響液壓缸和整個氣系統(tǒng)的強(qiáng)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(yùn)動部件在運(yùn)動時對缸底或端蓋的沖擊，在它們的行程終端能實(shí)現(xiàn)速度的遞減，直至為零。 當(dāng)液壓缸中活塞活塞運(yùn)動速度在6m/min以下時，一般不設(shè)緩沖裝置，而運(yùn)動速度在12m/min以上時，不需設(shè)置緩沖裝置。在該組合機(jī)床氣系統(tǒng)中，動力滑臺的最大速度為4m/min,因此沒有必要設(shè)計緩沖裝置。 3.3.9 液壓缸的選型 經(jīng)過比較，參考市場上的液壓缸類型，選擇一種可靠優(yōu)質(zhì)的液壓缸產(chǎn)品的生產(chǎn)商—速易可（上海）有限公司http://www.tonab.net/about_us.asp。 速易可液動（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、液動控制組件、液動執(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)械手、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、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：無桿液壓缸、滑臺液壓缸、止動液壓缸、回轉(zhuǎn)液壓缸、機(jī)械夾、回轉(zhuǎn)夾緊氣（油）壓缸、導(dǎo)桿液壓缸、帶鎖液壓缸、雙軸缸、標(biāo)準(zhǔn)型液壓缸、控制閥、空氣控制組件、真空系統(tǒng)組件及相關(guān)液動輔助零組件。 根據(jù)上節(jié)計算，在這選擇YAM63. 3.4 水平方向設(shè)計計算 3.4.1 水平方向計算 當(dāng)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30kg，長度l =400mm。如圖3.4所示。 工件 圖3.4 受力簡圖 (1)計算扭矩[4] (2)液壓缸（伸縮）及其配件的估算扭矩 [4] F =50N S =1m（最大行程時） 帶入公式2.9得 =50×10×1 =500（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 3.4.2 液壓缸的選型 速易可目前主要產(chǎn)品有：無桿液壓缸、滑臺液壓缸、止動液壓缸、回轉(zhuǎn)液壓缸、機(jī)械夾、回轉(zhuǎn)夾緊氣（油）壓缸、導(dǎo)桿液壓缸、帶鎖液壓缸、雙軸缸、標(biāo)準(zhǔn)型液壓缸、控制閥、空氣控制組件、真空系統(tǒng)組件及相關(guān)液動輔助零組件。 根據(jù)上節(jié)計算，在這選擇YAM63. 腕部是聯(lián)結(jié)手部和臂部的部件，腕部運(yùn)動主要用來改變被夾物體的方位，它動作靈活，轉(zhuǎn)動慣性小。本課題腕部具有回轉(zhuǎn)這一個自由度，可采用具有一個活動度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。 3.5 機(jī)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計校核 臂部和機(jī)身的配置形式基本上反映了氣機(jī)械手的總體布局。本課題氣機(jī)械手的機(jī)身設(shè)計成機(jī)座式，這樣氣機(jī)械手可以是獨(dú)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(jī)構(gòu)。臂部配置于機(jī)座立柱中間，多見于回轉(zhuǎn)型氣機(jī)械手。臂部可沿機(jī)座立柱作升降運(yùn)動，獲得較大的升降行程。升降過程由電動機(jī)帶動螺柱旋轉(zhuǎn)。由螺柱配合導(dǎo)致了手臂的上下運(yùn)動。手臂的回轉(zhuǎn)由電動機(jī)帶動減速器軸上的齒輪旋轉(zhuǎn)帶動了機(jī)身的旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到了自由度的要求[7-9]。 3.6 螺柱的設(shè)計與校核 螺桿是氣機(jī)械手的主支承件，并傳動使手臂上下運(yùn)動。 螺桿的材料選擇： 從經(jīng)濟(jì)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(qiáng)度〖11〗 （3.19） =30～50Mpa 螺紋牙剪切 =40 彎曲=45～55 (1)當(dāng)量應(yīng)力 (3.20) 式中 T——傳遞轉(zhuǎn)矩N·mm [σ]——螺桿材料的許用應(yīng)力 所以代入公式（3.20）得： 6225025d12+11236≤900d16×1012 6225025×0.0292+11236≤900×0.0296×1012 即16471pa＜535340pa 合格 (2)剪切強(qiáng)度 （旋合圈數(shù)） （3.21） （3.22） =206.8×103pa =0.206Mpa＜[τ]=40Mpa (3)彎曲強(qiáng)度 =0.48Mpa＜[σ]=45Mpa 合格 3.7 繪制液壓系統(tǒng)圖 本機(jī)械手的液壓系統(tǒng)圖如圖3-1所示， 它擁有垂直手臂的上升、下降，水平伸縮缸/的前伸、后縮，以及執(zhí)行手爪的夾緊、張開三個執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 其中，泵由三相交流異步電動機(jī)M拖動；系統(tǒng)壓力由溢流閥V1調(diào)定；1DT的得失電決定了動力源的投入與摘除。 考慮到手爪的工作要求輕緩抓取、迅速松開，系統(tǒng)采用了節(jié)流效果不等的兩個單向節(jié)流閥。當(dāng)5DT得電時，工作液體經(jīng)由節(jié)流閥V5進(jìn)入柱塞缸，實(shí)現(xiàn)手爪的輕緩抓緊；當(dāng)6DT失電時，工作液體進(jìn)入柱塞缸中，實(shí)現(xiàn)手爪迅速松開。 另外，由于機(jī)械手垂直升降缸在工作時其下降方向與負(fù)荷重力作用方向一致，下降時有使運(yùn)動速度加快的趨勢，為使運(yùn)動過程的平穩(wěn)，同時盡量減小沖擊、振動，保證系統(tǒng)的安全性，采用V2構(gòu)成的平衡回路相升降油缸下腔提供一定的排油背壓，以平衡重力負(fù)載。 41 第4章 液壓系統(tǒng)其它元件的設(shè)計 4.1 計算和選擇液壓元件 4.1.1液壓泵的計算 （1）確定液壓泵的實(shí)際工作壓力 （3-12） 式中，-------計算工作壓力，前以定為； ------對于進(jìn)油路采用調(diào)速閥的系統(tǒng)，可估為（0.5~1.5），這里取為1。 因此，可以確定液壓泵的實(shí)際工作壓力為 （3-13） （2）確定液壓泵的流量 （3-14） 式中，------為泄露因數(shù)，取1.1； -----為機(jī)械手工作時最大流量。 （3-15） 經(jīng)計算得 =3.140 帶入上式得 （3）確定液壓泵電機(jī)的功率 （3-16） 式中，------為最大運(yùn)動速度下所需的流量，同前，取為3.140； -------液壓泵實(shí)際工作壓力，5； ------為液壓泵總效率，取為0.8； 帶入數(shù)據(jù)計算得： =。 4.1.2 控制元件的選擇 根據(jù)系統(tǒng)最高工作壓力和通過該閥的最大流量，在標(biāo)準(zhǔn)元件的產(chǎn)品樣本中選取各控制元件。這部分在考慮具體的作業(yè)時根據(jù)詳細(xì)的要求再結(jié)合具體情況進(jìn)行詳細(xì)，這里暫從略。 4.1.3 油管及其他輔助裝置的選擇 （1）查閱設(shè)計手冊，選擇油管公稱通徑、外徑、壁厚參數(shù) 液壓泵出口流量以3.140L/MIN計，選?。灰簤罕梦凸苌晕⒋中?，選擇；其余都選為； （2）確定油箱的容量 一般取泵流量的3~5倍，這里取為5倍，有效容積為 （3-17） 4.2 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 繪制液壓系統(tǒng)圖后，進(jìn)行壓力損失驗(yàn)算。因?yàn)樵撘簤合到y(tǒng)比較簡單，該項驗(yàn)算從略。本系統(tǒng)采用液壓回路簡單，效率比較高，功率小，發(fā)熱少，油箱容量取得較大，因此，不再進(jìn)行溫升驗(yàn)算。 第5章 機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 5.1 機(jī)械手的工藝過程 分析工藝過程機(jī)械手的初始位置停在原點(diǎn)，按下啟動后按扭后，機(jī)械手是由相應(yīng)的限位開關(guān)來控制的，而加緊、放松動作的轉(zhuǎn)換是有時間來控制的。 為了確保安全，機(jī)械手右移到位后，必須在右工作臺上無工件時才能下降， 若上次搬到右工作臺上的工件尚未移走，機(jī)械手應(yīng)自動暫停，等待。為此設(shè)置了一個光電開關(guān)，以檢測“無工件”信號。 為了滿足生產(chǎn)要求，機(jī)械手設(shè)置了手動工作方式和自動工作方式，而自動工作方式又分為單步、單周期和連續(xù)工作方式。 1） 手動工作方式：利用按鈕對機(jī)械手每一步動作進(jìn)行控制。例如，按下“下降” 按鈕，機(jī)械手下降；按下“上升”按鈕，機(jī)械手上升。手動操作可用于調(diào)整工作 位置和緊急停車后機(jī)械手返回原點(diǎn)。 2） 單步工作方式：從原點(diǎn)開始，按照自動工作循環(huán)的步序，每按一次啟動按鈕， 機(jī)械手完成一步動作后自動停止。 3） 單周期工作方式：按下啟動按鈕，機(jī)械手按工序自動自動完成一個周期的動 作，返回原點(diǎn)后停止。 4） 連續(xù)工作方式：按下按鈕，機(jī)械手從原點(diǎn)，按步序自動反復(fù)連續(xù)工作，在連 續(xù)工作方式下設(shè)置兩種停車狀態(tài)： 正常停車：在正常工作狀態(tài)下停車。按下復(fù)位按鈕，機(jī)械手在完成最后一個 周期的工作后，返回原點(diǎn)自動停機(jī)。 緊急停車：在發(fā)生事故或緊急狀態(tài)時停車。按下緊急停車按鈕，機(jī)械手停止 在當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)故障排除后，需手動回到原點(diǎn)。 5.2 PLC 控制系統(tǒng) 1．確定輸入/輸出點(diǎn)數(shù)并選擇 PLC 型號 1）輸入信號 位置檢測信號：下限、上限、右限、左限共 4 個行程開關(guān)，需要