仲愷工業(yè)機(jī)械手課程設(shè)計(jì)說明書

1、仲愷工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)是學(xué)生完成本專業(yè)教學(xué)計(jì)劃的最后一個極為重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是使學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)過的基本理論、基本知識與基本技能去解決專業(yè)范圍內(nèi)的工程技術(shù)問題而進(jìn)行的一次基本訓(xùn)練。這對學(xué)生即將從事的相關(guān)技術(shù)工作和未來事業(yè)的開拓都具有一定意義。主要目的：一、培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術(shù)問題的獨(dú)立工作能力，拓寬和深化學(xué)生的知識。 二、培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)構(gòu)思和創(chuàng)新思維，掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序規(guī)范和方法。三、培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思想和使用技術(shù)資料、國家標(biāo)準(zhǔn)等手冊、圖冊工具書進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，編寫技術(shù)文件等方面的工作能力。四、培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查研究，面向?qū)嶋H

2、，面向生產(chǎn)，向工人和技術(shù)人員學(xué)習(xí)的基本工作態(tài)度，工作作風(fēng)和工作方法。目錄1 械手設(shè)計(jì)任務(wù)書21.1 設(shè)計(jì)目的21.2 本課題的內(nèi)容和要求31.3 工業(yè)機(jī)械手簡圖42 臂部液壓缸設(shè)計(jì)42.1 臂部受力計(jì)算52.2 臂部油缸驅(qū)動力計(jì)算52.3 臂部活塞桿的穩(wěn)定性校核62.4 臂部缸體的螺栓鏈接計(jì)算73 臂部液壓傳動與控制系統(tǒng)計(jì)設(shè)83.1 臂部伸縮油缸83.2 液壓元件的計(jì)算和選擇103.3 臂部液壓原件及工作原理114 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)134.1 機(jī)械手可編程順序控制134.2 機(jī)械手PLC控制梯形圖175 參 考 文 獻(xiàn)196 總結(jié)191 械手設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1 設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)是學(xué)生完成本專業(yè)教學(xué)

3、計(jì)劃的最后一個極為重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是使學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)過的基本理論、基本知識與基本技能去解決專業(yè)范圍內(nèi)的工程技術(shù)問題而進(jìn)行的一次基本訓(xùn)練。這對學(xué)生即將從事的相關(guān)技術(shù)工作和未來事業(yè)的開拓都具有一定意義。主要目的：一、培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術(shù)問題的獨(dú)立工作能力，拓寬和深化學(xué)生的知識。 二、培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)構(gòu)思和創(chuàng)新思維，掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序規(guī)范和方法。三、培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思想和使用技術(shù)資料、國家標(biāo)準(zhǔn)等手冊、圖冊工具書進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，編寫技術(shù)文件等方面的工作能力。四、培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查研究，面向?qū)嶋H，面向生產(chǎn)，向工人和技術(shù)人員學(xué)習(xí)的基本工作態(tài)度，

4、工作作風(fēng)和工作方法。1.2 本課題的內(nèi)容和要求原始數(shù)據(jù)及技術(shù)要求：表1 臂部運(yùn)動參數(shù)運(yùn)動名稱符號行程范圍速度伸縮X<200,<250,<300mm/s升降Z回轉(zhuǎn)表2 腕部運(yùn)動參數(shù)運(yùn)動名稱符號行程范圍速度回轉(zhuǎn)其它主要參數(shù)：抓重:150N自由度：4個手指夾持范圍：棒料， 長度定位方式：電位器（或接近開關(guān)等）設(shè)定，點(diǎn)位控制定位精度： 控制方式：PLC控制 設(shè)計(jì)要求：a、數(shù)據(jù)一定要用圓柱坐標(biāo)系；b、一個裝配圖和兩個零件圖；c、設(shè)計(jì)計(jì)算說明書（一份）1.3 工業(yè)機(jī)械手簡圖工業(yè)機(jī)械手的動作簡圖如下圖：本任務(wù)設(shè)計(jì)的是機(jī)械手手臂伸縮部分，設(shè)計(jì)部分如下簡圖：2 臂部液壓缸設(shè)計(jì)臂部是機(jī)械手的主要

5、執(zhí)行部件。它的作用是支承腕部和手部，并帶動它們作空間運(yùn)動。臂部的運(yùn)動的目的是把手部送到空間運(yùn)動范圍內(nèi)的任意一點(diǎn)。如要改變手部的姿態(tài)則由腕部的自由度實(shí)現(xiàn)。因而機(jī)械手的臂部一般有三個自由度才能滿足基本的要求：手臂的伸縮，左右回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動。臂部的各種運(yùn)動通常采用驅(qū)動機(jī)構(gòu)和各種傳動機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況來看，它在工作中既直接承受腕部，手部和工件的靜，動載荷，而且自身運(yùn)動又較多，因而它的結(jié)構(gòu)，工作范圍，靈活性以及抓重大小和定位精度等都直接影響機(jī)械手的工作性能。2.1 臂部受力計(jì)算手臂的行程為400mm.速度為200mm/s,起動和制動的時間為0.2s水平伸縮直線運(yùn)動油缸驅(qū)動力P的計(jì)算為了提高伸縮

6、桿的穩(wěn)定性，采用圓柱面雙導(dǎo)桿。導(dǎo)桿對稱配置在油缸兩側(cè)的水平伸縮缸，起動時，導(dǎo)向裝置處的摩擦阻力較大，由于導(dǎo)向桿對稱配置，兩導(dǎo)向桿的受力均衡，可按一個導(dǎo)向桿計(jì)算。根據(jù)受力平衡有： G參與運(yùn)動的零部件的總重量（包括工件）400N當(dāng)量摩擦系數(shù)0.18導(dǎo)向桿的摩擦阻力分別為a,b桿的摩擦阻力Ra，Rb 分別為導(dǎo)向套左右端的受力a 導(dǎo)向套的長度200mmL工件重心距離導(dǎo)向套的長度100mm水平移動油缸受力狀態(tài)2.2 臂部油缸驅(qū)動力計(jì)算活塞桿，缸蓋，缸壁，伸縮油管之間的摩擦阻力0.05P密封裝置處的摩擦阻力0.05P油缸回油腔低壓油造成的阻力，取為0.05P臂部起動或制動時活塞桿上受到的平均慣性力從靜止加

7、速到工作速度的速度變化量起動的時間取為0.2s油缸驅(qū)動力444N油缸的尺寸：當(dāng)油進(jìn)入無桿腔有： （工作壓力），取根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)油缸外徑(JB1068-67)取,所以壁厚為活塞桿的計(jì)算計(jì)算得臂的伸縮行程為,根據(jù)其它零部件的安裝所需間隙，總長取活塞桿。2.3 臂部活塞桿的穩(wěn)定性校核因?yàn)閘>15d，所以活塞桿需要穩(wěn)定性校核油缸安裝屬于兩端固定，長度折算系數(shù)彈性模量 特定柔度值活塞桿橫截面的慣性半徑安全系數(shù)活塞桿的面積活塞桿的計(jì)算柔度屬于大柔度桿其臨界力,活塞桿穩(wěn)定性符合要求2.4 臂部缸體的螺栓鏈接計(jì)算確定油缸缸筒與缸蓋采用螺栓連接，此種方式能夠使液壓缸緊湊牢固。在這種鏈接中，每個螺栓在危險(xiǎn)剖面上承

8、受的拉力為工作載荷Q和剩余預(yù)緊力之和，即：Q：工作載荷（N）P：缸蓋受到的合成液壓力，即驅(qū)動力（N）Z：螺栓數(shù)目：剩余預(yù)緊力，則螺栓 取螺栓公稱直徑為6 數(shù)目4 安全系數(shù)2 k=1.8所以，滿足強(qiáng)度條件。3 臂部液壓傳動與控制系統(tǒng)計(jì)設(shè)3.1 臂部伸縮油缸缸內(nèi)徑，活塞桿直徑，驅(qū)動力，運(yùn)動速度，加速和制動的時間分別為：起動驅(qū)動力勻速驅(qū)動力減速驅(qū)動力 無桿腔進(jìn)油時：圖4 伸縮油缸工況圖（伸出過程）有桿腔進(jìn)油時：圖5 伸縮油缸工況圖（縮回過程）3.2 液壓元件的計(jì)算和選擇液壓泵的計(jì)算和選擇泵的工作壓力油缸的最大工作油壓=1.31MPa管道和各類閥的全部油壓損失液壓泵的流量油壓系統(tǒng)采用單泵供油,故臂部回

9、轉(zhuǎn)油缸供油泵泄漏折算系數(shù)4除臂部回轉(zhuǎn)油缸處,其它幾個部分中的最大流量選擇液壓泵的規(guī)格因?yàn)槿~片泵有結(jié)構(gòu)緊湊外形尺寸小,流量均勻,噪音小,壽命長,所以根據(jù)<<液壓傳動手冊>>選YB1-40(YB1型低壓單級中片泵).額定轉(zhuǎn)速 額定排量額定壓力電機(jī)選用取泵的總效率,則選電機(jī):Y100L-4,N=2.2KW,n=1430r/min選擇液壓控制閥和輔助元件過濾器過濾精度在左右的線式過濾器油管與管接頭：管接頭聯(lián)接螺紋 管子壁厚1mm (用于) 管子壁厚1mm (用于)油管以滿足最大壓力為要求選用價低,安裝方便的尼龍管油箱容積：溢流閥和減壓閥的壓力調(diào)整：溢流閥減壓閥 因?yàn)閵A緊運(yùn)動時的

10、壓力為所以選取YJF3-10B調(diào)壓范圍為根據(jù)工況圖Q-t選元件的額定流量,根據(jù)p=7L/min選擇元件的額定壓力3.3 臂部液壓原件及工作原理表1械手所用液壓元件表序號元件名稱型號規(guī)格數(shù)量1線隙式過濾器2.5MPa,40L/min12電動機(jī)Y100L-4N=3.0KW,n=1430r/min13葉片泵2MPa,960r/min14 13溢流閥15，11二位二通電磁換向閥26壓力表開關(guān)17壓力表18,14單向順序閥29,10節(jié)流閥212二位四通電磁換向閥1 液壓工作原理圖表2 液壓系統(tǒng)動作循環(huán)及電磁鐵動作順序表電磁鐵 序號動作循環(huán)1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10Y11Y12Y13Y14Y

11、臂部伸縮伸出+伸出緩沖+縮回+縮回緩沖+4 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)是機(jī)械手的重要組成部分。在某種意義上講，控制系統(tǒng)起著與人腦相似的作用。機(jī)械手的手部、腕部、臂部等的動作以及相關(guān)機(jī)械的協(xié)調(diào)動作都是通過控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。主要控制內(nèi)容有動作的順序，動作的位置與路徑、動作的時間。機(jī)械手的控制方法，總的來說有機(jī)械控制，氣動控制，液壓系統(tǒng)的液壓控制和電氣控制?？刂葡到y(tǒng)有開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)兩種結(jié)構(gòu)。閉環(huán)系統(tǒng)一般也叫反饋控制系統(tǒng)，是一種不斷把定值與控制量進(jìn)行比較，使其偏差為零的控制系統(tǒng)。而開環(huán)系統(tǒng)，即使有局部小的閉環(huán)系統(tǒng)存在，但主要的控制量是不用反饋控制的。對比兩者，通常閉環(huán)系統(tǒng)的抵抗外部干擾和系統(tǒng)中主要

12、單元的特性變化的能力比較強(qiáng)，而開環(huán)系統(tǒng)較弱。但由于各種影響因素的存在，閉環(huán)控制的精度和定位時間等控制性能也有一定的限度。因此不應(yīng)局限于開環(huán)或閉環(huán)的系統(tǒng)，而吸收兩者之長，以提高機(jī)械手的性能。4.1 機(jī)械手可編程順序控制不論自動電氣控制裝置復(fù)雜程度如何，對于生產(chǎn)線及各種功能的機(jī)械手來說，一般都要求電氣控制系統(tǒng)按照預(yù)先規(guī)定的動作順序依次進(jìn)行順序控制。可編程控制方式是指機(jī)械手的動作程序采用軟，硬的手段，加以改變或重新編排，以適應(yīng)不同作業(yè)循環(huán)的需要。特別對于通用工業(yè)機(jī)械手尤為重要。如甲作業(yè)要求機(jī)械手的動作順序?yàn)?-2-3-4；乙作業(yè)要求1-4-3-2；丙作業(yè)要求1-3-2-4.為此，可采用各種不同順序控

13、制器直接給定或改變程序?？删幊炭刂破骺刂破饔址Q可編程邏輯控制器PLC,是微機(jī)技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機(jī)控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型控制器，是一種以微處理為核心用數(shù)字控制的專用計(jì)算機(jī)。根據(jù)機(jī)械手的控制方法采用液壓控制制和電氣控制相結(jié)合的方法來操縱機(jī)械手。通過電氣控制液壓系統(tǒng)中的液壓元件從而來控制機(jī)械手各個部位的運(yùn)動。電氣控制通過可編程序控制器，用編程語言來使控制器發(fā)出指令，進(jìn)而控制運(yùn)動。常見的編程表達(dá)方式有：繼電器梯形圖，邏輯功能圖，功能流程圖，邏輯代數(shù)表達(dá)式，指令語句。由于繼電器梯形圖比較形象，直觀，易于接受，所以本電氣控制采用此方法編程。圖7 現(xiàn)場器件和PLC

14、的實(shí)際連按圖表3 現(xiàn)場器件與PLC的內(nèi)部等效繼電器地址對照現(xiàn)場器件內(nèi)部等效繼電器地址號說明現(xiàn)場器件內(nèi)部等效繼電器地址號說明輸入SB1400啟動按鈕輸出HL430原位指示燈SB2401停止按鈕1YA431原位卸荷SQ1401臂伸縮原位2YA432伸縮緩沖SQ2403臂縮緩沖3YA433伸升緩沖SQ3404臂伸緩沖4YA434臂正反轉(zhuǎn)緩沖SQ4405臂伸縮限位5YA435腕正反轉(zhuǎn)緩沖SQ5406臂升降原位6YA436臂部伸出SQ6407臂降緩沖7YA437臂部縮回SQ7410臂升緩沖8YA530臂部升SQ8411臂升降限位9YA531臂部降SQ9412臂回轉(zhuǎn)原位10YA532臂部正轉(zhuǎn)SQ10413

15、臂反轉(zhuǎn)緩沖11YA533臂部反轉(zhuǎn)SQ11500臂正轉(zhuǎn)緩沖12YA534腕部正轉(zhuǎn)SQ12501臂回轉(zhuǎn)限位13YA535腕部反轉(zhuǎn)SQ13502腕回轉(zhuǎn)原位14YA536夾緊SQ14503腕反轉(zhuǎn)緩沖SQ15504腕正轉(zhuǎn)緩沖SQ16505腕回轉(zhuǎn)限位SB3510復(fù)位按鈕4.2 機(jī)械手PLC控制梯形圖5 參 考 文 獻(xiàn)1 重慶市科技局，第一機(jī)械工業(yè)機(jī)械部第三設(shè)計(jì)院.工業(yè)機(jī)械手M，重慶市科技局，第一機(jī)械工業(yè)機(jī)械部第三設(shè)計(jì)院出版，1977.2 上海市第一機(jī)電工業(yè)局科技組情報(bào)站.工業(yè)機(jī)械手資料選編 M,上海：第一機(jī)械工業(yè)部情報(bào)所，1974.3 機(jī)械工程手冊編輯委員會.機(jī)械工程手冊:試用本.第53篇,工廠運(yùn)輸M,北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 1979.4 上海市電動工具研究所.國外工業(yè)機(jī)械手及其應(yīng)用M，上海科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所，1978. 5 沈陽市機(jī)床工業(yè)公司七·二一大學(xué).工業(yè)機(jī)械手M,北京：遼寧人民出版社，1979.6 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊M,北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2003.7 李允文.工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)M ,北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.8 天津大學(xué)工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)編寫組.工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M，天津科學(xué)技術(shù)出版社，1980.6 總結(jié)通過這次課程設(shè)計(jì)，使我更加深入地了解了機(jī)械設(shè)