密封墊零件的喂料機(jī)械手的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

密封墊零件的喂料機(jī)械手的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文密封墊零件的喂料機(jī)械手的設(shè)計(jì)1緒論機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)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)中可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率:質(zhì)量、實(shí)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(yùn)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(jiǎn)單，專用性較強(qiáng)，僅為某臺(tái)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(dú)立的按程序控制實(shí)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(jiǎn)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。1.1機(jī)械手的概述機(jī)械手也被稱為自動(dòng)手，能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件(或工具)的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)(擺動(dòng))、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2,3個(gè)自由度。機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動(dòng)條件。11.2機(jī)械手的組成機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。各系1所示。統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖1.圖1.1機(jī)械手的組成方框圖1.2.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。(1)手部即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運(yùn)動(dòng)形式有回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時(shí)，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(是外廓或是內(nèi)孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手指有外夾式和內(nèi)撐式;指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。而傳力機(jī)構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。傳力機(jī)構(gòu)型式較多，常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。吸附式手部主要由吸盤等構(gòu)成，它是靠吸附力(如吸盤內(nèi)形成負(fù)壓或產(chǎn)生電磁力)吸附物件，相應(yīng)的吸附式手部有負(fù)壓吸盤和電磁盤兩類。對(duì)于輕小片狀零件、光滑薄板材料等，通常用負(fù)壓吸盤吸料。造成負(fù)壓的方式有氣流負(fù)壓式和真空泵式。對(duì)于導(dǎo)磁性的環(huán)類和帶孔的盤類零件，以及有網(wǎng)孔狀的板料等，通常用電磁吸盤吸料。電磁吸盤的吸力由直流電磁鐵和交流電磁鐵產(chǎn)生。2用負(fù)壓吸盤和電磁吸盤吸料，其吸盤的形狀、數(shù)量、吸附力大小，根據(jù)被吸附的物件形狀、尺寸和重量大小而定。此外，根據(jù)特殊需要，手部還有勺式(如澆鑄機(jī)械手的澆包部分)、托式(如冷齒輪機(jī)床上下料機(jī)械手的手部)等型式.2)手腕(是連接手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓取物件的方位(即姿勢(shì))。(3)手臂手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置.工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等)與驅(qū)動(dòng)源(如液壓、氣壓或電機(jī)等)相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動(dòng)。手臂可能實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)如下:手臂在進(jìn)行伸縮或升降運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止繞其軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，都需要有導(dǎo)向裝置，以保證手指按正確方向運(yùn)動(dòng)。此外，導(dǎo)向裝置還能承擔(dān)手臂所受的彎曲力矩和扭轉(zhuǎn)力矩以及手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)在啟動(dòng)、制動(dòng)瞬間產(chǎn)生的慣性力矩，使運(yùn)動(dòng)部件受力狀態(tài)簡(jiǎn)單。導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)形式，常用的有:單圓柱、雙圓柱、四圓柱和V形槽、燕尾槽等導(dǎo)向型式。(4)立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立往通常為固定不動(dòng)的，但因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)，即稱為可移式立柱。(5)行走機(jī)構(gòu)當(dāng)工業(yè)機(jī)械手需要完成較遠(yuǎn)距離的操作，或擴(kuò)大使用范圍時(shí)，可在機(jī)座上安3裝滾輪、軌道等行走機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手的整機(jī)運(yùn)動(dòng)。滾滾輪輪式式布行走機(jī)構(gòu)可分為有軌的和無軌的兩種。驅(qū)動(dòng)滾輪運(yùn)動(dòng)則應(yīng)另外增設(shè)機(jī)械傳動(dòng)裝置。(6)機(jī)座機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用。1.2.2驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置，通常由動(dòng)力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)。1.2.3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(yùn)動(dòng)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。控制系統(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間)，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。1.2.4位置檢測(cè)裝置控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)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。1.3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(guó)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(dòng)方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類。1.3.1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:(1)專用機(jī)械手它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專用機(jī)械手具有動(dòng)作少、工作對(duì)象單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線的上、下料機(jī)械手和“加口工中心”附屬的自動(dòng)換刀機(jī)械手。(2)通用機(jī)械手它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。在規(guī)格性4能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場(chǎng)合使用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。通用機(jī)械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。通用機(jī)械手按其控制定位的方式不同可分為簡(jiǎn)易型和伺服型兩種:簡(jiǎn)易型以“開伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，可以是點(diǎn)一關(guān)”式控制定位，只能是點(diǎn)位控制:位的，也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，一般的伺服型通用機(jī)械手屬于數(shù)控類型。1.3.2按驅(qū)動(dòng)方式分(1)液壓傳動(dòng)機(jī)械手是以液壓的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。但對(duì)密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對(duì)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(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)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。(2)氣壓傳動(dòng)機(jī)械手是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。(3)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手即由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，動(dòng)作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作程序不可變。它常被用于工作主機(jī)的上、下料。(4)電力傳動(dòng)機(jī)械手即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長(zhǎng)，維護(hù)和使用方便。此類機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。1.3.3按控制方式分(1)點(diǎn)位控制5它的運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動(dòng)，只能控制運(yùn)動(dòng)過程中幾個(gè)點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。若欲控制的點(diǎn)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(yùn)動(dòng)軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無限的，整個(gè)移動(dòng)過程處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)，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(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。1.4氣動(dòng)技術(shù)及氣動(dòng)機(jī)械手的發(fā)展過程氣動(dòng)技術(shù)是以空氣壓縮機(jī)為動(dòng)力源，以壓縮空氣為工作介質(zhì)，進(jìn)行能量傳遞或信號(hào)傳遞的工程技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)控制、自動(dòng)控制的重要手段之一。大約開始于1776年，Johnwilkimson發(fā)明能產(chǎn)生1個(gè)大氣壓左右壓力的空氣壓縮機(jī)。1880年，人們第一次利用氣缸做成氣動(dòng)剎車裝置，將它成功地用到火車的制動(dòng)上。20世紀(jì)30年代初，氣動(dòng)技術(shù)成功地應(yīng)用于自動(dòng)門的開閉及各種機(jī)械的輔助動(dòng)作上。至50年代初，大多數(shù)氣壓元件從液壓元件改造或演變過來，體積很大。60年代，開始構(gòu)成工業(yè)控制系統(tǒng)，自成體系，不再與風(fēng)動(dòng)技術(shù)相提并論。在70年代，由于氣動(dòng)技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，在自動(dòng)化控制領(lǐng)域得到廣泛的推廣。80年代進(jìn)入氣動(dòng)集成化、微型化的時(shí)代。90年代至今，氣動(dòng)技術(shù)突破了傳統(tǒng)的死區(qū)，經(jīng)歷著飛躍性的發(fā)展，人們克服了閥的物理尺寸局限，真空技術(shù)日趨完美，高精度模塊化氣動(dòng)機(jī)械手問世，智能氣動(dòng)這一概念產(chǎn)生，氣動(dòng)伺服定位技術(shù)使氣缸高速下實(shí)現(xiàn)任意點(diǎn)自動(dòng)定位，智能閥島十分理想地解決了整個(gè)自動(dòng)生產(chǎn)線的分散與集中控制問題。氣動(dòng)機(jī)械手作為機(jī)械手的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、動(dòng)作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。氣動(dòng)機(jī)械手強(qiáng)調(diào)模塊化的形式，現(xiàn)代傳輸技術(shù)的氣動(dòng)機(jī)械手在控制方面采用了先進(jìn)的閥島技術(shù)(可重復(fù)編程等)，氣動(dòng)伺服系統(tǒng)(町實(shí)現(xiàn)任意位置上的精確定位)，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上全部采用模塊化的拼裝結(jié)構(gòu)。90年代初，由布魯塞爾皇家軍事學(xué)院Y?Bando教授領(lǐng)導(dǎo)的綜合技術(shù)部開發(fā)研制的電子氣動(dòng)機(jī)器人——“阿基里斯”六腳勘探員，是氣動(dòng)技術(shù)、PLC控制技術(shù)和傳感技術(shù)完美結(jié)合產(chǎn)生的“六足動(dòng)物”。6個(gè)腳中的每一個(gè)腳都有3個(gè)自由度，一個(gè)直線氣缸把腳提起、放下，一個(gè)擺動(dòng)馬達(dá)控制腳伸展/退回運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)擺動(dòng)馬達(dá)則負(fù)責(zé)圍繞腳的軸心做旋轉(zhuǎn)之用。6由漢諾威大學(xué)材料科學(xué)研究院設(shè)計(jì)的氣動(dòng)攀墻機(jī)器人，它集遙感技術(shù)和真空技術(shù)于一體，成功地解決了垂直攀緣等視為危險(xiǎn)工作的操作問題。Tron-X電子氣動(dòng)機(jī)器人，能與人親切地握手，它的頭部、腰部、手能與人類一樣彎曲運(yùn)動(dòng)，并且有良好的柔韌性。在幕后操縱人員的操作下(或通過自身的編程控-X電子氣動(dòng)機(jī)器人集電子技術(shù)、氣動(dòng)制)能與人進(jìn)行對(duì)話，或作自我介紹等。Tron技術(shù)和人工智能為一體，它告訴我們，氣動(dòng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人中最難解決的靈活的自由度，具有在足夠工作空間的適應(yīng)性、高精度和快速靈敏的反應(yīng)能力。1.5氣動(dòng)機(jī)械手的應(yīng)用現(xiàn)狀由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)使用安全、可靠，可以在高溫、震動(dòng)、易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作”’。而氣動(dòng)機(jī)械手作為機(jī)械手的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、動(dòng)作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)、易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作等優(yōu)點(diǎn)。所以，氣動(dòng)機(jī)械手被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、半導(dǎo)體及家電行業(yè)、化肥和化工，食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事工業(yè)等?，F(xiàn)代汽車制造工廠的生產(chǎn)線，尤其是主要工藝的焊接生產(chǎn)線，大多采用了氣動(dòng)機(jī)械手。車身在每個(gè)工序的移動(dòng);車身外殼被真空吸盤吸起和放下，在指定工位的夾緊和定位;點(diǎn)焊機(jī)焊頭的快速接近、減速軟著陸后的變壓控制點(diǎn)焊，都采用了各種特殊功能的氣動(dòng)機(jī)械手。高頻率的點(diǎn)焊、力控的準(zhǔn)確性及完成整個(gè)工序過程的高度自動(dòng)化，堪稱是最有代表性的氣動(dòng)機(jī)械手應(yīng)用之一。在彩電、冰箱等家用電器產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)線上，在半導(dǎo)體芯片、印刷電路等各種電子產(chǎn)品的裝配流水線上，不僅可以看到各種大小不一、形狀不同的氣缸、氣爪，還可以看到許多靈巧的真空吸盤將一般氣爪很難抓起的顯像管、紙箱等物品輕輕地吸住，運(yùn)送到指定目標(biāo)位置。對(duì)加速度限制十分嚴(yán)格的芯片搬運(yùn)系統(tǒng)，采用了平穩(wěn)加速的SIN氣缸。氣動(dòng)機(jī)械手用于對(duì)食品行業(yè)的粉狀、粒狀、塊狀物料的自動(dòng)計(jì)量包裝;用于煙草工業(yè)的自動(dòng)卷煙和自動(dòng)包裝等許多工序。如酒、油漆灌裝氣動(dòng)機(jī)械手;自動(dòng)加蓋、安裝和擰緊氣動(dòng)機(jī)械手，牛奶盒裝箱氣動(dòng)機(jī)械手等。此外，氣動(dòng)系統(tǒng)、氣動(dòng)機(jī)械手被廣泛應(yīng)用于制藥與醫(yī)療器上。如:氣動(dòng)自動(dòng)調(diào)節(jié)病床，Robodoc機(jī)器人，daVinci外科手術(shù)機(jī)器人等。1.6發(fā)展前景及方向1.6.1重復(fù)高精度精度是指機(jī)器人、機(jī)械手到達(dá)指定點(diǎn)的精確程度，它與驅(qū)動(dòng)器的分辨率以及反饋7裝置有關(guān)。重復(fù)精度是指如果動(dòng)作重復(fù)多次，機(jī)械手到達(dá)同樣位置的精確程度。重復(fù)精度比精度更重要，如果一個(gè)機(jī)器人定位不夠精確，通常會(huì)顯示一個(gè)固定的誤差，這個(gè)誤差是可以預(yù)測(cè)的，因此可以通過編程予以校正。重復(fù)精度限定的是一個(gè)隨機(jī)誤差的范圍，它通過一定次數(shù)地重復(fù)運(yùn)行機(jī)器人來測(cè)定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，以及氣動(dòng)伺服技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室和氣動(dòng)伺服定位系統(tǒng)的成套化。氣動(dòng)機(jī)械手的重復(fù)精度將越來越高，它的應(yīng)用領(lǐng)域也將更廣闊，如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。1.6.2模塊化有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置的氣動(dòng)機(jī)械手稱為簡(jiǎn)單的傳輸技術(shù)，而把模塊化拼裝的氣動(dòng)機(jī)械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的氣動(dòng)機(jī)械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)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(dòng)自如。由于模塊化氣動(dòng)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)械手的一個(gè)重要特點(diǎn)。模塊化氣動(dòng)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，是氣動(dòng)機(jī)械手的一個(gè)重要的發(fā)展方向。智能閥島的出現(xiàn)對(duì)提高模塊化氣動(dòng)機(jī)械手和氣動(dòng)機(jī)器人的性能起到了十分重要的支持作用。因?yàn)橹悄荛y島本來就是模塊化的設(shè)備，特別是緊湊型CP閥島，它對(duì)分散上的集中控制起了十分重要的作用，特別對(duì)機(jī)械手中的移動(dòng)模塊。1.6.3無給油化為了適應(yīng)食品、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的無污染要求，不加潤(rùn)滑脂的不供油潤(rùn)滑元件已經(jīng)問世。隨著材料技術(shù)的進(jìn)步，新型材料(如燒結(jié)金屬石墨材料)的出現(xiàn)，構(gòu)造特殊、用自潤(rùn)滑材料制造的無潤(rùn)滑元件，不僅節(jié)省潤(rùn)滑油、不污染環(huán)境，而且系統(tǒng)簡(jiǎn)單、摩擦性能穩(wěn)定、成本低、壽命長(zhǎng)。1.6.4機(jī)電氣一體化由“可編程序控制器-傳感器-氣動(dòng)元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動(dòng)化技術(shù)的重要方面;發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制氣動(dòng)元件，使氣動(dòng)技術(shù)從“開關(guān)控制”進(jìn)入到高精度的“反饋控制”;省配線的復(fù)合集成系統(tǒng)，不僅減少配線、配管和元件，而且拆裝簡(jiǎn)單，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。而今，電磁閥的線圈功率越來越小，而PLC的輸出功率在增大，由PLC直接控制線圈變得越來越可能。氣動(dòng)機(jī)械手、氣動(dòng)控制越來越離不開PLC，而閥島技術(shù)的發(fā)展，又使PLC在氣動(dòng)機(jī)械手、氣動(dòng)控制中變得更加得心應(yīng)手。82機(jī)械手總體方案的設(shè)計(jì)2.1機(jī)械手基本形式的確定工業(yè)機(jī)器人按臂部的運(yùn)動(dòng)形式分為四種。直角坐標(biāo)型的臂部可沿三個(gè)直角坐標(biāo)移動(dòng);圓柱坐標(biāo)型的臂部可作升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動(dòng)作;球坐標(biāo)型的臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮;關(guān)節(jié)型的臂部有多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)?？紤]到本次課題中只需在兩個(gè)坐標(biāo)方向上移動(dòng)，這里我選用第一種的直角坐標(biāo)型。工件為薄板類非金屬零件，采用吸附式機(jī)械手。2.2驅(qū)動(dòng)方式的確定按驅(qū)動(dòng)方式的動(dòng)力源，機(jī)械手可分為:A.液壓式B.氣動(dòng)式C.電動(dòng)式液壓式:其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由液動(dòng)機(jī)、伺服閥、油泵、油箱等組成。通常它具有很大的抓舉能力，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)作平穩(wěn)，沖擊，耐震動(dòng)，防爆好，但液壓組件要求有較高的制造精度和密封性能，否則漏油將污染環(huán)境。氣動(dòng)式:其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由氣缸、氣閥、氣罐和空壓機(jī)組成，其特點(diǎn)是電源方便，動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，維修方便。但難以進(jìn)行速度控制，氣壓不可太高，故抓舉能力較低。電動(dòng)式:電力驅(qū)動(dòng)是目前使用最多的一種驅(qū)動(dòng)方式。其特點(diǎn)是電源方便，響應(yīng)快，驅(qū)動(dòng)力較大，信號(hào)檢測(cè)、傳遞、處理方便，并可以采用多種靈活的控制方案。驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般采用步進(jìn)電機(jī)，直流伺服電機(jī)以及交流伺服電機(jī)。由于電機(jī)速度高，通常必須采用減速機(jī)構(gòu)。根據(jù)本課題的技術(shù)要求，我選擇驅(qū)動(dòng)方式為氣動(dòng)式的動(dòng)力源。2.3機(jī)械手傳動(dòng)方案的分析傳動(dòng)方式按工作原理可以分為機(jī)械傳動(dòng)、流體傳動(dòng)和電力傳動(dòng)，其中機(jī)械傳動(dòng)又分為摩擦傳動(dòng)和齒合傳動(dòng);流體傳動(dòng)分為液力傳動(dòng)和氣力傳動(dòng);電力傳動(dòng)分為直流電力傳動(dòng)和交流電力傳動(dòng)。2.3.1機(jī)械傳動(dòng)靠機(jī)件間的摩擦力傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的摩擦傳動(dòng)，包括帶傳動(dòng)、繩傳動(dòng)和摩擦輪傳動(dòng)等。摩擦傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速,大都能適應(yīng)軸間距較大的傳動(dòng)場(chǎng)合,過載打滑還能起到緩沖和保護(hù)傳動(dòng)裝置的作用，但這種傳動(dòng)一般不能用于大功率的場(chǎng)合，也不能保9證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比?？恐鲃?dòng)件與從動(dòng)件嚙合或借助中間件嚙合傳遞動(dòng)力或運(yùn)動(dòng)的嚙合傳動(dòng)，包括齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)和諧波傳動(dòng)等。嚙合傳動(dòng)能夠用于大功率的場(chǎng)合，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，但一般要求較高的制造精度和安裝精度。2.3.2流體傳動(dòng)液壓傳動(dòng)是在機(jī)械傳動(dòng)的基礎(chǔ)上誕生的一種新型的傳動(dòng)方式，它以液體為工作介質(zhì)，通過動(dòng)力元件(液壓泵)將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，然后通過管道控制元件，借助執(zhí)行元件(液壓缸或液壓馬達(dá))將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)負(fù)載實(shí)現(xiàn)直線或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其特點(diǎn)以體積小，傳動(dòng)平穩(wěn)，性能可靠，能輕松實(shí)現(xiàn)很多機(jī)械傳動(dòng)不能完成的動(dòng)作，是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的最佳選擇。尤其在鍛壓行業(yè)有著不可替代的作用。缺點(diǎn)是普遍存在泄露，但只要設(shè)計(jì)合理，加上高質(zhì)量的密封裝置，這些問題就都會(huì)迎刃而解。氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn):(1)以空氣為工作介質(zhì)，工作介質(zhì)獲得比較容易，用后的空氣排到大氣中，處理方便，與液壓傳動(dòng)相比不必設(shè)置回收的油箱和管道。(2)因空氣的粘度很小(約為液壓油動(dòng)力粘度的萬分之一)，其損失也很小，所以便于集中供氣、遠(yuǎn)距離輸送。外泄漏不會(huì)像液壓傳動(dòng)那樣嚴(yán)重污染環(huán)境。3)與液壓傳動(dòng)相比，氣壓傳動(dòng)動(dòng)作迅速、反應(yīng)快、維護(hù)簡(jiǎn)單、工作介質(zhì)清潔，(不存在介質(zhì)變質(zhì)等問題。(4)工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射、振動(dòng)等惡劣工作環(huán)境中，比液壓、電子、電氣控制優(yōu)越。(5)成本低，過載能自動(dòng)保護(hù)。氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn):(1)由于空氣具有可壓縮性，因此工作速度穩(wěn)定性稍差。但采用氣液聯(lián)動(dòng)裝置會(huì)得到較滿意的效果。(2)因工作壓力低(一般為0.31.0MPa)，又因結(jié)構(gòu)尺寸不宜過大，總輸出力不宜大于10,40kN。(3)噪聲較大，在高速排氣時(shí)要加消聲器。(4)氣動(dòng)裝置中的氣信號(hào)傳遞速度在聲速以內(nèi)比電子及光速慢，因此，氣動(dòng)控制系統(tǒng)不宜用于元件級(jí)數(shù)過多的復(fù)雜回路。2.3.3電力傳動(dòng)10電氣傳動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)，控制裝置以及被拖動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械所組成。其主要特點(diǎn)是功率范圍極大，單個(gè)設(shè)備的功率可從幾毫瓦到幾百兆瓦;調(diào)速范圍極寬，轉(zhuǎn)速?gòu)拿糠昼妿邹D(zhuǎn)到每分鐘幾十萬轉(zhuǎn)，在無變速機(jī)構(gòu)的情況下調(diào)速范圍可達(dá)1:10000;適用范圍極廣，可適用于任何工作環(huán)境與各種各樣的負(fù)載。2.4總體方案的確定方案一:工作原理簡(jiǎn)介:該方案采用兩個(gè)氣缸的運(yùn)動(dòng)來完成整套的上下料過程，豎直方向上的氣缸負(fù)責(zé)物料的抓取、上升和下降，水平方向上的氣缸負(fù)責(zé)物料的水平500mm的運(yùn)動(dòng)行程。優(yōu)點(diǎn):方案簡(jiǎn)單明了，傳動(dòng)動(dòng)作迅速、反應(yīng)快、維護(hù)簡(jiǎn)單、工作介質(zhì)清潔。缺點(diǎn):水平方向上的氣缸行程達(dá)500mm，氣缸太長(zhǎng)，加工困難，生產(chǎn)代價(jià)高方案二:工作原理簡(jiǎn)介:在豎直方向上的氣缸，其工作任務(wù)與方案一一致，也是負(fù)責(zé)物料的抓取、提升和下降，但該方案在水平方向上采用了絲桿的運(yùn)動(dòng)原理來完成氣水平行程，絲桿右端是一套減速裝置，從動(dòng)力源發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過帶傳動(dòng)進(jìn)行一級(jí)減速，再經(jīng)過齒輪進(jìn)行二、三級(jí)減速，同時(shí)絲杠和豎直方向上的氣缸又是再一級(jí)的減速，這11樣通過四級(jí)減速，可以讓物料在水平行程上以較緩慢的速度移動(dòng)。優(yōu)點(diǎn):此方案合理的運(yùn)用了絲杠拿的傳動(dòng)原理以及帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的減速，其中帶傳動(dòng)中心距變化范圍大，可用于較遠(yuǎn)距離的傳動(dòng)，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音小，能緩沖吸振，有過載保護(hù)作用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，安裝要求不高。齒輪傳動(dòng)外廓尺寸小，效率高，傳動(dòng)比恒定，圓周速度及功率范圍廣。缺點(diǎn):系統(tǒng)較為復(fù)雜，且齒輪長(zhǎng)期暴露在外部，壽命會(huì)降低，對(duì)于帶傳動(dòng)來說，有滑動(dòng)，傳動(dòng)比不能保持恒定，外廓尺寸大，帶的壽命較短(通常為3500h,5000h)，由于帶的摩擦起電不宜用于易燃、易爆的地方，軸和軸承上作用力大。而且齒輪傳動(dòng)制造和安裝精度要求較高，不能緩沖，無過載保護(hù)作用，有噪音。方案三:工作原理簡(jiǎn)介:此方案在總結(jié)了以上兩個(gè)方案后，設(shè)計(jì)出的新方案，豎直方向上的上升和下降沒有變化，在水平方向上，采用了雙行程氣缸，此類氣缸內(nèi)部有兩根活塞桿，可以達(dá)到雙行程的效果，這樣既滿足了氣缸的生產(chǎn)簡(jiǎn)單，又滿足水平500mm的行程要求。對(duì)于以上三種方案的分析，并結(jié)合導(dǎo)師的指點(diǎn)，本課題的設(shè)計(jì)選用第三種方案，即機(jī)械手的上升下降和水平左右移動(dòng)全部通過氣動(dòng)控制的氣壓缸來實(shí)現(xiàn)。2.5機(jī)械手工作過程分析根據(jù)設(shè)計(jì)要求，機(jī)械手每次自動(dòng)抓取密封墊一件，運(yùn)送并自動(dòng)釋放到自動(dòng)生產(chǎn)線上，完成一次物料輸送。為了能順利完成這次物料輸送，我把該機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)過程分析如下:喂料機(jī)械手開始工作時(shí),首先打開真空泵:(1)吸盤支架帶動(dòng)兩排吸盤快速下降,可調(diào)光電開關(guān)檢測(cè)到密封墊零件后,慢速下降至1020mm,吸盤觸及密封墊零件,同時(shí)吸盤支架觸碰限位開關(guān);(2)兩位三通電磁閥開始動(dòng)作,使吸盤接入真空,時(shí)間約1,2s,當(dāng)真空開關(guān)檢測(cè)12到真空值為60,80kPa(吸盤樣本參數(shù))時(shí),確認(rèn)板料已被吸牢;(3)快速提升,觸碰第一個(gè)限位開關(guān),吸盤轉(zhuǎn)為慢速運(yùn)動(dòng),觸碰第二個(gè)限位開關(guān)(此時(shí)約提升150mm),到位停止;(4)水平移動(dòng),觸碰第一個(gè)限位開關(guān),吸盤轉(zhuǎn)為慢速運(yùn)動(dòng),觸碰第二個(gè)限位開關(guān),共走500mm行程)停止;到位((5)快速下降,觸碰第一個(gè)限位開關(guān),吸盤轉(zhuǎn)為慢速運(yùn)動(dòng),觸碰第二個(gè)限位開關(guān),到位(約下降150mm)停止;(6)電磁換向閥換向,放大氣,吸盤從板料上脫開,落在流水線上;吸盤支架帶動(dòng)吸盤快速上升,慢速到位(上升150mm的行程);(7)(8)水平移動(dòng)，返程500mm停止。至此,一次自動(dòng)上下料動(dòng)作完成。133機(jī)械手的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1吸盤結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算考慮到抓取的對(duì)象為密封墊零件(非金屬材料)，其外形尺寸為:長(zhǎng)749mm，寬192mm，厚1.2mm。為此，我選用吸盤來抓取該類零件。真空吸盤的基本原理:盤壓到被吸物后，吸盤內(nèi)的空氣被真空發(fā)生器或者真空泵從吸盤上的管路中抽走，使吸盤內(nèi)形成真空。而吸盤外的大氣壓力把吸盤死死的壓在被吸物上使之幾乎形成一個(gè)整體，可以共同運(yùn)動(dòng)。密封墊零件重量的計(jì)算3.1.1由課題所給密封墊零件尺寸數(shù)據(jù):L=749mmS=192mmH=1.2mm查閱非金屬材料密度表，并結(jié)合工程機(jī)械上常用的非金屬材料的密封墊零件，取ρ=2.0g/cm3(泡沫塑料的ρ是0.2g/cm3,工業(yè)橡膠ρ是1.8g/cm3，ρ在2.0以上的是玻璃類和火磚石頭類，不予考慮)，取g=9.8N/kg。則密封墊零件的重量:G=ρ，L，S，H，g,3.38N3.1.2吸盤個(gè)數(shù)的計(jì)算及型號(hào)的確定2吸盤的理論吸力F=,Dp,/4根據(jù)吸盤安裝位置和帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(方向和快慢，直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng))的不同，吸盤的實(shí)際吸力應(yīng)考慮一個(gè)安全系數(shù)n，即實(shí)際吸力F’為F’=F/n。當(dāng)水平安裝提升物體時(shí)，n4;在垂直安裝提升物體時(shí)n8。,,取四個(gè)吸盤，則每個(gè)吸盤所受的吸力F=G/4=3.38/4=0.845N又因?yàn)槭撬教嵘?，則取安全系數(shù)n,4實(shí)際所要受到的吸力F’,4，F(xiàn)=0.845，4=3.38N真空發(fā)生器的真空度P=84KPa,2則由吸盤的理論吸力F=可以得到,Dp,/423.38,/4，，84，1000D,,即D7.12mm，也就說要求吸盤吸持工件被抽空的有效直徑至少為7.12mm。14圖3.1波形吸盤的規(guī)格圖3.2波形吸盤的外形尺寸對(duì)照以上圖3.1和圖3.2的吸盤規(guī)格和外形尺寸后，我選擇吸盤直徑為20mm，其有效直徑為14.3mm，重量為6.7g,大于理論上所求的的7.12mm，完全符合條件要求。考慮到密封墊零件比較大，為了穩(wěn)定我選取4個(gè)吸盤同時(shí)作用。一個(gè)吸盤的重量G=mg=6.7x9.8x0.001=0.066N3.2吸盤支架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算,選擇支架材料為鐵素體不銹鋼，則查表可知其彈性模量E200GPa3又該類不銹鋼的密度ρ=7.75g/cm15由下圖3.3所示:圖3.3吸盤定位支架取該支架的總長(zhǎng)為242mm，寬為150mm，厚度為2mm，兩邊較小的槽寬為7mm，長(zhǎng)為200mm;為了減輕支架的重量在中間挖了一個(gè)較大的槽，寬為35.73mm,長(zhǎng)為200mm。2Fa,由撓度公式:(3L-a),,B6EI這里F=每個(gè)吸盤所受吸力+每個(gè)三通接口的重量=0.845+50.1x9.8x0.001=1.336N把支架看成兩段一段固定另一段受力的梁，則:L=121mm(支架的一半長(zhǎng)度)a=100(槽的端部到支架中心的距離)2Fa,(3L-a),,B6EI93=-1.336x0.11x0.11x(3x0.121-0.1)/[6x200x10x(0.002x0.02/12)],-0.00025,,即-0.000250，所以該支架的數(shù)據(jù)滿足整個(gè)要求。,B支架的體積為V=(242x150-7x200x2-35.73x200)x2=52.708cm3支架的重量G=ρvg=7.75x52.708x9.8x0.001=4.003N該支架中間的導(dǎo)向槽能夠很好讓吸盤進(jìn)行移動(dòng)，因?yàn)閷?duì)于密封墊來說，有些密封墊零件的表面是有好多的通孔結(jié)構(gòu)或者其他的孔狀結(jié)構(gòu)，如果吸盤直接吸附上去，吸16盤邊緣剛好壓在孔狀結(jié)構(gòu)或者通孔上，這樣必然吸附不上來或者吸附不緊，所以通過在導(dǎo)向槽的移動(dòng)，可以很好的讓吸盤避免吸附在孔狀結(jié)構(gòu)或者通孔上，使密封墊零件能完好的吸附起。3.3吸盤連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算,,,系列管接頭，是一種新型的組合式氣動(dòng)管接頭。最大工作壓力為,(,,,,。這種管接頭是由各種不同的接頭、接頭體和一個(gè)終端管座組合而成。通過這三部分的組合，可以把同一個(gè)管接頭組合成具有不同聯(lián)接方式和不同公稱通徑的組合式管接頭。組合式管接頭能同時(shí)適用幾種不同公稱通徑和不同材質(zhì)的氣管，具有通用性強(qiáng)，多功能、拆裝方便等特點(diǎn)。參照以上組合式氣動(dòng)管接頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，我設(shè)計(jì)出一下結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單又能滿足工作條件的等徑三通接口的組合式氣動(dòng)管接頭:圖3.4等徑三通接口的組合式氣動(dòng)管接頭剖視圖圖3.5等徑三通接口的組合式氣動(dòng)管接頭基本尺寸由上圖3.5可知，100個(gè)M10的三通接口的重量5.01Kg，則每一個(gè)M6的三通接口重量可能小于50.1g，考慮理論去實(shí)際的誤差及安全穩(wěn)定性，這里我取M6的三通接口的重量為50.1g。一個(gè)三通接口的重量G=mg=50.1x9.8x0.001=0.491N173.4吸盤定位結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算圖3.6六角雙頭螺栓由圖3.6所示，該結(jié)構(gòu)為兩端都是為螺紋連接的六角雙頭螺栓，綜合分析選取螺紋為M6，P=1.0，L=15，F(xiàn)=8，H=3，B=10，g=1.5的六角雙頭螺栓。右邊的M6外螺紋是與M6的螺母接合固定于支架上的導(dǎo)向槽上，左邊的M6外螺紋與三通接頭的一端相接合，這樣吸盤的位置就固定了，該六角雙頭螺栓采用Q235號(hào)鋼。該零件的重量計(jì)算:查閱該類鋼材密度表可知ρ=7.8g/cm3，粗略的估計(jì)該零件的體積V=3.14x6x6x8+3.14x10x10x3+3.14x6x6x15=12.585cm3則m=ρV=7.8x12.585=98.163gG=mg=98.163x9.8x0.001=0.962N183.5豎直方向氣缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算氣缸是引導(dǎo)活塞在其中進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的圓筒形金屬機(jī)件。3.5.1氣缸的種類氣壓傳動(dòng)中將壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的氣動(dòng)執(zhí)行元件。氣缸有作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的和作往復(fù)擺動(dòng)的兩類。作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的氣缸又可分為單作用、雙作用、膜片式和沖擊氣缸4種。(1)單作用氣缸:僅一端有活塞桿，從活塞一側(cè)供氣聚能產(chǎn)生氣壓，氣壓推動(dòng)活塞產(chǎn)生推力伸出，靠彈簧或自重返回。2)雙作用氣缸:從活塞兩側(cè)交替供氣，在一個(gè)或兩個(gè)方向輸出力。((3)膜片式氣缸:用膜片代替活塞，只在一個(gè)方向輸出力，用彈簧復(fù)位。它的密封性能好，但行程短。(4)沖擊氣缸:這是一種新型元件。它把壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為活塞高速(10,20米,秒)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，借以作功。沖擊氣缸增加了帶有噴口和泄流口的中蓋。中蓋和活塞把氣缸分成儲(chǔ)氣腔、頭腔和尾腔三室。它廣泛用于下料、沖孔、破碎和成型等多種作業(yè)。作往復(fù)擺動(dòng)的氣缸稱擺動(dòng)氣缸，由葉片將內(nèi)腔分隔為二，向兩腔交替供氣，輸出軸作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)角小于280?。此外，還有回轉(zhuǎn)氣缸、氣液阻尼缸和步進(jìn)氣缸等。3.5.2氣缸的結(jié)構(gòu)氣缸是由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件組成。(1)缸筒缸筒的內(nèi)徑大小代表了氣缸輸出力的大小?；钊诟淄矁?nèi)做平穩(wěn)的往復(fù)滑動(dòng)，缸筒內(nèi)表面的表面粗糙度應(yīng)達(dá)到Ra0.8um。對(duì)鋼管缸筒，內(nèi)表面還應(yīng)鍍硬鉻，以減小摩擦阻力和磨損，并能防止銹蝕。缸筒材質(zhì)除使用高碳鋼管外，還是用高強(qiáng)度鋁合金和黃銅。小型氣缸有使用不銹鋼管的。帶磁性開關(guān)的氣缸或在耐腐蝕環(huán)境中使用的氣缸，缸筒應(yīng)使用不銹鋼、鋁合金或黃銅等材質(zhì)。SMCCM2氣缸活塞上采用組合密封圈實(shí)現(xiàn)雙向密封，活塞與活塞桿用壓鉚鏈接，不用螺母。(2)端蓋端蓋上設(shè)有進(jìn)排氣通口，有的還在端蓋內(nèi)設(shè)有緩沖機(jī)構(gòu)。桿側(cè)端蓋上設(shè)有密封圈和防塵圈，以防止從活塞桿處向外漏氣和防止外部灰塵混入缸內(nèi)。桿側(cè)端蓋上設(shè)有導(dǎo)向套，以提高氣缸的導(dǎo)向精度，承受活塞桿上少量的橫向負(fù)載，減小活塞桿伸出時(shí)的19下彎量，延長(zhǎng)氣缸使用壽命。導(dǎo)向套通常使用燒結(jié)含油合金、前傾銅鑄件。端蓋過去常用可鍛鑄鐵，現(xiàn)在為減輕重量并防銹，常使用鋁合金壓鑄，微型缸有使用黃銅材料的。(3)活塞活塞是氣缸中的受壓力零件。為防止活塞左右兩腔相互竄氣，設(shè)有活塞密封圈?；钊系哪湍キh(huán)可提高氣缸的導(dǎo)向性，減少活塞密封圈的磨耗，減少摩擦阻力。耐磨環(huán)長(zhǎng)使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夾布合成樹脂等材料?；钊膶挾扔擅芊馊Τ叽绾捅匾幕瑒?dòng)部分長(zhǎng)度來決定?；瑒?dòng)部分太短，易引起早期磨損和卡死?；钊牟馁|(zhì)常用鋁合金和鑄鐵，小型缸的活塞有黃銅制成的。(4)活塞桿活塞桿是氣缸中最重要的受力零件。通常使用高碳鋼，表面經(jīng)鍍硬鉻處理，或使用不銹鋼，以防腐蝕，并提高密封圈的耐磨性。(5)密封圈回轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)處的部件密封稱為動(dòng)密封，靜止件部分的密封稱為靜密封。缸筒與端蓋的連接方法主要有以下幾種:整體型、鉚接型、螺紋聯(lián)接型、法蘭型、拉桿型。氣缸工作時(shí)要靠壓縮空氣中的油霧對(duì)活塞進(jìn)行潤(rùn)滑。也有小部分免潤(rùn)滑氣缸。3.5.3氣缸的工作原理根據(jù)工作所需力的大小來確定活塞桿上的推力和拉力。由此來選擇氣缸時(shí)應(yīng)使氣缸的輸出力稍有余量。若缸徑選小了，輸出力不夠，氣缸不能正常工作;但缸徑過大不僅使設(shè)備笨重、成本高，同時(shí)耗氣量增大，造成能源浪費(fèi)。在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量采用增力機(jī)構(gòu)，以減少氣缸的尺寸。3.5.4氣缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算查閱相關(guān)數(shù)據(jù)表:20圖3.7六角螺母規(guī)格重量表圖3.8平墊圈規(guī)格重量表根據(jù)圖3.7和圖3.8的螺母和墊圈的規(guī)格表,得知:M6螺母的重量G=mg=2.317x9.8/1000=0.023NM10螺母的重量G=mg=10.99x9.8/100=0.108Nф6墊圈的重量G=mg=1.42x9.8/1000=0.014Nф10墊圈的重量G=mg=3.98x9.8/1000=0.039N根據(jù)以上面所求的數(shù)據(jù)計(jì)算氣缸所受的總拉力:氣缸所收的總拉力F=吸盤的重量+三通接口的重量+支架的重量+M6螺母的重量+M10螺母的重量+ф6墊圈的重量+ф10墊圈的重量+六角雙頭螺栓的重量+密封墊零件的重量=0.066x4+0.491x4+4.003+0.023x4+0.108+0.014x8+0.039+0.962x4+3.38=13.81N由氣壓公式F=PS，這里去P為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(實(shí)際中氣壓大于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)22則13.81=101325xS可以得到S=R=0.000136m,即R=6.6mm查閱該類氣缸的數(shù)據(jù)表:21圖3.9豎直氣缸的外形尺寸查閱標(biāo)準(zhǔn)氣缸的鋼徑和活塞桿直徑系列表可知:取活塞桿的直徑d=12mm,氣缸的內(nèi)徑D=32mm222則該氣缸的受力面積S=R=3.14x0.012=0.000452m,22其受力面積0.000452m大于情況所需的0.000136m，根據(jù)條件，取氣缸行程為50mm，所以該氣缸FB321250完全符合條件。取該氣缸材料為Q235號(hào)鋼材，則查閱氣缸筒的壁厚表可知，該氣缸零件的壁厚取4到5mm，這里計(jì)算取5mm。223由以上數(shù)據(jù)，我們可以求得氣缸筒的體積V=2.1-1.6=87.15cm,,23活塞桿的體積V=0.6x5=5.7cm,則粗略的估算豎直方向的氣缸質(zhì)量m=7.85(87.15+5.7)=728.5g其重量G=mg=728.5x0.001x9.8,7.1N該氣缸的外形解剖圖如下:22圖3.10豎直氣缸的裝配圖結(jié)合理論計(jì)算的結(jié)果，并根據(jù)圖3.9和圖3.10氣缸的尺寸信息，可得到所需的豎直方向上的氣壓缸。3.6水平直線導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.6.1直線導(dǎo)軌的概述直線導(dǎo)軌又稱滑軌、線性導(dǎo)軌、線性滑軌，用于直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合，擁有比直線軸承更高的額定負(fù)載，同時(shí)可以承擔(dān)一定的扭矩，可在高負(fù)載的情況下實(shí)現(xiàn)高精度的直線運(yùn)動(dòng)。直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的作用是用來支撐和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件，按給定的方向做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。依按摩擦性質(zhì)而定，直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌可以分為滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌、滾動(dòng)摩擦導(dǎo)軌、彈性摩擦導(dǎo)軌、流體摩擦導(dǎo)軌等種類。3.6.2直線導(dǎo)軌種類的確定在本課題設(shè)計(jì)中，我選用圓形導(dǎo)軌，接下來我簡(jiǎn)單的說一下圓形導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn):圓形導(dǎo)軌產(chǎn)品的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)就是其圓形板可在端部支撐軸，實(shí)現(xiàn)橫跨相當(dāng)于軸直徑的12到24倍的間隙的圓形直線軸承設(shè)計(jì)，從工廠自動(dòng)化中的龍門吊系統(tǒng)到DNA取樣機(jī)中揀選和放置模塊的各種應(yīng)用均可采用這一設(shè)計(jì)。運(yùn)動(dòng)軸完全通過固定軸的兩端進(jìn)行組建。無論兩點(diǎn)之間的機(jī)器表面處于何種情況，無論是否只有一個(gè)點(diǎn)，該裝置的精密性都不會(huì)受到影響，僅僅取決于端部支撐裝置的準(zhǔn)確度。此外，如果要通過直線導(dǎo)軌對(duì)中一套絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)，只需在一個(gè)板上打三個(gè)孔，即以兩個(gè)圓形導(dǎo)軌和絲杠軸承的支撐為基準(zhǔn)，這是最容易做到的方法。通過這一設(shè)計(jì)，在裝配過程中無需調(diào)節(jié)。在某些應(yīng)用中，平整度可能是需要考慮一個(gè)主要的因素。雖然組件和應(yīng)用之間在細(xì)微處可能略有不同，并通常缺乏行業(yè)相關(guān)平整度數(shù)據(jù)，但滾珠襯套軸承往往可以非常平穩(wěn)地運(yùn)行，方形導(dǎo)軌和圓形導(dǎo)軌之間的差異通常用手即可感覺得到。滾珠和導(dǎo)軌23之間凸表面的點(diǎn)式接觸可將擦傷的可能性降到最低。滾珠襯套通常在微小間隙量或1,到2,額定動(dòng)載荷的輕預(yù)載荷下運(yùn)行，提高了平穩(wěn)性。而由于較高的一致性和預(yù)載荷，方形導(dǎo)軌軸承可在某些“缺口”情況下使用。在大多數(shù)情況下，這是可行的，但如果需要用到儀表級(jí)軸承，圓形導(dǎo)軌可能更有優(yōu)勢(shì)。同樣，由于其簡(jiǎn)單的圓形幾何形狀，圓形襯套上的密封件往往更為可靠，產(chǎn)生更小的拖曳。方形導(dǎo)軌擦拭器必須符合導(dǎo)軌中的滾珠軌道，以達(dá)到耐用型密封。安裝圓形導(dǎo)軌時(shí)最后需要考慮的是安裝在軸上的非滾珠型聚合物襯套?？刹捎眠m用于鋁或其它基底的高性能軸承級(jí)材料，以提供良好的載荷能力(相當(dāng)于滾珠襯套載,)和一個(gè)在0.05到0.25范圍內(nèi)的較低摩擦系數(shù)。襯套軸承可在具有荷能力的20能夠損傷密封嚴(yán)實(shí)的滾珠襯套的微粒的惡劣環(huán)境中平穩(wěn)運(yùn)行，也可在受到?jīng)_擊載荷損傷的滾珠軸承系統(tǒng)下正常工作。另一方面，滾珠循環(huán)噪聲可能會(huì)成為滾珠襯套或方形導(dǎo)軌軸承中的一個(gè)問題，但對(duì)于上述襯套軸承卻基本上不是問題。由于接觸面分布在一個(gè)較大的區(qū)域中，無需配有滾珠襯套的硬化鋼軸?？梢圆捎貌讳P鋼軸系，既適用于像半導(dǎo)體和醫(yī)藥行業(yè)所處的清潔環(huán)境，也適用于像食品加工行業(yè)所處的惡劣環(huán)境。3.6.3圓形導(dǎo)軌的支撐導(dǎo)軌單元支撐導(dǎo)軌單元由支撐軌，直線軸及開口型直線軸承箱式單元組成，圖3.10所示。支撐軌:支撐軌可在全行程上為軸提供最大的剛性，確保支撐導(dǎo)軌單元的正常工作，圖3.11所示。箱體:可與開口型直線軸承配合，在高負(fù)載或長(zhǎng)行程的場(chǎng)合，保證卓越的運(yùn)動(dòng)性能，圖3.12所示。以下為圓形導(dǎo)軌的支撐導(dǎo)軌單元的結(jié)構(gòu)圖和相關(guān)數(shù)據(jù)表:圖3.11支撐軌圖3.12箱體24圖3.13支撐導(dǎo)軌單元圖3.14導(dǎo)軌外形長(zhǎng)度表圖3.15支撐軌外形尺寸25圖3.16支撐導(dǎo)軌單元外形尺寸由表以上圖的外形尺寸數(shù)據(jù)可知:選取長(zhǎng)度L=940mm的導(dǎo)軌。根圓形導(dǎo)軌的支撐導(dǎo)軌單元的總質(zhì)量:m=(940x3.6/1000+0.3x0.05)x2=(3.384+0.015)x2=6.7986Kg即總重量G=mg=6.7986x9.8=66.6N其中兩箱體的總質(zhì)量m=0.3x0.05x2=0.030Kg即兩箱體的總重量G=mg=0.030x9.8=0.294N3.7導(dǎo)軌上工作臺(tái)的設(shè)計(jì)與計(jì)算兩圓行導(dǎo)軌間的連接我選用了厚度達(dá)3mm的鋁板，該鋁板長(zhǎng)225mm，寬69.75mm。圖3.17導(dǎo)軌工作臺(tái)簡(jiǎn)圖該鋁板一方面定位好了兩圓形導(dǎo)軌，使之能同步移動(dòng)，另一方面，鋁板也是豎直方向上的氣缸的定位結(jié)構(gòu)，與此同時(shí)，固定好的鋁板一端通過一結(jié)構(gòu)與水平方向上的氣壓缸連接，工作臺(tái)的具體的外型及尺寸在后面所附的圖紙中會(huì)指出。根據(jù)以上的數(shù)據(jù)，查資料可以得出鋁板的密度ρ=2.95g/cm3,可以粗略地估算出26工作臺(tái)的質(zhì)量為:m=225x69.75x3x2.95/1000=138.890gG=mg=138.890x0.001x9.8=1.361N3.8水平方向氣缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.8.1伸縮缸的概述上面的總體設(shè)計(jì)方案中已指出本課題機(jī)械手水平方向上的氣壓缸選擇具有雙行程的伸縮缸，接下來我先對(duì)這類伸縮缸進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的概述:(1)工程伸縮缸缸的基本型式伸縮缸兩種基本類型是單作用和雙作用型.單作用伸縮缸在壓同傳統(tǒng)的缸一樣,力油的作用下伸出,依靠重力或外部機(jī)械作用力縮回。單作用缸應(yīng)用在某種形式的作用力總是作用在缸上的場(chǎng)合。最基本的單作用伸縮應(yīng)用就是傾卸式卡車和傾卸式拖車。壓力油伸出伸縮缸以升起傾卸車的一端并卸除負(fù)載,當(dāng)解除壓力時(shí),傾卸車廂的重量將伸縮油缸中的油排出并縮回。雙作用伸縮缸兩個(gè)方向都由油壓作為動(dòng)力,它們可以使用在既給沒有重力又沒有外部機(jī)械作用力的應(yīng)用場(chǎng)合。它們非常好地適用于無嚴(yán)格定位且要求穩(wěn)固負(fù)載來回動(dòng)作的應(yīng)用場(chǎng)合。一個(gè)典型的應(yīng)用是垃圾壓實(shí)車的推鏟液壓缸。水平安裝的液壓缸推動(dòng)一塊平板壓縮負(fù)載，然后帶著平板縮回,以便添加更多的物料。不能借助于重力,所以使用雙作用缸。(2)軸承和密封每一伸縮級(jí)通過至少兩只軸承依次支撐在較大的伸縮段上。一只位于外直徑的底部或伸縮級(jí)的活塞端。另一只位于直徑的頂部或下一個(gè)較大伸縮級(jí)的填塞級(jí)。這兩個(gè)軸承之間的距離決定一級(jí)同下一級(jí)之間的重疊程度。一般而言,這個(gè)距離或重疊必須隨總行程的增加而增加,以抵抗由伸出級(jí)重量和負(fù)載引起的撓度。伸縮缸的密封設(shè)計(jì)有好幾種。最普通的一種是使用多重疊合的"V"形密封和/或帶現(xiàn)場(chǎng)模鑄的疊合唇整體式多唇密封件。這些密封件通過擋圈或卡環(huán)及壓緊螺母保持在適當(dāng)位置。每一級(jí)的內(nèi)圓面同套在里面的直徑小些的下一級(jí)外徑相互密封。這些密封的型式和位置各個(gè)油缸制造廠不同。密封型式也取決于其特殊功能。零泄漏,多唇柔性密封通常使用在主臂級(jí)和伸縮級(jí)密封部分的內(nèi)徑上。低泄漏硬性密封使用在雙作用伸縮缸的活塞端.這些活塞密封允許油缸在壓力下縮回.在某些單作用伸縮缸上使用另外止動(dòng)環(huán)的設(shè)計(jì),在活塞上使用柔性零泄漏密封,依次將更大的下一個(gè)伸縮級(jí)的全部?jī)?nèi)徑用作伸出力的有效面積。這些相同的密封將油容納在油缸中。油缸的上部通常使用柔性密封,此時(shí)包括一個(gè)導(dǎo)向支撐.該伸縮缸的上端和論使用何種型式的密封,都要使用防塵27密封組合,以防止污染物進(jìn)到油缸中。(3)伸縮缸的優(yōu)勢(shì)同傳統(tǒng)的活塞桿式缸比較,伸縮缸的最大優(yōu)點(diǎn)在于其能從一個(gè)緊湊的初始部件提供特別長(zhǎng)的行程。典型伸縮缸疊合后的長(zhǎng)度在其伸出長(zhǎng)度的20%和40%之間變化。所以,當(dāng)安裝空間受限制而應(yīng)用場(chǎng)合又需要長(zhǎng)行程時(shí),伸縮缸是理所當(dāng)然的解決方案。例如,自卸車為了完全傾卸,其車體需要傾斜60度。(4)伸縮缸的工作原理雙作用伸縮缸的正常伸出同單作用伸縮缸的方式一樣。雙作用伸縮缸的縮回通過將每個(gè)伸縮級(jí)的活塞面積外直徑同下一個(gè)較大級(jí)的內(nèi)側(cè)直徑密閉,并在每一個(gè)伸縮級(jí)中溝通導(dǎo)油孔來實(shí)現(xiàn)。伸縮級(jí)體上的導(dǎo)油孔正好位于伸縮段的活塞上方?？s回油口通常位于最小伸縮級(jí)的頂端。油液經(jīng)該油口進(jìn)入最小伸縮級(jí)。導(dǎo)油孔允許油進(jìn)入并作用在下一段內(nèi)徑和較小段內(nèi)徑之間的容腔中。該容腔產(chǎn)生力以移動(dòng)或縮回較小的伸縮級(jí)進(jìn)入較大的伸縮級(jí)。一且該級(jí)完全縮回,下一個(gè)較大一級(jí)的導(dǎo)油孔打開并允許油進(jìn)入以縮回.該縮回過程持續(xù)直到所有的伸縮級(jí)全部縮回到主臂級(jí)內(nèi)。每一段上的密封選擇區(qū)域保證壓力能夠工作。將縮回油口設(shè)置在最小級(jí)的頂端是設(shè)計(jì)雙作用伸縮缸最簡(jiǎn)單的方法,但是這種典型的油口布置需要布置軟管,軟管保護(hù)和軟管卷盤以傳遞油至伸縮級(jí)。為避免壓力油口在油缸全伸出時(shí)間隔太遠(yuǎn)。大多數(shù)雙作用伸縮缸設(shè)計(jì)時(shí)將兩個(gè)油口都布置在最小級(jí)或柱塞級(jí)上。油缸安裝使最小段或柱塞級(jí)固定,較大較重的伸縮級(jí)在油缸伸出時(shí)移動(dòng)。伸縮缸的結(jié)構(gòu)象望遠(yuǎn)鏡,DOM(拉出心軸)鋼管的直徑逐漸減小能夠一級(jí)套一級(jí)地相互套起來。直徑最大的一級(jí)稱做主臂或缸筒;直徑較小的伸縮級(jí)稱做伸縮臂。最小的一級(jí)也稱做柱塞。伸縮級(jí)的數(shù)量通常最大為6級(jí),理論上可以設(shè)計(jì)出更多級(jí)的缸,但其穩(wěn)性將要折衷。伸縮缸通常從最大的一級(jí)到最小的一段伸出。這意味著最大的一級(jí)將帶著套在其內(nèi)部的所有較小的級(jí)最先移動(dòng)。且在完全伸出后,下一級(jí)才開始移動(dòng)。該程序?qū)⒁徊揭徊降乩^續(xù)直到最小的一級(jí)完全伸出。相反在縮回時(shí),最小的一級(jí)將最先完全縮進(jìn)以后,下一級(jí)才開始移動(dòng),這將持續(xù)直到所有伸縮級(jí)回到主臂中。3.8.2氣壓缸類型的確定基于對(duì)以上液壓型的伸縮缸的介紹，我把他推想到氣壓型的伸縮缸，工作原理和液壓型的伸縮缸一樣，緊緊是兩伸縮缸所使用的動(dòng)力源不一樣而已，一個(gè)是液壓，一個(gè)是氣壓，再根據(jù)課題所給的數(shù)據(jù)可知，該氣壓缸在水平方向上要完成至少500mm遠(yuǎn)的行程，如果僅僅采用普通的氣缸，那該氣缸的內(nèi)缸長(zhǎng)度至少需要500mm長(zhǎng)，這樣28制造出來的氣缸要耗費(fèi)很大的人力和材料，吸盤的水平移動(dòng)是往復(fù)式的，為此，這里選用了雙作用雙行程的氣壓缸。3.8.3氣壓桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算由以上所計(jì)算的數(shù)據(jù)，可以粗略地計(jì)算出圓形導(dǎo)軌所承受的外力F=豎直方向運(yùn)箱體的重量+工作臺(tái)的重量+氣缸的重量動(dòng)的所有零件的總重量+即F=13.81+0.249+1.361+7.1=22.52N又直線導(dǎo)軌摩擦系數(shù)理論上在0.01至0.02之間，但實(shí)際應(yīng)用中由于安裝平行度，為消除間隙采取的預(yù)緊，回珠器曲線失真(在高速時(shí)體現(xiàn))，內(nèi)外滾道一致性等因素不可控性太強(qiáng)。常常大于理論值很多，這里我采用按照0.16核算。則水平方向氣缸所需提供的推力F’0.16F=0.16x22.52=3.603N,設(shè)氣缸的的半徑為R，按氣缸內(nèi)最小壓力(及標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)計(jì)算，2P=3.603NR,則23.14xRx101325=3.603即可求得R,3.4mm根據(jù)氣缸設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，取氣缸內(nèi)的活塞缸一直徑12mm，活塞缸二32mm,其中活塞桿二的桿壁厚度為5mm,氣缸筒的直徑為125mm，壁厚為10mm。其外形原理圖如下:圖3.18雙行程雙作用伸縮缸原理圖3.9伸縮缸與工作臺(tái)的連接設(shè)計(jì)與計(jì)算3.9.1伸縮缸的定位結(jié)構(gòu)該定位結(jié)構(gòu)為伸縮缸的耳座，主要是固定伸縮缸的位置，材料為Q235號(hào)鋼材，圖3.19中大孔為固定伸縮缸兩端的通孔，外有螺栓緊固，下面的小孔為耳座固定在支架上的通孔，大孔周圍的小孔通過螺栓連接在伸縮缸上，下面的小孔通過螺栓連29接將其固定于25mm寬角鋼支架上。圖3.19伸縮缸耳座3.9.2伸縮缸與工作臺(tái)的連接結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)與上圖中的耳座的作用差不多，不過該零件材料為鋁板。該零件的作用是連接好導(dǎo)軌工作平臺(tái)和伸縮缸的伸縮活塞，這樣伸縮活塞的推動(dòng)，會(huì)使導(dǎo)軌工作平臺(tái)產(chǎn)生同樣的行程運(yùn)動(dòng)，該定位連接件結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)肋比較長(zhǎng)，主要考慮到該結(jié)構(gòu)在受到伸縮缸推力的時(shí)候會(huì)發(fā)生彎曲變形，所以采用較長(zhǎng)的加強(qiáng)肋來消除因一端受力而發(fā)生變形的情況。下面，我將簡(jiǎn)單計(jì)算該結(jié)構(gòu)零件的受力情況。30圖3.20L型定位連接件如圖3.20定位連接件結(jié)構(gòu)圖所示，我可以把它看成是一根長(zhǎng)56mm，寬23mm，厚3mm的方形鋁板，一端固定，另一端在44.5mm處受力，鋁板的彈性模量E70GPa。,2Fa,則根據(jù)材料力學(xué)的受力分析可求得該結(jié)構(gòu)的撓度，由撓度公式(3L-a),,B6EI其中F=3.31N(伸縮氣缸推動(dòng)導(dǎo)軌平臺(tái)的最小推力)，L=56mm，a=44.5mm，厚h=4mm,寬A=23mm。2Fa,則撓度(3L-a),,B6EI293=-3.31x0.056x(3x0.056-0.0445)/[6x200x100.004x0.023/12]=-0.00128/9.2,-0.00014由該撓度的數(shù)據(jù)結(jié)果可知，該連接結(jié)構(gòu)零件完全符合條件。3.10機(jī)械手支架的設(shè)計(jì)與計(jì)算根據(jù)上面的方案設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)的支架選擇角鋼結(jié)構(gòu)。3.10.1角鋼的概述角鋼屬建造用碳素結(jié)構(gòu)鋼，是簡(jiǎn)單斷面的型鋼鋼材，主要用于金屬構(gòu)件及廠房的框架等。在使用中要求有較好的可焊性、塑性變形性能及一定的機(jī)械強(qiáng)度。主要分為等邊角鋼和不等邊角鋼兩類，其中不等邊角鋼又可分為不等邊等厚及不等邊不等厚兩種。角鋼的規(guī)格用邊長(zhǎng)和邊厚的尺寸表示。目前國(guó)產(chǎn)角鋼規(guī)格為,—,,號(hào)，以邊長(zhǎng)的厘米數(shù)為號(hào)數(shù)，同一號(hào)角鋼常有,—,種不同的邊厚。進(jìn)口角鋼標(biāo)明兩邊的實(shí)際尺寸及邊厚并注明相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。一般邊長(zhǎng),,.,c,以上的為大型角鋼，,,.,c,—,31c,之間的為中型角鋼，邊長(zhǎng),c,以下的為小型角鋼。3.10.2角鋼的設(shè)計(jì)與計(jì)算對(duì)水平導(dǎo)軌上的角鋼進(jìn)行受力校核:該機(jī)械手中水平角鋼總長(zhǎng)L=1190mm豎直角鋼高度1253mm彈性模量200GPa角鋼所受外力F=圓形導(dǎo)軌的支撐單元的總重量+圓形導(dǎo)軌所承受的外力E,=66.6+22.52=89.12N-84下面查表3.9中56mm寬的角鋼I=13.18x10cm。(1)當(dāng)豎直氣缸運(yùn)動(dòng)到角鋼中間位置時(shí)(水平角鋼中間處受到一下拉的力)3FL39-8由撓度公式=-89.12x1.19/48x200x10x13.18x10,,,48EI-0.000128,所以這種情況符合條件(2)當(dāng)豎直氣缸運(yùn)動(dòng)到不是中間位置時(shí)(假設(shè)b=2L/3)3FL39-8由撓度公式=-89.12x1.19/48x200x10x13.18x10,,,48EI,-0.000128同樣，該撓度結(jié)果也滿足條件。結(jié)論，水平角鋼發(fā)生極度微小的角度變形，可以忽略不計(jì)，所以整個(gè)機(jī)架結(jié)構(gòu)滿足要求。以下為該等邊角鋼結(jié)構(gòu)圖及規(guī)格數(shù)據(jù)圖表:3221角鋼的規(guī)格和外形尺寸表3.3.11機(jī)械手支架的定位設(shè)計(jì)與計(jì)算該定位結(jié)構(gòu)由兩部分組成。第一部分，取長(zhǎng)56mm的角鋼，即長(zhǎng)和寬都是56mm，該角鋼上兩面各有一個(gè)通孔，如下圖所示:圖3.14帶孔角鋼的外形結(jié)構(gòu)圖3.14中直徑為6mm的通孔是角鋼與角鋼之間的連接，通過M6的螺栓連接，讓長(zhǎng)度56mm的角鋼上具有直徑10mm的那一面水平朝下，并且該面和機(jī)械手整體支架的架腳角鋼形成輔助定位的效果，這樣通過螺栓固定好兩角鋼好，機(jī)械手整體支架的四個(gè)角就類似于每個(gè)角下端都固定了一塊中間帶直徑10mm孔的小平板。第二部分，該部分是帶孔角鋼與機(jī)床墊鐵的連接，選用墊鐵，是因?yàn)閴|鐵與本設(shè)計(jì)任務(wù)的情況很滿足，而且它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆卸方便。墊鐵可分為機(jī)床調(diào)整墊鐵，機(jī)床減震(防震)墊鐵，機(jī)床防震墊鐵。墊鐵是放于機(jī)械下面，支撐機(jī)械重量，據(jù)有減震，支撐的作用，常見的用于數(shù)控機(jī)床。墊鐵主要型號(hào):s78-10,s78-9,s78-7,s78-6。其中S78-10,S78-9,為減震可調(diào)墊鐵，s78-6為可調(diào)墊鐵，s78-7為減震墊鐵。減震橡膠有效的衰減機(jī)器自身的振動(dòng)，減少振動(dòng)力外傳，阻止振動(dòng)力的傳入，保證加工尺寸精度及質(zhì)量，控制建筑物結(jié)構(gòu)諧振傳播振動(dòng)力33和噪音。使粗、精加工各類機(jī)床組成生產(chǎn)單元，適應(yīng)物流技術(shù)的發(fā)展。安裝機(jī)床不需設(shè)置地腳螺栓與地面固定，良好的減振和相當(dāng)?shù)拇怪睋隙?，使機(jī)床穩(wěn)定于地面，節(jié)省安裝費(fèi)用，縮短安裝周期?？筛鶕?jù)生產(chǎn)隨時(shí)調(diào)換機(jī)床位置，消除二次安裝費(fèi)用，使機(jī)床樓上安裝成為可能。機(jī)床防震墊鐵使用方法也很簡(jiǎn)單，將所需墊鐵放入機(jī)床地腳孔下，穿入螺栓，旋至和承重盤接觸實(shí)，然后進(jìn)行機(jī)床水平調(diào)節(jié)(螺栓順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，機(jī)床升起);調(diào)好機(jī)床水平后，旋緊螺母，固定水平狀態(tài)。因?yàn)橄鹉z的蠕變現(xiàn)象，在墊鐵第一次使用時(shí)，兩星期以后調(diào)節(jié)一次機(jī)床水平。既于以上減震墊鐵的優(yōu)勢(shì)，我選擇了S78-5系列機(jī)床減震墊鐵，下圖3.22是我所選用墊鐵的外形結(jié)構(gòu):圖3.22S78-5系列的機(jī)床減震墊鐵圖3.23S78-5系列的機(jī)床減震墊鐵基本尺寸由圖3.23數(shù)據(jù)可知，單個(gè)減震墊鐵承載負(fù)載的能力為800N,本機(jī)械手中總共有四個(gè)角，所以總承受負(fù)載的能力為3200N，換算成重量的話M=3200/9.8=326.5Kg,足夠滿足所具有的重量，所以符合條件。344機(jī)械手的穩(wěn)定性分析機(jī)械手實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作:下降——停止——吸料——上升——停止——右移——停止——再下降——停止——松料——再上升——停止——左移(回到初始位置)，這樣就剛好實(shí)現(xiàn)物料輸送的一次全過程。4.1機(jī)械手上升、下降過程的穩(wěn)定性分析機(jī)械手的下降過程是由豎直方向上的氣缸完成的，氣缸的選用按照了國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)，而且所選的氣缸足夠提升起該密封墊零件，所以只要?dú)飧渍?，不?huì)出現(xiàn)中途卡斷現(xiàn)象。該氣缸的活塞桿連接吸盤的定位支架，并通過螺母固定，而支架上又通過螺母連接方式使六角雙頭螺栓固定在支架上。通過等徑三通接口的組合式氣動(dòng)管接頭，一端與六角雙頭螺栓連接，另一端與吸盤螺紋連接，還有一端與真空發(fā)生器通過來的氣管相連接，這樣下來，該部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)是環(huán)環(huán)相扣，穩(wěn)定性很高，安全性也相當(dāng)高。而且該結(jié)構(gòu)具有拆裝性，拆裝非常方便，萬哪個(gè)零件出了問題，可以及時(shí)方便的拆卸并安裝，減少經(jīng)濟(jì)損失。4.2機(jī)械手吸料過