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编号
06
机械类
自动
上下
机械手
设计
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编号机06，机械类、自动上下料机械手的设计,编号,06,机械类,自动,上下,机械手,设计
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自动上下料机械手的设计摘要随着科技的不断进步，工业加工水平也在不断地提高。作为工业加工中很重要的数控加工，在科技成产中扮演着越来越重要的角色。越来越多的人在学习数控技术，并且从事数控技术加工行业。从事数控行业人薪资待遇也越来越好。本次设计的就是数控车床的自动上下料结构。通过对机械设计制造及其自动化专业大学生活三年年的所学知识进行整合，针对机械手对于工业生产的作用，设计机械结构的重点问题做出了分析和整合，设计了数控车床行走机械手。行走机械手的移动范围大，结构刚性较好，可以实现高度定位。本次设计针对机械手的选择座，机械手臂，机械手爪等机械结构和控制系统做出来详细的设计。能够保证机械手能够模仿人手的一部分工作能力，本次设计要求机械手能够实现抓取零件，保证零件在行走过程中，运行平稳。本课题在设计的过程当中，阅读了大量的学习资料，结合老师的指导意见，才能够完成这次毕业设计。这个设计是我大学生活的结晶。我重视这次机械设计，在设计过程中，学习到了很多知识，如建模，二维图纸，控制原理等专业技能。关键词机械手，手柄结构，机械设计目录1绪论12工业机械手的设计方案221工业机械手的组成222上下料机械手的工作原理323规格参数的选择324设计路线与方案4241机械手的总体设计方案4242设计步骤4243研究方法和措施43机械手各部分的计算与分析531手部计算与分析5311滑槽杠杆式手部设计的基本要求5312手部的计算和分析532腕部计算与分析12321腕部设计的基本要求12322腕部回转力矩的计算13323腕部摆动油缸设计16324选键并校核强度1833臂部计算与分析18331臂部设计的基本要求18332手臂的设计计算2034机身计算与分析284液压系统设计2941液压系统总体设计2942液压元件的选择29421液压缸29422液压泵的选取要求及其具体选取31423选择液压控制阀的原则33I424选择液压辅助元件的要求335液压元件的保养与维修3751液压元件的安装3752液压系统的一般使用与维护3753一般技术安全事项376结论39参考文献40致谢41附录4201绪论本次设计做的事自动送料机械手装置，能够保证机械手能够模仿人手的一部分工作能力，本次设计要求机械手能够实现抓取零件，保证零件在行走过程中，运行平稳。这次的机械手装置可以满足数控车床的自动上料，下料的动作。因为数控车床加工的是简单的回转体零件，加工时间较短，一次次装夹零件和卸除零件，会浪费大量的加工时间，设计行走机械手可以代替员工完成繁重的劳动力。让产品的生成实现出机械化和自动化，并且还可以保证人身安全。行走机械装置有抓取部分，行走部分，控制部分组成。抓取部分是指在上料和卸料过程中与零件接触的部分，也可以手部，设计手部的设计可以根据无聊的大小，尺寸，重量，表面粗糙度要求等问题来设计。常见的手部箱子有夹持式，托盘式和磁铁吸附式等。行走机械手的行走部分，也可以称为驱动部分，他可以控制机械手部完成指定的动作，如旋转，摇摆，往复一定等动作。通过驱动部分可以控制机械手改变物流的形状和位置，这种控制零件升降，旋转等独立的运动方式，就成为机械手的自由度。自由度的是机械设计的关键参数，比如数控车床主轴旋转时时只有一个自由度运动，自由度越多，机械手的能力就越强，结构也就越复杂。本次设计的机械手有2个自由度控制机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。本次设计的任务是，自动上料机械手的改进，我充分考虑了设计要求之后，一设计具体要求为目标，充分考虑分析了各种上料机械手之后，选择了数控车床自动上料结构。以往的设计只有一个机械手，从上料到卸料需要往复行走两次。大大浪费了加工时间，和加工成本。我改良之后的数控车床自动上料机械手，一共有两个机械手控制部分，只要一个行走，就可以完成上料和下料的两次加工动作。不仅仅在满足了课题要求，在加工设计时将大学期间学到的机械设计，软件仿真等技术融会贯通。做出合格的机械设计。数控车床自动上料机械手涉及到的知识很多，其中有力学，机械学，计算机辅助制造，数控加工艺安排等内容。可以提现出大学期间的学习能力。12工业机械手的设计方案21工业机械手的组成在大工业生产的时代，常见的机械手接过有直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构，关节型结构四种。每种结构都有不同的特点和功能，分别介绍如下1直角坐标型直角坐标型的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的，如图21图21由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，所以，直角坐标机器人有可能2达到很高的位置精度（M级）。但是，这种直角坐标机器人的运动空间相对机器人的结构尺寸来讲，是比较小的。因此，为了实现一定的运动空间，直角坐标机器人的结构尺寸要比其他类型的机器人的结构尺寸大得多。直角坐标机器人的工作空间为一空间长方体。直角坐标机器人主要用于装配作业及搬运作业，直角坐标机器人有悬臂式，龙门式，天车式三种结构。2圆柱坐标机器人结构圆柱坐标机器人的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的，如图22图22这种机器人构造比较简单，精度还可以，常用于搬运作业。其工作空间是一个圆柱状的空间。3球坐标机器人结构球坐标机器人的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的，如图23。3这种机器人结构简单、成本较低，但精度不很高。主要应用于搬运作业。其工作空间是一个类球形的空间。4关节型机器人结构关节型机器人的空间运动是由三个回转运动实现的，如图24。关节型机器人动作灵活，结构紧凑，占地面积小。相对机器人本体尺寸，其工作空间比较大。此种机器人在工业中应用十分广泛，如焊接、喷漆、搬运、装配等作业，都广泛采用这种类型的机器人。工业机械手是由执行机构，驱动机构和控制部分所组成，各部分关系如下框图控制机构驱动机构执行机构位置检测装置电量工件图25工业机械手各部分关系图执行机构自动上料机械手的执行机构包括手部，腕部和臂部。（1）手部直接与工件接触的部分，一般是回转型或平移型。控制手部的机械结构有很多种，在市场上面可以见到的有滑槽杠杆式、连杆杠杆式、弹4簧式等。（2）腕部是联接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物体的方位。是自由度的主要控制部分，（3）臂部机械手的手臂和人的手臂是一样的，是支撑机械手腕和机械手指的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到给定位置。我设计的机械手臂有两个自由度，可以采用圆柱坐标结构形式，让机械手可以做出选择的动作。（4）行走机构在市场上很多车削加工中心和双主轴加工中心机床都会采用移动式上下料机械手，就是常见的行走机械手。驱动机构有气动，液动，电动和机械式四种形式。控制系统有点位控制和连续控制两种方式。机身它是整个工业机械手的基础。机械手功能（1）它能部分的代替人工操作；（2）它能按照生产工艺的要求遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；（3）它能操作必要的机具进行焊接和装配。22上下料机械手的工作原理上下料机械手是一种专用的工业机械手，其执行程序一般是固化好的，结构复杂一点的机械手可以在简单的编程之后完成其他动作，但是机械手的动作一般都是固定的，可以抓取和物流只能是一种或者是有限的几种材料。本次设计的数控车床自动上料机构可以在料槽中抓取加工材料，然后运到到固定的位置，将物料正确的放置在加工工位上，取出加工好的零件，然后返回指定的位置。上料时的装夹位置，放置位置都很重要，如果放置位置错误，就可能会产生加工精度不够，刀具磨损强烈。然后卸料时只需等到机床夹具张开时，将产品取走，在取走过程中，不能损坏零件的加工表面，因此机械手的每一个动作都很重要。要想自动上料机械手能够满足上述要求，就必须做到取料点到加工点的合5理定位。这些都是自动上料机的手臂来实现的。机械手爪必须完成两个规定动作，抓取物流和放下物流。可以通过两个机械手指的张开和闭合来实现机抓取动作，23规格参数的选择工业机械手的规格参数是说明机械手规格和性能的具体指标，一般包括以下几个方面（1）抓重（又称臂力）额定抓取重量或称额定负荷，单位为公斤，本次设计要求抓重为25KG。（2）自由度数目本次设计整机四个自由度，手臂三个自由度，手腕两个自由度。（3）定位方式有固定机械挡块，可调机械挡块，行程开关，电位器及其他各种位置设定和检测装置，本次设计选固定机械挡块定位。（4）驱动方式有气动，液动，电动和机械式四种形式，本次设计选择液压驱动。（5）手臂运动参数臂部上仰60度、下俯30度、回转220度。（6）手腕运动参数腕部回转顺逆各180度。（7）手指夹持范围和握力工件直径D100MM。（8）定位精度位置设定精度和重复定位精度。（9）轮廓尺寸长宽高（毫米）为44575223154595MM。24设计路线与方案241机械手的总体设计方案这次设计的是数控车床自动上下料机械手的设计，主要完成的机械手的结构设计以及简单的液压系统方面的简单混色机，本次设计对机械手的坐标形式、自由度、驱动机构等进行了确定。因此机械手的执行机构、驱动机构是本次设计的主要任务。242设计步骤（1）查阅相关资料；（2）确定研究技术路线与方案构思；（3）结构和运动学分析；6（4）根据所给技术参数进行计算；（5）按所给规格，范围，性能进行分析，强度和运动学校核；（6）绘制工作装配图草图；（7）绘制总图及零件图等；（8）总结问题进行分析和解决。243研究方法和措施使用现在机械设计方法和液压传动技术进行设计，采用关节式坐标（四个自由度，可以绕横，纵轴转动和上下左右摆动）。液压驱动的执行驱动是用油液的压力还执行的。可以连续控制机械手运动轨迹，能够提供较大的力，液压驱动结构简单，动作灵便，可以无极变速。如果油液泄露则不能继续工作。在选择液压驱动之前，一直要先选择密封装置，并且如果工作温度过低，液压油会结冰，如果温度过好，也不易使用液压工具。73机械手各部分的计算与分析31手部计算与分析自动上料的机械手指部分的设计，可以设计为夹持式和吸附式两个大类，夹持类的机械手指是最常见了，类似于老虎钳一样的装置，可以对物品完成夹持和固定的作用。机械手指的动作是有驱动系统控制传动系统，最后到达手指，完成装夹。夹持式的机械手指应用场合在轴类，套类零件居多。所以这种机器人在数控车床的加工中比较常见。图31手部示意图311滑槽杠杆式手部设计的基本要求（1）应具有适当的夹紧力和驱动力。（2）手指应具有一定的开闭范围。（3）保证手指装夹零件的位置精度（4）要求手指夹具力适中，不能伤害加工表面（5）应该考虑机械手指装夹的通用性312手部的计算和分析（1）手部受力分析8图32手部受力图1图33手部受力图2（2）手指尺寸初步设定由拉杆的力平衡条件112SINP0XFCOS1P2COS9得12P由得0MF1ABHNLCOSPBTGN又由工件的平均半径MM50237CPR初取V型手指的夹角2，MM，12OABL10CM53B，滑杆总长H170MM53CDLM（3）夹紧力计算又由于工件的直径不影响其轴心的位置即定位误差为零，手指水平位置夹取水平位置放置的工件。由参考文献2中表21查得N05G0525125KG（31）又因为（32）2COSBP当取最小值时，则增力比较大，手指走到最小行程时则有,MINOMIN30又因为（33）KGANCBP819S2IN2理（34）12KP理实取安全系数，工作情况系数,传动机构的机械效率15K25090KG实98手指夹紧时夹紧缸活塞移动范围L130MM，其动作时间T15S（由机械手的动作节拍时间得之），所以夹紧活塞移动得平均速度V为138675LVCMST10运动部件得总重估算G10KG夹紧力N与驱动力P的关系由于结构左右对称，在驱动力P的作用下，每一滑槽杠杆受力相等图34夹紧力与驱动力的关系图在不计摩擦力的情况下121COSP为夹紧状态得倾斜角50夹紧工件半径为50MM11389KG121COSP根据各力对回转支点的力矩平衡条件，同样在不计摩擦力的情况下,1O112COSCNBC为杠杆动力臂，即驱动销对滑槽杠杆作用力对支点的垂直距离。P1O又因为A50MMC15078COSOAM则NB112PP0578COSB11389724315BM当夹紧半径为25MM的工件时，0146217COS7A则NB121CSP21ONAPB2150CS543M（4）动作特性和传动特点定位到最大行程时，50MAXACOSL则取AXAX80SMAX130L又因为，,滑槽杠杆手指最大开闭角为MAX1COS2AX600MAXA12R滑槽倾斜角的变化范围可以为,可见机构传动比将在下列范6围内变化2ANBP014所以开始所初步取的A，B与均符合要求。（5）确定夹紧油缸外径D驱动杆行程与手指开闭范围关系分别为手指夹紧工件范围值时，滑槽相对于两支点连接的倾斜角。12121278LATGTM考虑到机构效率，传力比N/P的公式应力（35）21COSNPB09又因为G250N,夹紧力F500N,260则NFFWFS50F21式中工作负载即为重物重力250N。WFW导轨摩擦阻力负载，对于平导轨FFRNFG垂直于导轨的工作负载，0。RNRNF导轨摩擦系数，取静摩擦系数为02，动摩擦系数为01。，一般取00105S，时间内速度变化量AGVFGTTVT254239806AFN启动43FSAN稳态275FWF工作压力P的确定，工作压力根据负载大小及机器的类型来初步确定。参阅参考文献5中表375按载荷选择工作压力为1。AMP计算液压缸内径D和活塞杆直径D，由负载可知最大负载F为275N。根据液压系统设计手册表22取为05，为095，D/D为07。2ACM又因为（36）2112403CMFPDD根据参考文献8中表24，将液压缸内径圆整为标准系列直径D25MM,活13塞杆直径按D/D07及参考文献8中表25活塞直径系列取D18MM。按工作要求夹紧力为一个夹紧缸提供，考虑到夹紧力的稳定性。夹紧缸的工作压力应大于复位弹簧的弹力。又因为进油缸在有杆腔，则其有效工作面积220184ADDCM液压缸壁厚和外径计算（37）2YP为最大工作压力的15倍，15。YP1YAM材料为高强度铸铁，60AP325M143DM液压缸工作行程的确定，并参照参考文献8中表26中的系列尺寸选取标准值S100MM。缸盖厚度的确定一般液压缸为平底缸盖，其有效厚度T按强度要求计算。（38）2043YPTD7TM现取T20MM。活塞的宽度B一般取B0610D06D15MM夹紧缸弹簧的确定弹簧工作载荷F50N,最大轴直径,最小筒直径MAX18DMIN25D弹簧刚度0769FNKF查参考文献5中表3028圆柱螺旋压缩弹簧的尺寸及参数得材料直径D25MM,弹簧中径D25MM,节距P104MM,单圈弹簧工作极限载荷14下变形量为7075MM，单圈弹簧刚度。245NKM（39）AX38GDZPC10DC直径比，G弹簧材料的剪切弹性模量，钢材G，25810KGCMMAX10PN计算得Z110MM,则活塞缸总长L120MM。32腕部计算与分析321腕部设计的基本要求机械手的手腕和人的手腕是一样的，在手臂与手指之间，接下手臂的主要作用是传接手臂的动作或者直接控制手指的方位，达到扩大机械手工作范围的功能。手腕具有独立的自由度，此设计手腕有绕X轴转动和沿X轴左右摆动两个自由度。手腕回转运动机构为回转油缸，摆动也采用回转油缸。他的结构紧凑，灵活，自由度符合设计要求，它要求严格密封才能保证稳定的输出转矩。（1）腕部处于臂部的前端，它连同手部的动静载荷均由臂部承受。腕部的结构、重量和动力载荷直接影响着臂部的结构、重量和运动性能。因此在腕部设计时，必须力求结构紧凑，重量轻。（2）腕部作为机械手的执行机构，又承担联接和支承作用，除了保证力和运动的要求以及具有足够的强度和刚度外还应综合考虑合理布局腕部和手部的连接、腕部自由度的检测和位置检测、管线布置以及润滑、维修调整等问题。（3）腕部设计应充分估计环境对腕部的不良影响（如热膨胀，压力油的粘度和燃点，有关材料及电控电测元件的耐热性等问题）。腕部的结构如图35所示，它可做与手臂垂直方向（例如Y轴方向）横移，还可以绕Y轴或Z轴回转。15图35手腕运动示意图322腕部回转力矩的计算腕部回转时，需要克服以下几种阻力（1）腕部回转支承处的摩擦力矩M摩由静力学平衡方程求得（3摩12FRDKGFM10）式中D1、D2轴承直径MR1、R2轴承处支反力KGFMF轴承的摩擦系数，对于滚动轴承F001002为简化计算取M摩01总阻力矩工件重量（KGF）1G手部重量（KGF）2手腕转动件重量（KGF）3（2）克服由于重心偏置所引起的力矩1GM偏（KGF）（311）M偏1E式中E工件重心到手腕回转轴线的垂直距离（M）16（3）克服启动惯性，所需的力矩M惯启动过程近似等加速运动，根据手腕回转的角加速度及启动所用的角速度,起（3惯20175J工件12）式中工件对手腕回转轴线的转动惯量J工件2KGFMSJ手腕回转部分对手腕回转轴线的转动惯量手腕回转过程的角加速度秒启动过程所转过的角度（度）手腕回转所需要的驱动力矩应当等于上述三项之和M总偏摩惯因为手腕回转部分的转动惯量不是很大，手腕起动过程所产生的J工件转动力矩也不大，为了简化计算，可以将计算，适当放大，而省略掉偏M摩，这时M惯1总偏摩设手指，手指驱动油缸及回转油缸转动件为一个等效圆柱体，L50CM，直径D10CM，则M275KG。摩擦阻力矩01摩M总阻力矩设起动过程所转过的角度,等速转动角速度起2010S偏2175J工件查型钢表有（313）22034JMRKGFMS（314）22681LF工件代入256（NM）M惯170M偏01摩总阻力矩01265摩总阻力矩M26594KG0M确定转轴的最小尺寸（315）3T2D驱抗扭剖面模量,，TW0TW394102TD查得,，取转轴直径D40MM。60AMP15DM回转油缸所产生的驱动力矩计算回转油缸所产生的驱动力矩必须大于总的阻力矩，机械手的手腕回转M总运动所采用的单叶片回转油缸，其结构简图如图36所示，它的回转角小于360度。定片2与缸体1固连，动片3与输出轴4固连，当A,B口分别进出油时，动片带动输出轴回转达到手腕回转目的。图36叶片式摆动缸结构简图M（316）2RRPB（总18式中手腕回转总的阻力矩（NM）M总P回转油缸的工作压力R缸体内径半径（CM）R输出轴半径（CM）B动片宽度注可按外形要求或安装空间大小，先设定B,R,R中两个，取32BDD2D1525,取2又因为D40MM，则D80MM，B60MM去顶回转油缸工作压力2MPBRR总2294801KG/6CM由于系统工作压力远远大于此压力，因此回转油缸的工作压力足以克服摩擦力。323腕部摆动油缸设计M摩偏惯（317）偏离重心E的计算及偏图34腕部摆动油缸设计尺寸图19估计L45CM，126,45,ECMRCM297KG杆30CM12/E杆件杆件克服重心偏置所需的力矩6MGKGF偏克服摩擦所需力矩01CM摩克服运动惯性所需的力矩惯07654KGMJ杆2213/MLRE2S2551KGM件2E04558654KGMJ总2SJW/TM惯设W,05/S2O起00175/1283KGFM惯J总2W起则摆动所需的驱动力矩3214KGFMM摩偏惯确定转轴的最小直径（318）/TTW驱抗拒剖面摸量316TDM所需驱动力矩30M驱T取D50MM所以机械手的摆动采用单叶片回转油缸，定片与缸体固连，动片与转轴固连，当两油口分别进出油时，动片带动转轴转动达到腕部摆动目的。2PBRRM总20又因为1525,DD2BD取2，3所以D50MM，所以D100MM，B75MM确定回转油缸工作压力221058/MPKGCMBRR总由于系统工作压力远远大于此压力，因此该缸的工作压力足以克服摩擦力324选键并校核强度转轴直径D40MM,由参考文献5中GB109579选键为BH128键校核如下公式2T/KLD（319）P310PK接触面的高度K04H04832MM3224MPAPP转轴直径D50MM,由参考文献5中GB109579选键为BH2010K04H04104MM13208MPAPP取接方式静连接，轻微冲击，查得100AP所以满足要求33臂部计算与分析331臂部设计的基本要求机械手的手柄是机械手运动中的主要执行部件，它的作用就是连接手腕和手指，为二者的运动提供必要条件。机械手臂部运动的目的可以把机械手指在工作空间内送到任意一点。因此，臂部具有三个自由度才能满足基本要求即手臂绕横轴旋转，左右回转和俯仰运动。手臂的各种运动由油缸驱动和各种传动机构来实现，从背部的受力情况分析，它在工作中既直接承受腕部，手部和工件的静动载荷，而且自身运21动又较多，故受力复杂。因而，它的结构，工作范围，灵活性以及抓重大小和定位精度等都直接影响机械手的工作性能。机身是固定的，它直接承受和传动手臂的部件，实现机械手臂的运动力。实臂部要实现所要求的运动，需满足下列各项基本要求（1）机械手臂式机身的承载机械手臂式机身的承载能力，取决于其刚度，结构上采用水平悬伸梁形式。显然，伸缩臂杆的悬伸长度愈大，则刚度逾差，而且其刚度随支臂杆的伸缩不断变化，对于机械手的运动性能，位置精度和负荷能力等影响很大。为可提高刚度，尽量缩短臂杆的悬伸长度，还应注意根据受力情况，合理选择截面形状和轮廓尺寸臂部和机身既受弯曲（而且不仅是一个方向的弯曲）也受扭转，应选用抗弯和抗扭刚度较高的截面形状。所以机械手常用工字钢或槽钢作为支撑板，这样既提高了手臂的刚度，又大大减轻了手臂的自重，而且空心的内部还可以布置驱动装置，传动机构以及管道，有利于结构的紧凑，外形整齐。高支承刚度和选择支承间的距离臂部和机身的变形量不仅与本身刚度有关，而且同支撑的刚度和支撑件间距离有很大关系，要提高刚度，除从支座的结构形状，底板的刚度以及支座与底版的连接刚度等方面考虑外，特别注意提高配合面间的接触刚度。合理布置作用力的位置和方向在结构设计时，应结合具体受力情况，设法使各作用力的变形相互抵消。A）设计臂部时，元件越多，间隙越大，刚性就越低，因此应尽可能使结构简单，要全面分析各尺寸链，在要求高的部位合理，确定调整补偿环节，以及减少重要不见的间隙，从而提高刚度。B）水平放置的手臂，要增加导向杆的刚度，同时提高其配合精度和相对位置精度，使导向杆承受部分或者大部分自重。C）提高活塞和刚体内径配合精度，以提高手臂俯仰的刚度。（2）臂部运动速度要高，惯性要小机械手臂的运动速度是机械手的主要参数之一，它能够反映出机械手的设计水平，以及在工作时的生成效率。一般情况下，手臂的运动要求能够均速运22动，但是机械手臂的起始力和终止力，运动力的出现出现可以会对机械手装置产生冲击。在设计时应该满足机械手臂的处速度和终止速度不能太大，不然会产品抖动。对于告诉运动的机械手，其最大移动速度设计在10001500MM/S，最大回转角速度设计在内，在大部分行程距离上平均移动速度为1000MM/S内，平180/OS均回转角速度为内。9为减少转动惯量的措施减少机械手臂的自身重量，可以采用轻质量的材料。减少手臂运动件的尺寸轮廓。减少回转半径，在安排机械手动作顺序时，先缩后回转（或先回转后伸），尽可能在前伸位置下进行回转动作，并且驱动系统中设有缓冲装置。（3）手臂动作应灵活手臂的灵活性增加，就意味着手臂的摩擦性能减少，位于悬臂式机械手而言，应该对传动件，定位件，导向件合理布局，保证机械手臂在运动的平衡能力，减少对于支持轴线的偏心力矩，特别要注意防止在运动过程中出现自锁。为此，必须计算使之满足不自锁的条件。计算零件重量，可分解为规则的体形进行计算。计算零件重心位置，求出重心至回转轴线的距离。求重心位置并计算偏重力臂（320）NLIG1G2臂腕爪总（321）NLIILI122X臂腕爪臂腕爪计算偏重力矩（322）N1IGMX总偏23（4）位置精度要高在设计时，要保证机械手的位置精度，不论选择哪一个形式的机械手，都应该按照机械设计手册的规定，设计正确的控制系统，在装配时正确的啮合齿轮，减少或者消除传动。在保证精度的同时，还要保证机械手的互换性和通用性，至少能够保证机械手可以满足车床类的任意零件的抓取。332手臂的设计计算通常先进行粗略的估算，根据运动参数初步确定有关机构的主要尺寸，在进行校核计算，修正设计。为了便于进行液压机械手的设计计算，分别对俯仰缸回转油缸的设计叙述如下（1）小臂设计设小臂L40CM,D60CM则M2230547102RLPKG079KG回则手臂总重2979K总俯仰缸的设计计算设，76AMB16CM当手臂处在仰角为的位置时，驱动力P通过连杆机构产生的驱动力1OA矩为1COSMB驱因为1DBCTG又因为MAOBCDA1560COS760COS11A41IN0，1TG25431OCSMPB驱24P（323）24DP封背P油缸的工作压力（）2/KGCMD油缸内径（CM）活塞缸与缸径，活塞杆与端差的密封装置处的摩擦阻力（KG）封通油箱，0P背背105903KG取10600KG106000860356601KGCMM驱COS360当手臂处在俯角为的位置时，驱动力P通过连杆机构产生的驱动力22OA2PBCS驱（）因为21ECTG,22COS9AEBOB,1C2INAB所以122S15IOATGB则COS530976MPBKGCM驱当手臂处在水平位置即为驱动力矩时OACS15OKC驱因为,由于手臂与支柱连轴有振动轴承，摩擦力矩较驱惯偏摩小0,所以M摩M驱惯偏验证油缸是否满足要求，满足上仰条件，出于时1251SINMPCB驱1OBTG16035O005OS6SINOTG1134KGF选取07，所以DD1APMP226644130910DD2605DD0053M整理得到D63MM，则D45MM。液压缸壁和外径计算（324）2YPD15630M1AYPMP材料为高强度铸铁，60A126357DM液压缸为平底缸差，其厚度T按强度要求计算无孔时（32041536670YPM25）取T3MM液压缸工作行程的确定由得S16MM12ABS26由参考文献8中表26的系列尺寸查得S25CM则活塞杆L30CM活塞杆的稳定性校核，活塞杆由45钢制成。杆长300MM，D45MM,最大压力P1134N,设稳定安全系数为，89STSNASMP350APP280。AGPE210将上面参数带入式中求得22916108PE活塞杆两端可简化为铰支座，故，活塞杆横截面为圆形I,故为4D34012675LI因为，故不能用欧拉公式计算,使用直线公式，由参考文献5中表1101查得461258AAMPB可得66203142S329451065KWAABPAN而P1134N，活塞杆的工作安全系数为N，所以满足要1MAXCNSTPN求。（2）油缸端盖的连接方式及强度计算为保证连接的紧密性，必须规定螺钉的间距，进而决定螺钉的数目。缸1T的一端为缸体与缸盖铸造成一体，另一端缸体与缸盖采用螺钉连接。缸盖螺钉的计算为保证连接的紧密性，必须规定螺钉的间距，进而决定螺钉的数目，在1T这种连接中，每个螺钉在危险剖面上承受的拉力为工作载荷Q和预进力0之和。OQ270SS（326）20436795DPKGFZ式中P驱动力KGFP工作压力KGF/2CMZ螺钉数目，取8预紧力KGFSK，K1518S螺钉的强度条件为（327）212134690/4OQKGFCMDD合11式中13计算载荷（KGF）1QO抗拉许用应力SN2/KGFCM，螺纹内径（CM）251D表31常用螺钉材料的流动极限2/KGFCM钢号10A2A3354540CRS2100220024003200360065009000缸体螺纹计算（328）1021014KQDDCM合式中，0SS58KP28,D油缸内径24PP考虑螺纹拉应力和扭应力合成作用系数取131K1K（3）大臂回转缸的设计驱动手臂回转的力矩21MLP驱回惯封封封封封20DKD输出轴与缸差密封处的直径（CM）L密封的有效长度（CM）“O”形密封圈的截面直径（CM）0D“O”形圈在装配时压缩率，对于回转运动，K003035K摩擦系数P回转轴缸的工作压力（KG/）2CM选取05，B10CM,P80KG/,设6MM，1B若,则取152DD2,DD，取，B3则，D14CM03,672CMD选用O型橡胶密封圈S58型，47MM，则0D24725015LC1869MLKGCM封动片侧面与缸盖密封处的摩擦阻力距封侧22148DDFLDP封侧21065019LKCM29M封侧22110947805139688LDDPKGCM53KG封径0WJCT惯回转缸动片的角速度变化量，在启动过程中（弧度/秒）WW启动过程时间T手臂回转部件，对回转轴的轻功惯量（）0J2KGCMS若手臂回转零件的重心与回转轴的距离为，则20CGJP回转零件对重心轴线的转动惯量CJ22222154913700763CMMJLRLKGS工件手臂回（）6492（）0JCM设角速度，启动时间4/OWS1TS40692754MKGCM惯（329）2DDBP2回回回（D）取02P16（）P回KGCM2106471602MKGCM回17604539598驱由内径公式302288170515MDDDBPCM驱基本满足要求，则D16CM，D8CM。（4）缸盖连接螺钉和动片连接螺钉计算螺钉的强度条件为或（取8MM）（32134JQD14065JQCM1D30）式中螺钉的内径（CM）1D计算载荷（KGF）JQ螺钉材料作用拉应力34机身计算与分析机身是连接部分，也是支撑部分，主要作用是保证传动手臂完成规定动作。如果手臂的动作越多，机身的受力就越大，因此对于机身的材料选择非常重要机身既可以是固定的，也可以是行走的，即可以沿地面或架空轨道运动。此次设计机身为地面轨道运动式。它的驱动系统是步进电机其型号为Y132S8功率22KW转速710R/MIN，再电动机后接了一个圆锥圆柱齿轮减速器其输出速度为12M/S。在后是一个制动箱。其主要参数是由外部计算机调整和控制，在很大程度上是由运动学和轨迹运动而去编制小车的运行程序。由以上对机身的分析和前面的计算完成机身结构图见附录。由以上对机械手各执行机构的分析与计算，完成机械手总装配图见附录。314液压系统设计41液压系统总体设计本次设计的机械手是以PLC来控制整个液压元件，通过控制液压缸的电磁换向阀而实现机械手各个关节的运动。至于机械手在空间的运动和定位则由外部的电脑操作系统完成，它主要先进行机器手的运动学分析，动力学分析，轨迹规划和编程。从而由上述系统完成整个机械手在空间的行走，定位和重复定位等操作。1换向回路的选择夹紧缸换向选用二位三通阀，其他缸全部选用B型的三位四通电磁换向阀。选用B型电磁阀便于微机控制，选中位为O型是使定位准确。2调速方案的选择本系统是功率较小的，故选简单的进油路节流阀调速。3缓冲回路的选择选用二位三通阀加入油路，便于微机控制，提高自动化程度。4系统的安全可靠性的选择为防止伸缩缸在仰起一定角度后的自由下滑，都采用单向顺序阀来平衡。为保证夹紧缸夹持工件的可靠性选用液控单向阀保压和锁紧。42液压元件的选择421液压缸32根据前面设计好的各种液压缸的参数。（1）活塞缸已知参数（包括设计出的参数）,IIIDDFTU表示第几个缸的参数I无杆腔进油（42/4IIIIIIPTFDQV1）有杆腔进油（42）2/4IIIIIIIIPTFDDQV（43）IIINTT（2）摆动缸已知参数,IIIIDDMTWB（44）2/8IIIIPTDD（45）2IIIIQTWT（46）IIINT注意已知参数中在前面设计中不够明确时，则要进行,IIIIFTVM分析。单作用弹簧复位的夹紧缸；25MM，18MMIDID867CM/SNF235471V注意为尚未夹持工件的时间。1T33手腕回转缸80MM，40MM，60MM2D2D2B3142965TMNTMSW02手腕摆动缸3143218TMN350/OS手臂回转缸160MM,80MM,120MM4D4D4B3117464TMNM40/OWS注意忽略角加速度和角减速度的影响手臂仰俯活塞缸63MM，45MM5D5DV5CM/S051345TNF（3）估算流量夹紧缸。18672/MIN4QL手腕回转缸23674/I0BDDW手腕摆动缸23/85/INL手臂回转缸41296MQBD手臂仰俯活塞缸253/I4VDL422液压泵的选取要求及其具体选取（1）计算液压泵的工作压力泵的工作压力是所有液压缸中工作压力最大者与管道压力损失之和。即（47）MAXSIP34管道和各类阀的全部压力损失之和。P可先估计，一般取（58）P510AP（2）计算液压泵的流量MAXPIQKQ式中K泄露折算系数，一般，K1115（3）选择液压泵的规格参照设计手册或产品样本，选取其额定压力比高2560，其流量与SP上述计算一致的液压泵。（4）计算功率，选用电动机按工况图，找出所有缸NT图中最高功率点的对应的（计算值）MAXNS和泵额定流量的乘积，然后除以泵的总效率P（48）SPPQN电确定液压泵的流量压力和选择泵的规格，泵的工作压力的确定。考虑到正常工作中进油路有一定的压力损失，所以，泵的工作压力为PIP液压泵的最高工作压力；PP执行元件的最高工作压力I进油管路中的压力损失，初算时，简单系统可取0205，AMP05，45055PAMPAMP上述计算所得的是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡，阶段出现的动态压力往往超过静态压力。另外考虑到，一定的压力储备量并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力应满足NP1256NPP125PAM泵流量的确定液压泵的最大流量应为35（49）MAXPLQK式中液压泵的最大流量PQ同时工作的各执行元件所需流量之和的最大值。如果这时溢流MAX阀正进行工作，尚需加溢流阀的最小溢流量23L/MIN系统泄漏系数，一般取1113，现取12LKLKLKPQ18096/MINL选择液压泵的规格。根据以上算得和，再查阅有关手册，现选用PPQYB80BI双联叶片泵，该泵的基本参数为每转排量10194ML/R泵的额定压力105；电动机转速；容积效率；总效率NPAM150/INBNR085R。07与液压泵匹配的电动机的选定。首先分别计算出不同工况时的功率，取它们之间的最大值作为选取电动机规格的依据。由于在速度较小时，泵输出的流量减小，泵的效率急剧下降，一般当流量在021L/MIN范围内时，可取003014。同时，应注意到，为了使所选择的电动机在经过泵的流量特性曲线最大功率点时，不致停车，需进行验算，即（410）2NPNPQ泵的工作压力P24525/NCM157WCQHKKY电式中余量系数，取K105K泵出油量Q油头H主管损失油头泵的功率Y36传动效率直接传递为1CY选电机104,2K,430YLNWNRPM423选择液压控制阀的原则按控制阀的额定流量大于系统最高工作压力和通过该阀的最大流量原则424选择液压辅助元件的要求（1）滤油器按泵的最大流量选取流量略大些的滤油器，滤油精度在为网式或线10M段式滤油器即可。（2）油管和管接头的通径与阀一致来选取。（3）油箱容积Q50QP注意QP单位若为L/MIN时，V的单位为3DMQP单位若为时，V的单位为3/MIN液压元件的选择单向压力补偿调速阀QI63B，QI130B，QI23B单向阀I25减压阀I10单向顺序阀XI160B二位三通电磁阀23D10B，23D50B，23D100B二位四通电磁阀24D25B，34DY63B，34S160B线隙式滤油器XUB32775XU133750压力表Y60确定管道尺寸时本系统主油路流量Q160L/MIN，压油管的允许流速为V4M/S，则内径D464629MM/QV160/4夹紧油路D11MM手腕回转油路D18MM手腕摆动油路D18MM手腕回转油路D26MM37手腕仰俯油路D28MM液压油箱的设计液压油箱的作用是储存液压油，分离液压油中的杂质和空气，同时起到分散的作用。A液压油箱有效容积的确定液压油箱在不同的工作条件下，影响散热的条件很多，通常按压力范围来考虑。液压油箱的有效容量V可概略地确定为在中低压系统中（P），63AMP可取V（57）。PQV3696576，故V576LPQ式中V液压油箱有效容量；液压泵额定流
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