凸轮轴自动生产线机械手设计-横移油缸设计（液压）（全套含CAD图纸）
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包含有 纸和说明书 ,咨询 科毕业设计（论文） 题 目 凸轮轴自动生产线机械手设计 横移油缸设计 姓 名 专 业 学 号 指导教师 郑州科技学院电气工程学院 二一六年四月 凸轮轴自动线机械手 (液压） I 摘 要 机械手是在在机械化、自动化生产过程中发展的一种新型装置 ,使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置。机 械手能代替人类、重复枯燥完成危险工作，提高劳动生产力 ,减轻人劳动强度。 该装置涵盖了位置控制技术可编程控制技 术 、 检测技术等 。 本课题拟开发的物料液压机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样 ， 根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数 ,可代替人工在高温危险区进行作业 ，。 关键词： 机械手 , 液压机械 手，提升凸轮轴自动线机械手 (液压） he is a in of a of to do of of of to be up in to to of in 轮轴自动线机械手 (液压） 录 摘 要 . I . 录 . 1 章 绪论 . 1 题背景及目的 . 1 课题研究的目的和意义 . 1 压机械手概念 . 2 内液压机械手的研究 . 2 第 2 章 凸轮轴自动生产线机械手设计要求与方案 . 4 计要求 . 4 本设计思路 . 4 统分析 . 4 体设计框图 . 5 压机械手的基本参数 . 5 压机械手结 构设计 . 6 械手材料的选择 . 6 械臂的运动方式 . 6 压机械手驱动方式的选择 . 7 作要求分析 . 7 压机械手结构及驱动系统选型 . 8 第 3 章 凸轮轴自动生产线机械手机械部分的设计 . 9 部结构 . 9 执行器的要求 . 9 爪的分类和选取 . 9 械手手爪设计计算 . 9 爪的力学分析 . 10 紧力及驱动力的计算 . 11 凸轮轴自动线机械手 (液压） 紧液缸的设计 . 11 要尺寸的确定 . 11 爪夹持范围计算 . 13 械手手爪夹持精度的分析计算 . 14 簧的设计计算 . 15 降方向设计计算 . 18 步确系 统压力 . 18 降液压缸计算 . 18 塞杆的计算校核 . 20 压缸工作行程的确定 . 22 塞的设计 . 22 向套的设计与计算 . 22 盖和缸底的计算校核 . 23 体长度的确定 . 24 冲装置的设计 . 24 压缸的选型 . 24 平方向设计计算 . 26 平方向计算 . 26 压缸的选型 . 27 身结构的设计校核 . 28 柱的设计与校核 . 28 压机械手的定位及平稳性确定 . 30 用的定位方式 . 30 响平稳性和定位精度的因素 . 30 压机械手运动的缓冲装置 . 31 元件选取及工作原理 . 32 液压源装置 . 32 执行元件 . 33 控制元 件 . 33 凸轮轴自动线机械手 (液压） V 辅助元件 . 35 回路的工作原理 . 35 总结 . 39 参考文献 . 40 致 谢 . 41 凸轮轴自动线机械手 (液压） 1 第 1 章 绪论 题背景及目的 由于现代科学技术的发展，在工业生产和日常生活中，液压机械手技术得到了广泛的应用。智能型液压机械手的研究是近年来科学家同意致力的方向。式液压机械手的人体模型，它可以模拟各 种人类行为和人类的外部特征。未来的液压机械手的管家将不是梦想。 根据不同的液压机械手的结构，液压机械手可以分为各种各样的。轮式移动机械手，履带式液压机械手，机械手，行走液压机械手等。值得一提的是，行走液压机械手，他是近年来类机的一个重要研究成果。移动它最喜欢的动物甚至人类交谈。这是一个非常复杂的自动化程度很高的运动。与传统的轮式和履带式液压机械手相比，对环境的适应性。在工作空间很小，在崎岖的道路上，楼梯等。不久的将来，这项技术将被广泛使用。 在研究中，液压机械的生产，对液压机械手设计的计算机模拟中的应用是一 个非常重要的过程。包括零件建模，装配液压机械手的仿真，与运动仿真。通过仿真，设计师可以观察各机构的运动非常直观，知道没有干扰；可以了解各部件的受力，不同的模拟数据。该方法大大降低了开发时间和成本。 在学校的毕业设计是机械设计制造及其自动化专业学习的最后一个环节，学习在大学四年的继续深化和检验，具有实践性和综合性，是不是一个单一的其他替代方案，通过毕业设计可以提高综合能力的培养，是要去上班，提高实际工作能力起着非常重要的作用。为了实现以下目标： （ 1）的基本理论，基本知识和基本技能的综合运用，提高分析和解决实 际问题的能力。 （ 2）接受全面的培训工程师必须，提高实际工作能力。为调查研究，文献和数据收集和分析能力；设计和开发测试计划能力；设计，计算和绘图能力的提高；总结和撰写论文的能力。 （ 3）综合素质和实践能力的测试。 课题研究的目的和意义 通过对设计使我们得到对所学相关课程的综合训练；传统夹紧机构对加工时的干凸轮轴自动线机械手 (液压） 2 涉太大，对生产量影响较大，设计一款新的夹紧机构，使得加工时间缩短，加工精度得到保证，生产量得到提高。 压机械手概念 目前，工业机械手的概念，世界是不统一，分类是不一样的。 国际标准化联合国最近采用了美国机械手协会定义了工业机械手的组织：工业机械手是一种可编程的多功能操作装置，可以改变行动计划，完成各种工作，主要用于材料处理，工件传送。 液压机械手（机械手）是一台自动执行工作。它是一个产品的控制理论，先进的集成机械电子，计算机，材料和仿生。在工业，医学，农业，建筑业甚至军事等领域中均有重要的应用。 液压机械手是一种有代表性的，机械的和电子控制系统，自动化程度高的生产工具，在近 50 年的发展。在制造业中，液压工业机械手技术已经得到了广泛的应用。这是一个高的自动化程度，改善劳动条件， 保证产品质量和提高工作效率，发挥了非常重要的作用。可以说，他是现代工业的技术革命。 执行系统一般包括手，腕，臂，底座，一个主要的运动系统。 主要由液压机械手执行系统，驱动系统和控制系统三部分。 手抓（或吸附，控股）和松开工件或工具的部分，由手指（或吸收），驱动元件和驱动元件。 内液压机械手的研究 工业液压机械手的应用在日本有着悠久的历史。在七十年代当工业液压操纵器，然后经过十年的发展，已在工业液压机械手八十年代流行。他们的年工业产值迅速增加。1980达到一千亿日元， 1990至六千亿日元。在 2004达到了一兆和八千五百亿日元。这表明工业液压机械手在提高生产效率的重要性。 在国际上，各个国家都实现了工业液压机械手的重要性。因此，工业液压机械手订单锐减。相比于 2003 2002 百分之十的增长的订单。然后工业液压机械手的需求量仍在上升。从 2001到 2006，超过 90000的全球经济增长中的订单。 7%的平均年增长率。 国际工业液压机械手的发展方向： 液压机械手涉及多学科、多领域的知识。包括：计算机，电子，控制，人工智能，传感器，通信和网络，控制，机械等。液压机械手的发展离不开主题。正是由于各学科凸轮轴自动线机械手 (液压） 3 整合的相互作用 ，创建一个自动化程度高，其。随着科学技术的进步，在液压机械手的应用范围越来越广泛；技术越来越高，功能更强大。它是液压机械手的研究向小型化发展。液压机械手将更多地进入人们的日常生活。总的发展趋势是模块化，标准化，智能化。 广泛应用于工业液压机械手，以提高质量和生产力，产品安全人员安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高生产效率，节约原材料的消耗，降低了生产成本，具有非常重要的作用。广泛应用于工业液压机械手的以人为本的原则，它的出现使人们的生活更方便、美好。 液压机械手工业是一个大型高新技术工业计算机，后车。现代军 事工业，液压机械发展的市场前景是非常好的。从第二十世纪起，液压机械行业的稳步增长。在第二十世纪九十年代，液压机械产品的开发和快速增长，年均增长率超过百分之十。在2004 到百分之二十的记录。亚洲液压机械手的更多需求，年增长率高达百分之四十三。经过 40 年的发展，应用工业液压机械手的许多领域。生产中使用最广泛的液压机械手。如制造焊接，热处理，表面涂层，加工，装配，测试和仓库，毛（冲压，压铸，锻坯等）等操作，代替人工操作的液压机械手，极大地提高了生产效率。 凸轮轴自动线机械手 (液压） 4 第 2 章 凸轮轴自动生产线机械手设计要求与方案 计要求 用于凸轮轴自动生产线上，完成淬火前所有加工工序，用于完成零件的上下料及工序间的输送等工作。凸轮轴加工自动生产线上共需 7 个机械手：第 1 只为上料机械手 2，它能做前后移动和升降运动，是单独传动的。其余 6 只为送料机械手 3，其结构完全相同。这 6 只机械手能做前后、升降和横移运动。 设计参数 抓取重量 5 公斤 自由度数 3 个 座标型式 直角座标，悬挂式 手臂运动参数： 前后移动行程 1500 动速度 50000 工作压力 p/7 （ 2）液缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定 可由下式推算出液压缸的内径 D： 224F D d p实 际（ 3 624 4 1 8 0 0 . 0 2 7 60 . 4 1 0 0 . 7 51 0 . 5FD p 实 际预设活塞杆直径 d=缸工作压力 P=据机械设计手册液压传动分册取液压缸内径为： D=32 可以得出活塞杆内径为 : d=2 6取 d=14 （ 3）缸筒壁厚和外径的设计 缸筒直接承受压缩空液压力，必须有一定厚度。一般液缸缸筒壁厚与内径之比小 于或等于 1/10，其壁厚可按薄壁筒公式计算 : / 2 （ 3 式中， 缸筒壁厚， ( D 液缸内径， ( 液缸试验压力，一般取 p 液缸工作压力 （ ； 缸筒材料许用应力（ 本设计手爪夹紧液缸缸筒材料采用为 :铝合金 =3入己知数据，则壁厚为 : / 2 凸轮轴自动线机械手 (液压） 13 3 6 63 2 1 0 1 . 5 0 . 4 1 0 / ( 2 3 1 0 )2 . 4 ( ) 取 3 ，则缸筒外径为 : 1 3 2 3 2 3 8 ( )D m m （ 4）手部活塞杆行程长 活塞杆的位移量 S 1 0 t g 3 5 1 0 t g 5 6 . 1 2 7 （ 3 液缸的活塞行程与其使用场合及工作机构的行程比有关。多数情况下不应使用满行程，以免活塞与缸盖相碰撞，尤其用于夹紧等机构。为保证夹紧效果，必须按计算行程多加 0 的行程余量 11。 6 . 1 2 0 2 6 . 1l m m （ 3 故液压传动手册圆整为 27l 。 （ 5）手爪部分总质量估算： 手 爪 气 缸 零 件（ 3 其中：手爪部分和活塞杆材料采用 45钢，缸筒和端盖连接材料采用铝合金 相关手册 可得， 45号钢密度为 337 1 0 k g /m ； 密度为 332 1 0 k g /m 。 手爪部分总质量约为 ： m 0 . 0 3 1 4 1 . 2 1 2 . 2 3 1 4 k g 爪夹持范围计算 为了保证手爪张开角为 060 ，活塞杆运动长度为 27 （ a）手爪最小夹持半径 （ b）手爪最大夹持半径 图 3爪张开示意图 手爪夹持范围的计算，手指长 30手抓没有张开角的时候，如图 3a） 所示，根据机构设计，它的最小夹持半径1R=10，当张开 060 时，如图 3b） 12所示，最 大 夹 持 半 径 2R 计 算 如 下 ：凸轮轴自动线机械手 (液压） 14 002 3 0 3 0 1 0 c o s 3 0 2 6 m mR t g 机械手的夹持半径从 10 26 械手手爪夹持精度的分析计算 机械手的精度设计要求工件定位准确 ,抓取精度高 ,重复定位精度和运动稳定性好 ,并有足够的抓取能力。 机械手能否准确夹持工件，把工件送到指定位置，不仅取决于机械手的定位精度（由臂部和腕部等运动部件来决定），而且也于机械手夹持误差大小有关。特别是在多品种的中、小批量生产中，为了适应工件尺寸在一定范围内变化，一定要进行机械手的夹持误差计算。 凸轮轴自动线机械手 (液压） 15 图 3爪夹持误差分析示意图 该设计以棒料来分析机械 手的夹持误差精度。 机械手的夹持范围为 106 一般夹持误差不超过 1析如下： 工件的平均半径： 10 152 （ 3 手指长 30l ,取 V 型夹角 02 120 偏转角 按最佳偏转角确定： 1 1 001 2 . 5c o s c o s 6 1s i n 3 0 s i n 6 0 （ 3 计算 ： 0 s i n c o s 3 0 000 1 3 当 时带入有： 22 2 2 2 2m a x 2 c o s s i n a 0 . 1 7 4 5 0 . 5s i n s i l l l 所以夹持误差满足设计要求。 簧的设计计算 选择弹簧按照压缩条件，选择圆柱压缩弹簧。如图 3示，计算过程 13如下。 凸轮轴自动线机械手 (液压） 16 图 3柱螺旋弹簧的几何参数 （ 1）选择硅锰弹簧钢，查取许用切应力 800 （ 2）选择旋绕比 C=8，则 4 1 0 . 6 1 54 4 6 （ 3 4 1 0 . 6 1 54 4 6 4 8 1 0 . 6 1 5 1 . 1 8 34 8 4 6 （ 3）根据安装空间选择弹簧中径 D=22算弹簧丝直径 22 2 . 7 5 38Dd m （ 4）试算弹簧丝直径 1 A （ 3 1 A 61 8 0 1 . 1 8 3 81 . 6 2 . 38 0 0 1 0 取 3 （ 5）根据变形情况确定弹簧圈的有效圈数： 38 M A C （ 3 凸轮轴自动线机械手 (液压） 17 3 3 . 58 M A C 选择标准为 3n ，弹簧的总圈数1 1 . 5 3 . 5 1 . 5 5 圈 （ 6） 最后确定： 22D ， 3d ， 1 2 2 3 1 9D D d m m ， 2 2 2 3 2 5D D d m m （ 7） 对于压缩弹簧稳定性的验算 对于压缩弹簧如果长度较大时，则受力后容易失去稳定性，这在工作中是不允许的。为了避免这种现象压缩弹簧的长细比0 74 1 . 7 612 ，本设计弹簧是 2 端自由，根据下列选取： 当两端固定时， ,当一端固定；一端自由时， ；当两端自由转动时，。 弹簧 ，因此弹簧稳定性合适。 （ 8） 疲劳强度和应力强度的验算。 对于循环次数多、在变应力下工作的弹簧，还应该进一步对弹簧的疲劳强度和静应力强度进行验算（如果变载荷的作用次数 310N ，或者载荷变化幅度不大时，可只进行静应力强度验算）。 现在由于本设计是在恒定载荷情况下，所以只进行静应力强度验算。计算公式： m a （ 3 取 学性精确能高） m 8 d （ 3 m 8 d 38 1 . 1 8 4 0 . 0 2 2 1 8 0 4 4 2 4 2 8 8 7 43 . 1 4 0 . 0 0 3 6m a 0 1 0 1 . 8442428874ca 经过上式校核，弹簧满足要求。 凸轮轴自动线机械手 (液压） 18 降方向设计计算 步确系统压力 表 3负载选择工作压力 1 负载 / 0 工作压力/满足最低速度的要求。 490 （ 4 式中 许用应力； M P b （ 的抗拉强度为375 400位安全系数取 5，即活塞杆的强度适中） 3活塞杆的结构设计 活塞杆的外端头部与负载的拖动油马达机构相连接，为了避免活塞杆在工作生产中偏心负载力，适应液压缸的安装要求，提高其作用效率，应根据负载的具体情况，选择适当的活塞杆端部结构。 活塞杆的密封形式有 6。采用 薄钢片组合防尘圈时，防尘圈与活塞杆的配合可按 H9/取。方便设计和维护，本方案选择 凸轮轴自动线机械手 (液压） 22 压缸工作行程的确定 液压缸工作行程长度可以根据执行机构实际工作的最大行程确定，并参照表 4压缸活塞行程参数优先次序按表 4a、 b、 表 4a）液压缸行程系列（ 3496 25 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 表 4b） 液压缸行程系列（ 3496 40 63 90 110 140 180 220 280 360 450 550 700 900 1100 1400 1800 2200 2800 3600 表 4c） 液压缸形成系列（ 3496 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 根据设计要求知快速接近工件，行程根据任务书要求，根据表 3选取垂直方向液压缸的工作行程为 900选取水平方向液压缸的工作行程为 1000 塞的设计 由于活塞在液压力的作用下沿缸筒往复滑动，因此，它与缸筒的配合应适当，既不能过紧，也不能间隙过大。配合过紧，不仅使最低启动压力增大，降低机械效率，而且容易损坏缸筒和活塞的配合表面；间隙过大，会引起液压缸内部泄露，降低容积效率，使液压缸达不到要求的设计性能。考虑 选用 向套的设计与计算 的确定 当活塞杆全部伸出时，从活塞支承面中点到到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度 1。影响液压缸工作性能和稳定性。因此，在设计时必须保证液压缸有一定的最小导向长度。根据经验 ,当液压缸最大行程为 L,缸筒直径为 最小导向长度为 : 220 （ 4 凸轮轴自动线机械手 (液压） 23 一般导向套滑动面的长 度 A，在缸径小于 80取 A=(，当缸径大于 80=(.0)d.。活塞宽度 B 取 B=(。若导向长度 H 不够时 ,可在活塞杆上增加一个导向套 K(见图 4增加 套 21 （。 图 4压缸最小导向长度 1 因此 :最小导向长度 ，取 H=9 导向套滑动面长度 A= 活塞宽度 B= 8 .1 m 导向 套有普通导向套、易拆导向套、球面导向套和静压导向套等，可按工作情况适当选择。 盖和缸底的计算校核 在单活塞液压缸中，有活塞杆通过的端盖叫端盖，无活塞杆通过的缸盖叫缸头或缸底。端盖、缸底与缸筒构成密封的压力容腔，它不仅要有足够的强度以承受液压力，而且必须具有一定的连接强度。端盖上有活塞杆导向孔（或装导向套的孔）及防尘圈、密封圈槽，还有连接螺钉孔，受力情况比较复杂，设计的不好容易损坏。 端盖厚 )h 1 式中 螺钉孔分 布直径， 凸轮轴自动线机械手 (液压） 24 P 压力， 2 密封环形端面平均直径， 材料的许用应力， 2 缸底分平底缸，椭圆缸底，半球形缸底。 体长度的确定 液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还需要考虑到两端端盖的厚度 1。一般液 压缸缸体长度不应大于缸体内经的 2030 倍。取系数为5,则液压缸缸体长度： L=5*100 冲装置的设计 液压缸的活塞杆（或柱塞杆）具有一定的质量，在液压力的驱动下运动时具有很大的动量。在它们的行程终端，当杆头进入液压缸的端盖和缸底部分时，会引起机械碰撞，产生很大的冲击和噪声。采用缓冲装置，就是为了避免这种机械撞击，但冲击压力仍然存在，大约是额定工作压力的两倍，这就必然会严重影响液压缸和整个液压系统的强度及正常工作。缓冲装置可以防止和减少液压缸活塞及活塞杆等运动部件在运动时 对缸底或端盖的冲击，在它们的行程终端能实现速度的递减，直至为零。 当液压缸中活塞活塞运动速度在 6m/下时，一般不设缓冲装置，而运动速度在 12m/需设置缓冲装置。在该组合机床液压系统中，动力滑台的最大速度为 4m/此没有必要设计缓冲装置。 压缸的选型 经过比较，参考市场上的液压缸类型，选择一种可靠优质的液压缸产品的生产商 速易可（上海）有限公司 。 速易可液压动（上海）有限公司成立于 2004 年，从事于空油压零组件和设备研 究、生产、销售的自动化厂商，产品以 牌营销国内外市场，产品主要有空液压净化组件、液压动控制组件、液压动执行组件、辅助组件、空油压设备，产 品广泛应用于医疗器械、工业机械手、食品包装机械、纺织机械、半导体设备、轨道交通、烟草机械、机床自动控制、真空搬运、汽车制造、教学培训等行业。 凸轮轴自动线机械手 (液压） 25 速易可目前主要产品有：无杆液压缸、滑台液压缸、止动液压缸、回转液压缸、机械夹、回转夹紧液压（油）压缸、导杆液压缸、带锁液压缸、双轴缸、标准型液压缸、控制阀、空液压控制组件、真空系统组件及 相关液压动辅助零组件。 凸轮轴自动线机械手 (液压） 26 根据上节计算，在这选择 平方向设计计算 平方向计算 当工件处于水平位置时，摆动缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重 5度l =1500图 示。 图 力简图 (1)计算扭矩14 (2)液压缸（伸缩）及其配件的估算扭矩24 工件 凸轮轴自动线机械手 (液压） 27 F =200N S =1m（ 最大行程时） 带入公式 2=200 10 1 =2000（ N M） 由于水平方向的液压缸与升降方向的有些类似，在此不在一一列举 压缸的选型 速易可目前主要产品有：无杆液压缸、滑台液压缸、止动液压缸、回转液压缸、机械夹、回转夹紧液压（油）压缸、导杆液压缸、带锁液压缸、双轴缸、标准型液压缸、控制阀、空液压控制组件、真空系统组件及相关液压动辅 助零组件。 凸轮轴自动线机械手 (液压） 28 根据上节计算，在这选择 腕部是联结手部和臂部的部件，腕部运动主要用来改变被夹物体的方位，它动作灵活，转动惯性小。本课题腕部具有回转这一个自由度，可采用具有一个活动度的回转缸驱动的腕部结构。 身结构的设 计校核 臂部和机身的配置形式基本上反映了液压机械
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