数控机床自动夹持搬运装置的液压系统设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档 就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 毕业设计 (论文 )说明书 题 目： 数控机床自动夹持搬运装置 的液压系统设计 作 者： 学 号： 系 (院 )： 专业班级 ： 指导者： 评阅者： 年 月 买文档 就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 毕业设计（论文）中文摘要 数控机床自动夹持搬运装置的液压系统设计 摘 要： 数控机床上专用于工件和零件的夹持和自动运转的装置，其运动自由度多，且有严格的动作顺序要求。用液压驱动可实现动作自动循环，利于自动化和高效率等要求。 机械手用于各种工艺装备上，其中包括组成柔性自动化系统的数控金属切削机床。工业机器人装备有自动可换夹持装置，其中双夹持器的装置用来保证同时操作毛坯和在加工的零件。本设计主要针对机械手的液压系统，确定液压系 统中各个部分的功能，并且对各种执行元件进行计算分析，最终完成液压原理图。 关键词： 可换夹持装置 液压元件 双夹持器 买文档 就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 毕业设计（论文）外文摘要 to of of by to at in of of of of in of 文档 就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 买文档 就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 买文档 就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 买文档 就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 目 录 1 概述 1 题背景 1 题内容 1 题的意义 2 题的创新点 2 2 机械手的功能设计 2 械手液压系统的各 部分功能 2 械手液压系统的功能综合 5 械手电磁铁动作循环表 6 械手液压系统方案设计 6 3 机械手液压系统机构设计计算 6 载分析 6 压马达的负载 9 行元件主要参数的确定 10 算液压缸各工作阶段的工作压力、流量、功率 11 定液压原理图 11 择液压元件 12 压缸基本参数的确定 14 压缸结构强度计算和稳定校验 17 压传动用油的选择 22 4 验算系统液压性能 23 力损失的验算及泵压力的调整 23 压系统发热和温升验算 26 油器的选择 26 结论 30 致谢 31 参考文献 32 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 1 概述 1 1 课题背景 现在工业机器人集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从 1962 年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术极其产品发展很快，已成为柔性制造系统（ 自动化工厂（ 计算机集成制造系统（ 自动化工具。 广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质 量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改善着人类的生产和生活方式。 工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。国外专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲委员会（ 国际机器人联合会（ 统计，世 界机器人市场前景看好，从 20 世纪下半叶起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。进入 20世纪 90年代，机器人产品发展速度较快，年增长率平均在 10%左右。 2004年增长率达到闯记录的 20%。其中，亚洲机器人增长幅度最为突出，高达 43%。 在自动化生产领域中，工业机械手是近几十年发展起来的。工业机械手的是从工业机器人中分支出来的。 其特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业具有准确性和各种环境中完成作业的能力。 机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。 机械手由执行机构、驱动 制系统、智能系统、远程诊断监控系统五部分组成。驱动 驱动系统中可以分：机械式、电气式、液压式和复合式，其中液压操作力最大。 本课题是数控机床上专用于工件和零件的夹持和自动运转的装置，其运动自由度多，且有严格的动作顺序要求、用液压驱动可实现动作自动循环，利于自动化和高效率等要求。 1 2 课题内容 本课题的基本内容 是： 1）功能原理方案分析 2）液压系统原理图设计 3）液压系统的计算 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 4）油箱与执行元件工作图设计 5）编写计算说明书 1 3 课题的意义 本课题所研究的数控机床的装夹装置属于工业机器人这一范畴，对它的研究实际上就是对工业机器人的研究。现在工业机器人集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从 1962 年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术极其产品发展很快，已成为柔性制造系统（ 自动化工厂（ 计算机集成制造系统（ 自动 化工具。 广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改善着人类的生产和生活方式。 随着加工行业在我国的迅速发展，各行各业的自动化装备水平越来越高，现代化加工车间，常常配有机械手，以提高生产效率，代替工人完成恶劣环境下危险、繁重的劳动。 1 4 课题的创新点 采用手动换向阀变换夹持方式，既可以双夹持也可以单夹持。 2 机械手的功能设计 2 1 机械 手液压系统的各部分功能 压站 图 2压站液压原理图 1蓄能器 2 精过滤器 本设计应用液压站供应小车，滑板和机器人手臂位移电液步进式驱动装置以及手腕转动、摆动机构和夹持器夹紧机构驱动装置。同时液压站能够相应于在主干线恒压下进入液压系统的耗油量来自动变化可调泵的供给量。液压站还进行油的冷却，并能防止在断路状态下液压系统中漏油。 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 2. 小车驱动装置 图 2车驱动装置液压原理图 1 小车的驱动装置由液压马达 信号传递到步进马达 转子通过螺旋传动推动液压分配器的滑阀，他连接着压力管和溢流管与相应的液压马达腔。液压马达之间的连接使其在轴上的力矩方向相反，以保持在齿轮齿条传动中的无隙啮合。在电液步进驱动装置的液压马达传动时，其与分配器滑阀刚性相连的轴，使得滑阀回到初始位置，从而实现位置反馈。 手臂滑板移动用线性电液步进式驱动装置和手臂摆动用线性电液步进驱动装置是由步进电动机（ 4）、随动分配器和液压缸组成，液压 缸活塞杆内装有位置反馈螺旋机构。在信号传递到步进电动机时，其转子通过螺旋传动推动液压分配器滑阀，开启进入液压缸油通道。液压缸活塞平行运动通过螺旋传动变为丝杆传动，而通过齿轮传动和螺旋副变为滑阀轴向移动。单向阀的作用是用来防止液压设备断路时手臂杆件自然下垂。 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 械手腕转动（摆动） 图 2械手手腕摆动（转动）液压原理图 液压操纵盘 1 控制手腕转动（摆动），取决于电磁铁 8及 取决于手腕（ 头部）摆动方向的旋转指令控制。此时定位器的活塞克服弹簧力向上运动，并通过杠杆推动随动滑阀，开启油道通路，油通过分配器 2的腔内。此后，当液压马达达到所需的转速时，信号进入电磁铁断路，从而使手腕固定和分配器 路。液压马达转速可以调节。 在指令传递到液压滑阀 2 上的分配器 ，液压马达 手腕转动。在电磁铁 在压力下进入控制液压缸左腔。此时电磁铁 活塞移动到极右位置，通过杠杆 17推动随动阀，并且开启油通道，使油进 入液压马达 杆 17的另一端安装在手腕传动部分的靠模保持接触。这样当手腕转动一定角度时（例如在极右位置）杠杆 17 使随动阀回到中间位置，且液压马达 止转动。当电磁铁 通， 在压力下进入控制液压缸右腔，而其左腔与排油孔相连；活塞移动到左边位置，且液压马达 手腕转动到靠模的相应突缘上。在电磁铁 通时，液压缸 2 两腔均与压力管路相连，而由于活塞面积，使他停在套筒挡块所确定的中间位置上。液压马达转动手腕到靠模中间凸缘上。 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 持器驱动装置 图 2持装置液 压原理图 液压缸 3 的驱动装置不但用于带双夹持器，又用于单夹持器。按夹持器型式，液压操纵盘 3 的阀式分配器用手动摆放在左面或右面的位置。用单夹持器工作时用液压分配器 行控制。在接通电磁铁 ，夹持器张开；而在断开 ，夹持器产生压紧动作。装在液压操纵盘上的单向阀防止在系统中压力下降时，夹持器迅速松开。在双夹持工作时，通过接通电磁铁 3来传递给每一只手臂的松开指令。当两 个磁铁接通时（或断开），夹持器同时被弹簧压紧。 2 2 机械手液压系统的功能综合 总之，本次设计的机械手的总的功能如以下图所示： 图 2械手总功能示意图 小车，滑板和机器人手臂位移电液步进式驱动装置以及手腕转动、摆动机构和夹持器夹紧机构驱动装置都需要液压系统来调控。 2 3 机械手电磁铁动作循环表 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 表 2械手工作状态以及动作 控制目标 工作状态 电 磁 铁 2 4 6 8 液压站 启动 - 工作 + 夹 持器传动装置 夹紧 + - + 松开 + + - 中间位置 + + + - 手腕（头部）回转传动装置 向右 + + - 向左 + - + 中间位置 + + + 停止 + - - 手腕（头部）摆动传动装置 向右 + + + - 向左 + + - + 停止 + - - - 械手液压系统方案设计 液压执行元件大体分为液压缸或液压马达。前者实现直线运动，后者实现回旋运动，对于单纯 并且简单的直线运动或回转运动机构，可以分别采用液压缸或液压马达直接驱动。 根据设计目标及现有条件 ,在查阅有关资料和实物调研的基础上 ,构建本机械手的总本设计方案如下 : 用于将工件从工位 手臂转位 ,手指松开卸料 ,手臂复位四个基本动作 ,采用手动上下料等功能。 手动方式下操作者可以随意地完成这四个基 本动作的任意组合 ;自动方式下机械手的一个工作循环包括夹紧 ,转位 ,卸料 ,复位 ,能够稳定可靠地重复循环工作。 3 机械手液压系统机构设计计算 3 1 负载分析 3 1 1 载荷的组成和计算 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 如图 1表示一个以液压缸为执行元件的液压系统计算简图。各参数标注图上，其中 用在活塞杆上的外部载荷 轨的摩擦力 由速度变化而产生的惯性力 图 3压缸受力简图 （ 1）工作载荷 见的工作载荷有作用于活塞杆上的重力、切削力、挤压力等，这些作用力与活塞的运动方向相同为负相反为正。 （ 2）导轨摩擦载荷于机床来说，即导轨摩擦阻力，其值与导轨的形式，放置情况和运动状态有关。 在机床上经常使用的平导轨和 对于平道轨 f3 对于 fnF/ /2） （ 3 式中 作用在导轨上的法向力 f 导轨摩擦因数 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 图 3导轨 图 3 型导轨 本课题采用平轨，故： f料铸铁对铸铁）低速（ 足最底速度的要求。 算液压缸各工作阶段的工作压力，流量，功率 根据液压缸的负载图和速度图以及液压缸的有效面积，可以算出液压缸工作过程 各阶段的压力，在计算时工进时的背压力按 8 105 退时按 5 105 入公式和计算结果如下表： 表 3工作阶段的工作压力，流量，功率 工作循环 计算公式 负载 进油压力 回油压力 所需流量 输入功率 F(N) a) L/(差动快进 1 2AA q v(P 105 105 进 105 8 105 退 21 2 408 105 5 105 ： 压缸的回油口到进油口之间的压力损失 P 5 10 P 2快退时，液压缸有杆腔进油。压力为 杆腔回油，压力为 定液压系统原理图 择液压基本回路 1确定调速方式及供油形式 在液压缸的初步计算前，已经确定了采用调速阀的进口节流调速，因此相应采用开式循环系统，这种调速回路具有较好的低速稳定性和速度负载特性。 2快速运动回路和速度换接回路 根据本设计的运动方式和要求，采用差动连接和双泵供油，两种快速回路来实现快速买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 运动，即快进时，由大小泵同时供油，液压缸实现差动连接。 采用二位三通电磁阀的速度换接回路，控制由快进转为工进，与采用行程阀相比，电磁阀可直接安 装在液压站上，由工作台行程开关控制，管路较简单，行程大小饿容易调整，另外采用液压控制顺序阀与单项阀来切断差动油路，因此速度换接回路为形成和压力联合控制形式。 3换向回路选择 本系统对换向的平稳性没严格的要求，所以选用电磁换向阀的换向回路。为提高换向的位置精度，采用压力继电器的行程终点反程控制。 成液压系统 将选定的液压回路进行组合，并做出休整，即组成液压系统图。 择液压元件 择液压泵 液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。节流调速系统一般用定量泵供油 ，再无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。容积调速系统多数是采用变量泵供油。对长时间所需油量较小的情况，可增设蓄能器作辅助油源。 工进阶段液压缸工作压力最大。若取压力损失 p 5 105 力继电器可靠动作需要压力差为 5 105 05 551 因此泵的额定压力可取 55 ar a 工进所需的流量最小是 备流量最小流量为 小流量泵的流量按公式p 即 m Lq p 进快退时液压缸所需的最大流量是 泵的总流量为： m q p 即大流量泵的流 量： m i n/i n/)2 根据上面计算的压力和流量，查产品样本选用 2型的双联叶片泵，该泵的额定压力为 定转速为 960r/ 动机的选择 系统为双泵供油系统，其中小泵 1的流量为： 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 p /60/104( 33231 大泵的流量为： 60/1012( 33532 差动快进快退时两个泵同时向系统供油，工进时，小泵向系统供油，大泵卸载，下面计算三个阶段所需要的电动机功率 差动快进时，大泵 2m 出口油经单向阀与小泵汇合，然后经单向阀 2，三位五通阀 3，二位三通阀 4 进入液压缸大腔，大腔的压力1 查样本可知，小泵的出口压力损失 ，于是计算可得小泵的出口压力P 51 1013 （ ），大泵出口压力 aP 2 （总效率 ）。电动机效率为： 463)35352221111 2工进 考虑到调速阀所需最小压力1 105 压力继电器可靠动作所需压力差2 105 因此工进时小泵的出口压力2111 而大泵的卸载压力取P 52 102 （小泵的总效率 1 大泵总效率 ）电动机功率： 926)35352221112 P 综合比较 快退时所需功率最大，因此选用 动机功率 定转速 910r/择液压阀 根据液压阀在系统中最高的工作压力与通过的最大流量，可选出这些元件的型号及规格，本设计中所有阀是压力为 63 1050L/0L/3L/ 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 表 3压阀的流量、型号和规格 序号 元件名称 通过流量 L/ 额定流量 L/ 额定压力 p（ 额定压降 型号、规格 1 过滤器 3 50 2 单向阀 0 、普通的（ d、精的（ d、特精的（ d。不同的液压系统，对滤清器的过滤精度要求如下表： 表 4滤清器的过滤精度要求 系统类别 润滑系统 传动系统 随动系统 特殊要求系统 压力 (0 70 70 350 210 350 颗粒度（ . 能满足液压系统对过滤能力的要求 滤油器的过滤能力，是指在一定压差下，允许通过滤油器的最大流量。一般用滤油器的有效过滤面积（滤芯上能通过的油液的总面积）来表示。对滤油器过滤能力的要求，应结合滤油器在系统中的安装位置来考虑。如安装在液压泵吸油管路上的滤油器，其过滤能力应为液压泵流量的两倍以上。 3. 滤油器的材料应具有一定的机械强度，保证在一定的工作压力下不 会因液压力的作用而受到破坏 4. 在一定的工作温度下，应能保证性能稳定，有足够的耐久性 5. 有良好的抗腐蚀能力 6. 结构尽量简单，尺寸紧凑 7. 便于清洗维护，便于更换滤芯 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 8. 造价低廉 滤油器的种类 滤油器按过滤精度分粗、普通、精、特精四类。 滤油器还可按滤芯的结构分类 1. 网式滤油器，油液流经此滤油器时，由滤网上的小孔起滤清作用。 2. 线隙式滤油器，滤芯由金属丝绕制而成，依靠金属丝间的微小间隙来过滤混入油 液中的杂质。 3. 纸质滤油器，滤芯为多层酚醛树脂处理过的微孔滤纸，由微孔滤掉混入油液 中的杂质。 4. 磁性滤油器，依靠永久磁铁，利用磁化原理来滤除混入油液中的铁屑。 5. 烧结式滤油器，滤芯为颗粒状青铜粉末等金属粉末压制烧结而成，利用颗粒之间 的微孔滤去混入油液中的杂质。 6. 不锈钢纤维滤油器，滤芯为不锈钢纤维压制制成，由纤维丝之间的间隙滤掉混入 油液中的杂质，这种滤油器的过滤精度高，可承受 200压差，可以清洗，但因为滤芯价格昂贵，一般液压系统并不采用，只推荐在高压伺服系统中应用。 7. 合成树脂滤油器，滤芯由一种无机纤维经液态树脂浸滞处理制成。由于微孔很小、 牢度很大，因此过滤精度高，且能承受 210压差。 线隙式滤油器 如图 4所示，线隙式滤油器的滤芯由铜丝（ d=成，依靠铜丝间的微小间隙来滤除混入油液中的杂质。线隙式滤油器分为压油管路用线隙式滤油器和吸油管路用线隙式滤油器两种。 图 4线隙式滤油器 图示为压油管路用线隙式滤油器，有外壳 1；当用于吸油管路时不用外壳，滤芯部分买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 2 直接进入油液中。压油管路用线隙式滤油器的过滤精度分 类，压力损失小于 油管路用滤油器的过滤精度分 类，压力损失小于 线隙式滤油器结构简单，通油能力大，过滤精度比网示滤油器高，缺点是不易清洗，一般用于低压回路或辅助回路。 滤油器在液压系统中的安装位置和维护 安装位置 滤油器的连接形式有板式、管式和法兰式三种，可以安装在液压泵的吸油管路上、压油管路上、回油路上、辅助泵的输油路上、支流管路上或单独过滤。 本课题中滤油器安装在液压泵的吸油管路上，如图 4，将粗滤油器装在液压泵的吸油管路上，主要目的是保护液压泵免遭较大颗粒杂质的直接伤害。为了不置影响液压泵的吸油能力，装在吸油管路上的滤油器的通 油能力应大于液压泵流量的两倍。滤油器应经常清洗，以免过多增加液压泵的吸油能力。 图 4滤油器安装位置 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 结 论 这次毕业设计，我主要对机械手液压系统进行设计。机械手有下列基本组成部分：小车，滑板和机器人手臂位移电液步进式驱动装置以及手腕转动、摆动机构和夹持器夹紧机构驱动装置。而液压系统是上述各装置的动力来源。为了更好的对液压系统进行分析，首先对机械手的四个主要的动作进行了液压回路计算和方案设计。运用的方案都是根据机械手自身的特点而选择采用的，并且，经过性能验算是可以使用的。拟定了机械手 液压系统原理图后，再对液压系统的主要元件进行了选择，依据的原则是系统的流量和压力。在对液压缸和液压油箱的结构设计过程中，通过对各种结构方案的选择比较，确定各部分的结构，最终绘出液压缸和油箱的装配图，完成此次设计任务。 通过这次综合设计，我在各方面都得到较全面的锻炼。比如：能学会全面系统得查找翻阅有关资料，研究