【毕业设计论文】液压机械手-设计说明书【有对应的CAD图】

订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 毕业设计 液压机械手设计说明书 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 目录 摘要1 第一章 浇铸机械手设计任务书 .2 1.1 毕业设计目的.2 1.2 本课题的内容和要求 .2 第二章 抓取机构设计 .5 2.1 手部设计计算.5 2.2 腕部设计计算.9 2.3 臂伸缩机构设计.11 第三章 液压系统原理设计及草图 .14 3.1 手部抓取缸 14 3.2 腕部摆动液压回路.15 3.3 小臂伸缩缸液压回路 .17 3.4 总体系统图 18 第四章 机身机座的结构设计20 4.1 电机的选择 20 4.2 减速器的选择.22 4.3 螺柱的设计与校核.23 第五章 浇铸机械手的定位与平稳性 24 5.1 常用的定位方式.24 5.2 影响平稳性和定位精度的因素 .25 5.3 浇铸机械手运动的缓冲装置 .26 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 第六章 浇铸机械手的控制 27 第七章 浇铸机械手的组成与分类 .29 7.1 浇铸机械手组成.29 7.2 浇铸机械手分类.30 第八章 浇铸机械手 Solidworks 三维造型 .31 8 . 1上手爪造型33 8.2 螺栓的绘制 39 毕业设计感想 45 参考资料 .46 1 送料浇铸机械手设计及 S o l i d w o r k s运动仿真 摘要 本课题是为普通车床配套而设计的上料浇铸机械手。工业浇铸机械手是工业 生产的必然产物，它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或 握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的 进一步发展起着重要作用。因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。 实践证明， 工业浇铸机械手可以代替人手的繁重劳动， 显著减轻工人的劳动强度， 改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件 的搬运和长期频繁、单调的操作，采用浇铸机械手是有效的。此外，它能在高温、 低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优 越性，有着广阔的发展前途。 本课题通过应用 AutoCAD 技术对浇铸机械手进行结构设计和液压传动原理 设计，运用 Solidworks 技术对上料浇铸机械手进行三维实体造型，并进行了运动 仿真，使其能将基本的运动更具体的展现在人们面前。它能实行自动上料运动； 在安装工件时，将工件送入卡盘中的夹紧运动等。上料浇铸机械手的运动速度是 按着满足生产率的要求来设定。 关键字 浇铸机械手，AutoCAD，Solidworks 。 2 第一章 浇铸机械手设计任务书 1.1 毕业设计目的 毕业设计是学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环 节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围 内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和 未来事业的开拓都具有一定意义。 其主要目的： 一、 培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力， 拓宽和深化学生的知识。 二、 培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的 一般程序规范和方法。 三、 培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册 工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。 四、 培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和技术人员学习 的基本工作态度，工作作风和工作方法。 1.2 本课题的内容和要求 （一、 ）原始数据及资料 （1、 ）原始数据： a、 生产纲领：100000 件（两班制生产） b、 自由度（四个自由度） 臂转动 180o 臂上下运动 500mm 3 臂伸长（收缩）500mm 手部转动 180o （2、 ）设计要求： a、上料浇铸机械手结构设计图、装配图、各主要零件图（一套） b、液压原理图（一张） c、浇铸机械手三维造型 d、动作模拟仿真 e、设计计算说明书（一份） （3、 ）技术要求 主要参数的确定： a、坐标形式：直角坐标系 b、臂的运动行程：伸缩运动 500mm，回转运动 180o 。 c 、运动速度：使生产率满足生产纲领的要求即可。 d 、控制方式：起止设定位置。 e 、定位精度：0 . 5 m m 。 f 、手指握力：3 9 2 N g 、驱动方式：液压驱动。 （二、 ）料槽形式及分析动作要求 （ 1、 ）料槽形式 由于工件的形状属于小型回转体，此种形状的零件通常采用自重输送的输料 槽,如图 1.1 所示，该装置结构简单，不需要其它动力源和特殊装置，所以本课题 采用此种输料槽。 4 图 1.1 浇铸机械手安装简易图 （2、 ）动作要求分析如图 1.2 所示 动作一：送 料 动作二：预夹紧 动作三：手臂上升 动作四：手臂旋转 动作五：小臂伸长 动作六：手腕旋转 预夹紧 手臂上升 手臂旋转 小臂伸长 手腕旋转 手臂转回 5 图 1.2 要求分析 第二章 抓取机构设计 2.1 手部设计计算 一、对手部设计的要求 1、有适当的夹紧力 手部在工作时，应具有适当的夹紧力，以保证夹持稳定可靠，变形小，且不 损坏工件的已加工表面。对于刚性很差的工件夹紧力大小应该设计得可以调节， 对于笨重的工件应考虑采用自锁安全装置。 2、有足够的开闭范围 夹持类手部的手指都有张开和闭合装置。工作时，一个手指开闭位置以最大 变化量称为开闭范围。对于回转型手部手指开闭范围，可用开闭角和手指夹紧端 长度表示。手指开闭范围的要求与许多因素有关，如工件的形状和尺寸，手指的 形状和尺寸，一般来说，如工作环境许可，开闭范围大一些较好，如图 2.1 所示。 6 图 2.1 浇铸机械手开闭示例简图 3、力求结构简单，重量轻，体积小 手部处于腕部的最前端，工作时运动状态多变，其结构，重量和体积直接影 响整个浇铸机械手的结构，抓重，定位精度，运动速度等性能。因此，在设计手 部时，必须力求结构简单，重量轻，体积小。 4、手指应有一定的强度和刚度 5、其它要求 因此送料，夹紧浇铸机械手，根据工件的形状，采用最常用的外卡式两指钳 爪，夹紧方式用常闭史弹簧夹紧，松开时，用单作用式液压缸。此种结构较为简 7 单，制造方便。 二、拉紧装置原理 如图 2.2 所示 【4】 ：油缸右腔停止进油时，弹簧力夹紧工件，油缸右腔进油时松 开工件。 图 2.2 油缸示意图 1、右腔推力为 FP=（4）D2 P （2 . 1 ） = （4）0.522 51 0 3 = 4 9 0 8 . 7 N 2 、根据钳爪夹持的方位，查出当量夹紧力计算公式为： F1= （2 b a ）（c o s ）2 N （2 . 2 ） 其中 N = 49 8 N = 3 9 2 N ，带入公式 2 . 2得： F1= （2 b a ）（c o s ）2 N = ( 21 5 0 / 5 0 )（c o s 3 0 o ）23 9 2 = 1 7 6 4 N 则实际加紧力为 F1实际= P K 1 K 2 / （2 . 3 ） = 1 7 6 41 . 51 . 1 / 0 . 8 5 = 3 4 2 4 N 经圆整 F1= 3 5 0 0 N 8 3 、计算手部活塞杆行程长 L , 即 L = （D / 2 ）t g （2 . 4 ） = 2 5 t g 3 0 o = 2 3 . 1 m m 经圆整取 l = 2 5 m m 4 、确定“V ”型钳爪的 L 、。 取 L / R c p = 3 （2 . 5 ） 式中： R c p = P / 4 = 2 0 0 / 4 = 5 0 （2 . 6 ） 由公式（2 . 5 ） （2 . 6 ）得：L = 3 R c p = 1 5 0 取“V ”型钳口的夹角 2 = 1 2 0 o ，则偏转角按最佳偏转角来确定， 查表得： = 2 2 o 3 9 5 、机械运动范围（速度） 【1 】 （1 ）伸缩运动 Vm a x= 5 0 0 m m / s Vm i n= 5 0 m m / s （2）上升运动 Vm a x= 5 0 0 m m / s Vmin=40mm/s （3）下降 V m a x = 8 0 0 m m / s V m i n = 8 0 m m / s （4 ）回转 W m a x = 9 0 o / s W m i n = 3 0 o / s 所以取手部驱动活塞速度 V=60mm/s 6、手部右腔流量 Q=sv （2.7） =60r2 = 6 0 3 . 1 4 2 5 2 9 = 1 1 7 7 . 5 m m 3 / s 7 、手部工作压强 P = F1/ S （2 . 8 ） = 3 5 0 0 / 1 9 6 2 . 5 = 1 . 7 8 M p a 2.2 腕部设计计算 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。 要求：回转9 0 o 角速度 W = 4 5 o / s 以最大负荷计算： 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 1 0 k g ， 长度 l = 6 5 0 m m 。如图 2 . 3所示。 1 、计算扭矩 M 1 4 设重力集中于离手指中心 2 0 0 m m处，即扭矩 M 1为： M 1 = F S （2 . 9 ） = 1 0 9 . 8 0 . 2 = 1 9 . 6 （N M ） F S 工 10 F 图 2 . 3 腕部受力简图 2 、油缸（伸缩）及其配件的估算扭矩 M 2 4 F = 5 k g S = 1 0 c m 带入公式 2 . 9得 M 2 = F S = 5 9 . 8 0 . 1 = 4 . 9 （N M ） 3、摆动缸的摩擦力矩 M 摩 4 F 摩=300（N） （估算值） S=20mm （估算值） M 摩=F 摩S=6（NM ） 4 、摆动缸的总摩擦力矩 M 4 M = M 1 + M 2 + M 摩 （2 . 1 0 ） = 3 0 . 5 （NM ） 5 . 由公式 T = P b （A 1 2 - m m 2 ）1 0 6 / 8 （2 . 1 1 ） 其中： b 叶片密度，这里取 b = 3 c m ； A 1 摆动缸内径, 这里取A 1 = 1 0 c m ； m m 转轴直径, 这里取m m = 3 c m 。 所以代入（2 . 1 1 ）公式 P = 8 T / b （A 1 2 - m m 2 ）1 0 6 = 8 3 0 . 5 / 0 . 0 3 （0 . 1 2 - 0 . 0 3 2 ）1 0 6 = 0 . 8 9 M p a 又因为 W = 8 Q / （A 1 2 - m m 2 ）b 所以 11 Q = W （A 1 2 - m m 2 ）b / 8 = （/ 4 ） （0 . 1 2 - 0 . 0 3 2 ）0 . 0 3 / 8 = 0 . 2 7 1 0 - 4 m 3 / s = 2 7 m l / s 2.3 臂伸缩机构设计 手臂是浇铸机械手的主要执行部件。它的作用是支撑腕部和手部，并带动它 们在空间运动。 臂部运动的目的，一般是把手部送达空间运动范围内的任意点上，从臂部的 受力情况看，它在工作中即直接承受着腕部、手部和工件的动、静载荷，而且自 身运动又较多，故受力较复杂。 浇铸机械手的精度最终集中在反映在手部的位置精度上。所以在选择合适的 导向装置和定位方式就显得尤其重要了。 手臂的伸缩速度为 2 0 0 m / s 行程 L = 5 0 0 m m 1、手臂右腔流量，公式（2.7）得： 【4】 Q = s v = 2 0 0 4 0 2 = 1 0 0 4 8 0 0 m m 3 / s = 0 . 1 / 1 0 2 m 3 / s = 1 0 0 0 m l / s 2、手臂右腔工作压力，公式（2.8） 得： 4 P = F / S （2 . 1 2 ） 式中： F 取工件重和手臂活动部件总重， 估算 F = 1 0 + 2 0 = 3 0 k g ， F摩= 1 0 0 0 N 。 所以代入公式（2 . 1 2 ）得： 12 P = （F + F摩）/ S = （3 0 9 . 8 + 1 0 0 0 ）/ 4 0 2 = 0 . 2 6 M p a 3 、绘制机构工作参数表如图 2 . 4所示： 图 2 . 4机构工作参数表 4 、由初步计算选液压泵 4 所需液压最高压力 P = 1 . 7 8 M p a 所需液压最大流量 Q = 1 0 0 0 m l / s 选取 C B - D型液压泵（齿轮泵） 此泵工作压力为 1 0 M p a ，转速为 1 8 0 0 r / m i n ，工作流量 Q在 3 2 7 0 m l / r之间， 可以满足需要。 5 、验算腕部摆动缸： T = P D （A 1 2 - m m 2 ）m 1 0 6 / 8 （2 . 1 3 ） W = 8 v / （A 1 2 - m m 2 ）b （2 . 1 4 ） 式中：m 机械效率取： 0 . 8 5 0 . 9 v 容积效率取： 0 . 7 0 . 9 5 13 所以代入公式（2 . 1 3 ）得： T = 0 . 8 9 0 . 0 3 （0 . 1 2 - 0 . 0 3 2 ）0 . 8 5 1 0 6 / 8 = 2 5 . 8 （NM ） T M = 3 0 . 5 （NM ） 代入公式（2 . 1 4 ）得： W = （8 2 7 10 - 6 ）0 . 8 5 / （0 . 1 2 - 0 . 0 3 2 ）0 . 0 3 = 0 . 6 7 3 r a d / s W / 4 0 . 7 8 5 r a d / s 因此，取腕部回转油缸工作压力 P = 1 M p a 流量 Q = 3 5 m l / s 圆整其他缸的数值： 手部抓取缸工作压力 P = 2 M p a 流量 Q = 1 2 0 m l / s 小臂伸缩缸工作压力 P = 0 . 2 5 M p a 流量 Q = 1 0 0 0 m l / s 14 第三章 液压系统原理设计及草图 3.1 手部抓取缸 图 3.1 手部抓取缸液压原理图 7 1、手部抓取缸液压原理图如图 3.1 所示 2 、泵的供油压力 P取 1 0 M p a ，流量 Q取系统所需最大流量即 Q = 1 3 0 0 m l / s 。 因此，需装图 3.1 中所示的调速阀，流量定为 7 . 2 L / m i n ，工作压力 P = 2 M p a 。 15 采用： Y F - B 1 0 B 溢流阀 2 F R M 5 - 2 0 / 1 0 2调速阀 2 3 E 1 - 1 0 B二位三通阀 3.2 腕部摆动液压回路 4 图 3.2 腕部摆动液压回路 7 1、腕部摆动缸液压原理图如图 3.2 所示 16 2 、工作压力 P = 1 M p a 流量 Q = 3 5 m l / s 采用： 2 F R M 5 - 2 0 / 1 0 2调速阀 3 4 E 1 - 1 0 B 换向阀 Y F - B 1 0 B 溢流阀 17 3.3 小臂伸缩缸液压回路 臂部伸缩缸 5 2 图 3.3 小臂伸缩缸液压回路 7 1、小臂伸缩缸液压原理图如图 3.3 所示 2 、工作压力 P = 0 . 2 5 M p a 流量 Q = 1 0 0 0 m l / s 采用： Y F - B 1 0 B 溢流阀 2 F R M 5 - 2 0 / 1 0 2 调速阀 2 3 E 1 - 1 0 B二位三通阀 18 3.4 总体系统图 图 3.4 总体系统图 7 1 、总体系统图如图 3.4 所示 2 、工作过程 小臂伸长手部抓紧腕部回转小臂回转小臂收缩手部放松 3 、电磁铁动作顺序表 19 元件 动作 1DT 2 D T 3 D T 4 D T 5 D T 小臂伸长 + + - - 手部抓紧 + - - - 腕部回转 + - + - 小臂收缩 - - - - 手部放松 - + - - 卸荷 图 3.5 总体系统图 4 、确电机规格： 液压泵选取 C B - D型液压泵，额定压力 P = 1 0 M p a ，工作流量在 3 2 7 0 m l / r之 间。选取 8 0 L / m i n为额定流量的泵， 因此：传动功率 N = P Q / （3 . 1 ） 式中：= 0 . 8 （经验值） 所以代入公式（3 . 1 ）得： N = 1 0 8 0 1 0 3 1 0 6 / 6 0 0 . 8 = 1 6 . 7 K N 选取电动机 J Q Z - 6 1 - 2型电动机，额定功率 1 7 K W ， 转速为 2 9 4 0 r / m i n 。 20 第四章 机身机座的结构设计 机身的直接支承和传动手臂的部件。一般实现臂部的升降、回转或俯仰等运 动的驱动装置或传动件都安装在机身上，或者就直接构成机身的躯干与底座相连。 因此，臂部的运动愈多，机身的结构和受力情况就愈复杂，机身既可以是固定式 的，也可以是行走式的, 如图 4 . 1所示。 图 4 . 1机身机座结构图 臂部和机身的配置形式基本上反映了浇铸机械手的总体布局。本课题浇铸机 械手的机身设计成机座式，这样浇铸机械手可以是独立的，自成系统的完整装置， 便于随意安放和搬动，也可具有行走机构。臂部配置于机座立柱中间，多见于回 转型浇铸机械手。臂部可沿机座立柱作升降运动，获得较大的升降行程。升降过 程由电动机带动螺柱旋转。由螺柱配合导致了手臂的上下运动。手臂的回转由电 动机带动减速器轴上的齿轮旋转带动了机身的旋转，从而达到了自由度的要求。 4.1 电机的选择 21 机身部使用了两个电机，其一是带动臂部的升降运动；其二是带动机身的回 转运动。带动臂部升降运动的电机安装在肋板上，带动机身回转的电机安装在混 凝土地基上。 1 、带动臂部升降的电机： 10 初选上升速度 V = 1 0 0 m m / s P = 6 K W 所以 n = （1 0 0 / 6 ）6 0 = 1 0 0 0转/ 分 选择 Y 9 0 S - 4型电机，属于笼型异步电动机。采用 B级绝缘，外壳防护等级为 I P 4 4 ， 冷却方式为 I（0 1 4 ） 即全封闭自扇冷却， 额定电压为 3 8 0 V ， 额定功率为 5 0 H Z 。 如图 4 . 1 Y 9 0 S - 4电动机技术数据所示： 满载时 堵转 电流 堵转 转矩 最大 转矩 型号 额定 功率 K W 电流 A 转速 r / m i n 效率% 功率 因素 额定 电流 额定 转矩 额定 转矩 Y 9 0 S - 4 1 . 1 2 . 7 1 4 0 0 7 9 0 . 7 8 6 . 5 2 . 2 2 . 2 图 4 . 1 Y 9 0 S - 4电动机技术数据 2 、带动机身回转的电机： 10 初选转速 W = 6 0 o / s n = 1 / 6转/ 秒 = 1 0转/ 分 由于齿轮 i = 3 减速器 i = 3 0 所以 n = 1 0 3 3 0 = 9 0 0转/ 分 22 选择 Y 9 0 L - 6型笼型异步电动机 电动机采用 B级绝缘。外壳防护等级为 I P 4 4 ，冷却方式为 I （0 1 4 ）即全封闭 自扇冷却，额定电压为 3 8 0 V ，额定功率为 5 0 H Z 。 如图 4 . 2 Y 9 0 S - 6电动机技术数据所示： 图 4 . 2 Y90L- 6电动机技术 4.2 减速器的选择 减速器的原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置。用来降低转速和增 转矩，以满足工作需要。 6 初选 WD80 型圆柱蜗杆减速器。 WD 为蜗杆下置式一级传动的阿基米德圆柱蜗杆减速器。 蜗杆的材料为 38siMnMo 调质 蜗轮的材料为 ZQA19- 4 中心矩 a=80 Msq=4.011 （4.1） 传动比 I=30 传动惯量 0.265103 kgm2 23 4.3 螺柱的设计与校核 螺杆是浇铸机械手的主支承件，并传动使手臂上下运动。 螺杆的材料选择： 6 从经济角度来讲并能满足要求的材料为铸铁。 螺距 P = 6 m m 梯形螺纹 螺纹的工作高度 h = 0 . 5 P （4 . 2 ） = 3 m m 螺纹牙底宽度 b = 0 . 6 5 P = 0 . 6 5 6 = 3 . 9 m m （4 . 3 ） 螺杆强度 = s / 3 5 （4 . 4 ） = 1 5 0 / 3 5 = 3 0 5 0 M p a 螺纹牙剪切 = 4 0 弯曲 b = 4 5 5 5 1 、当量应力 6 + = 2 3 1 2 2 1 2 . 0 3 4 d T d F ( 4 . 5 ) 式中 T 传递转矩 N m m 螺杆材料的许用应力 所以代入公式（4 . 5 ）得： = （4 2 0 0 9 . 8 / d12 ）2 + 3 （2 0 0 9 . 8 0 . 6 / 0 . 2 d13 ）2 = （2 4 9 5 / d12 ）2 + 3 （6 1 . 2 / d13 ）2 3 0 5 0 1 0 6 = （2 4 9 5 / d12 ）2 + 3 （6 1 . 2 / d13 ）2 9 0 0 2 5 0 0 1 0 1 2 = 6 2 2 5 0 2 5 / d1 4 + 1 1 2 3 6 / d1 6 9 0 0 2 5 0 0 1 0 1 2 24 6 2 2 5 0 2 5 d1 2 + 1 1 2 3 6 9 0 0 d1 6 1 0 1 2 6 2 2 5 0 2 5 0 . 0 2 9 2 + 1 1 2 3 6 9 0 0 0 . 0 2 9 6 1 0 1 2 即 1 6 4 7 1 p a 5 3 5 3 4 0 p a 合格 2 、剪切强度 6 Z = H / P = 1 6 0 / 6 （旋合圈数） （4 . 6 ） = F / d1b z （4 . 7 ） = 2 0 0 9 . 8 / 0 . 0 2 9 3 . 9 （1 6 0 / 6 ）1 0 - 3 = 2 0 6 . 8 1 0 3 p a = 0 . 2 0 6 M p a = 4 0 M p a 3 、弯曲强度 6 b= 3 F h / d1b 2 z = 3 2 0 0 9 . 8 3 / 2 . 9 3 . 9 2 （1 6 0 / 6 ） = 0 . 4 8 M p a = 4 5 M p a 合格 第五章 浇铸机械手的定位与平稳性 5.1 常用的定位方式 机械挡块定位是在行程终点设置机械挡块。当浇铸机械手经减速运行到终点 时，紧靠挡块而定位。 若定位前已减速，定位时驱动压力未撤除，在这种情况下，机械挡块定位能 达到较高的重复精度。一般可高于 0 . 5 m m ，若定位时关闭驱动油路而去掉工作压力，这时浇铸机械手可能被挡块碰 25 回一个微小距离，因而定位精度变低。 5.2 影响平稳性和定位精度的因素 浇铸机械手能否准确地工作，实际上是一个三维空间的定位问题，是若干线 量和角量定位的组合。在许多较简单情况下，单个量值可能是主要的。影响单个 线量或角量定位误差的因素如下： （1 、 ）定位方式 不同的定位方式影响因素不同。如机械挡块定位时，定位精度与挡块的刚 度和碰接挡块时的速度等因素有关。 （2 、 ）定位速度 定位速度对定位精度影响很大。这是因为定位速度不同时，必须耗散的运动 部件的能量不同。通常，为减小定位误差应合理控制定位速度，如提高缓冲装置 的缓冲性能和缓冲效率，控制驱动系统使运动部件适时减速。 （3 、 ）精度 浇铸机械手的制造精度和安装调速精度对定位精度有直接影响。 （4 、 ）刚度 浇铸机械手本身的结构刚度和接触刚度低时，因易产生振动，定位精度一 般较低。 （5 、 ）运动件的重量 运动件的重量包括浇铸机械手本身的重量和被抓物的重量。 运动件重量的变化对定位精度影响较大。通常，运动件重量增加时，定位精 度降低。因此，设计时不仅要减小运动部件本身的重量，而且要考虑工作时抓重 变化的影响。 （6 、 ）驱动源 液压、气压的压力波动及电压、油温、气温的波动都会影响浇铸机械手的重 26 复定位精度。因此，采用必要的稳压及调节油温措施。如用蓄能器稳定油压，用 加热器或冷却器控制油温，低速时，用温度、压力补偿流量控制阀控制。 （7 、 ）控制系统 开关控制、电液比例控制和伺服控制的位置控制精度是个不相同的。这不仅 是因为各种控制元件的精度和灵敏度不同，而且也与位置反馈装置的有无有关。 本课题所采用的定位精度为机械挡块定位 5.3 浇铸机械手运动的缓冲装置 缓冲装置分为内缓冲和外缓冲两种形式。内缓冲形式有油缸端部缓冲装置和 缓冲回路等。外缓冲形式有弹性机械元件和液压缓冲器。内缓冲的优点是结构简 单，紧凑。但有时安置位置有限；外缓冲的优点是安置位置灵活，简便，缓冲性 能好调等，但结构较庞大。 本课题所采用的缓冲装置为油缸端部缓冲装置。 当活塞运动到距油缸端盖某一距离时能在活塞与端盖之间形成一个缓冲室。 利用节流的原理使缓冲室产生临时背压阻力，以使运动减速直至停止，而避免硬 性冲击的装置，称为油缸端部缓冲装置。 在缓冲行程中，节流口恒定的，称为恒节流式油缸端部缓冲装置。 设计油缸端部恒节流缓冲装置时，am a x（最大加速度） 、Pm a x（缓冲腔最大冲击 压力）和 V r （残余速度）三个参数是受工作条件限制的。通常采用的办法是先选 定其中一个参数，然后校验其余两个参数。步骤如下： 选择最大加速度 通常，am a x值按浇铸机械手类型和结构特点选取，同时要考虑速度与载荷大小。 对于重载低速浇铸机械手，- am a x取 5 m / s 2以下，对于轻载高速浇铸机械手，- a m a x 取 5 1 0 m / s 2 计算沿运动方向作用在活塞上的外力 F 水平运动时： 27 F = PSA - Ff （5 . 1 ） = 0 . 2 5 1 0 3 3 . 6 2 - 7 = 1 3 8 N 计算残余速度 V r V r = VO/ 1 - am a xm / F （5 . 2 ） = 0 . 1 / 0 . 6 4 = 0 . 1 5 m / s 第六章 浇铸机械手的控制 控制系统是浇铸机械手的重要组成部分。在某种意义上讲，控制系统起着与 人脑相似的作用。浇铸机械手的手部、腕部、臂部等的动作以及相关机械的协调 动作都是通过控制系统来实现的。主要控制内容有动作的顺序，动作的位置与路 径、动作的时间。 浇铸机械手要用来代替人完成某些操作，通常需要具有图 6 . 1所示的机能 3 。 实现上述各种机能的控制方式有多种多样。浇铸机械手的程序控制方式可分 为两大类，即固定程序控制方式和可变程序控制方式。 本课题所用的是固定程序控制类别的机械式控制。 常用凸轮和杠杆机构来控制浇铸机械手的动作顺序、时间和速度。一般常与 驱动机构并用，因此结构简单，维修方便，寿命较长，工作比较可靠。适用于控 制程序步数少的专用浇铸机械手。 28 图 6 . 1浇铸机械手的控制机能 操作机能 检测、识别机能 控制机能 示教机能 动作控制机能 动作顺序控制机 运动控制机能 29 第七章 浇铸机械手的组成与分类 7.1 浇铸机械手组成 浇铸机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统组成。 9 （1 、 ）执行机构：包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构如 7 . 1所示。 图 7 . 1机构简图 30 手部：是浇铸机械手与工件接触的部件。由于与物体接触的形式不同，可分为 夹持式和吸附式手部。由于本课题的工件是圆柱状棒料，所以采用夹持式。由 手指和传力机构所构成，手指与工件接触而传力机构则通过手指夹紧力来完成 夹放工件的任务。 手腕：是联接手部和手臂的部件，起调整或改变工件方位的作用。 手臂：支承手腕和手部的部件，用以改变工件的空间位置。 立柱：是支承手臂的部件。手臂的回转运动和升降运动均与立柱有密切的联系。 浇铸机械手的立柱通常为固定不动的。 机座：是浇铸机械手的基础部分。浇铸机械手执行机构的各部件和驱动系统均 安装于机座上，故起支承和联接的作用。 （2 、 ）驱动系统：浇铸机械手的驱动系统是驱动执行运动的传动装置。常用的有 液压传动、气压传动、电力传动和机械传动等四种形式。 （3 、 ）控制系统：控制系统是浇铸机械手的指挥系统 ，它控制驱动系统，让执行 机构按规定的要求进行工作，并检测其正确与否。一般常见的为电器与电子回路 控制，计算机控制系统也不断增多。 7.2 浇铸机械手分类 （1 、 ）根据所承担的作业的特点，工业浇铸机械手可分为以下三类： 承担搬运工作的浇铸机械手：这种浇铸机械手在主要工艺设备运行时，用 来完成辅助作业，如装卸毛坯、工件和工夹具。 生产工业用浇铸机械手：可用于完成工艺过程中的主要作业，如装配、焊 接、涂漆、弯曲、切断等。 通用工业浇铸机械手：其用途广泛，可以完成各种工艺作业。 （2 、 ）按功能分类 专用浇铸机械手： 它是附属于主机的具有固定程序而无独立控制系统的机 31 械装置。专用浇铸机械手具有动作少，工作对象单一，结构简单，实用可 靠和造价低等特点，适用于大批大量的自动化生产，如自动机床，自动线 的上、下料浇铸机械手和“加工中心”附属的自动换刀浇铸机械手。 通用浇铸机械手：又称工业机器人。它是一种具有独立控制系统的机械装 置。具有程序可变、工作范围大、定位精度高、通用性强的特点，适用于 不断变换品种的中小批量自动化的生产。 示教再现浇铸机械手：采用示教法编程的通用浇铸机械手。所谓示教，即 由人通过手动控制， “拎着”浇铸机械手做一遍操作示范，完成全部动作 后，其储存装置即能记忆下来。浇铸机械手可按示范操作的程序行程进行 重复的再现工作。 （3 、 ）按驱动方式分 液压传动浇铸机械手 气压传动浇铸机械手 机械传动浇铸机械手 （4 、 ）按控制方式分 固定程序浇铸机械手：控制系统是一个固定程序的控制器。程序简单， 程序数少，而且是固定的，行程可调但不能任意点定位。 可编程序浇铸机械手：控制系统是一个可变程序控制器。其程序可按需 要编排，行程能很方便改变。 第八章 浇铸机械手 S o l i d w o r k s三维造型 32 首先我要对 S o l i d w o r k s进行介绍一下，它是一种先进的，智能化的参变量式 C A D设计软件，在业界被称为“3 D机械设计方案的领先者” ，易学易用，界面友好， 功能强大，在机械制图和结构设计领域，掌握和使用 S o l i d w o r k s已经成为最基本 的技能之一。 与传统的 2 D机械制图相比，参变量式 C A D设计软件具有许多优越性，是当代 机械制图设计软件的主流和发展方向。传统的 C A D设计通常是按照一定的比例关 系，从正视，侧视，俯视等角度，根据投影，透视效果逐步绘出所需要的各个单 元，然后标注相应尺寸，这就要求制图和看图人员都必须具备良好的绘图和三维 空间想象能力。如果标注尺寸发生变化，几何图形的尺寸不会同步变更；如果改 变了几何图行，其标注尺寸也不会发生变化，还要重新绘制，标注，因此绘图工 作相当繁重。 参变量式 C A D设计软件，是参数式和变量式的统称。在绘制完草图后，可以加 入尺寸等数值限制条件和其他几何限制条件，让草图进入完全定义状态，这就是 参数式模式。由于软件自动加入了关联属性，如果修改了标注尺寸，几何图形的 尺寸就会同步更新。也可以暂时不充分的限制条件，让草图处于欠定义状态，这 就是变量式操作模态。 S o l i d w o r k s模形由零件，装配体和工程图等文件组成，没有生成零件之前的图纸 称为草图。由 2 D ，3 D草图直接生成 3 D模形和工程图时，如果修改了草图的标注 尺寸，其 3 D模形和工程图会同步更新；相反，如果修改了工程图的标注尺寸，其 3 D模形和草图也会同步更新。软件使用起来非常方便，大大减少了设计人员的工 作量，提高了工作效率。 通常，从打开一个零件文件或建立一个新零件文件开始，绘制草图、生成基体 特征、然后在模型上添加更多的特征，生成零件。也可以从其他软件导入曲面或 几何实体开始，编辑特征，生成零件和装配体工程图。这是常用的设计方法，也 就是自下而上的设计方法。 草图绘制从零件文件开始，对于一个新的产品设计，要首先建立零件文件。 33 由于零件、装配体及工程图的相关性，所以当其中一个视图改变时，其他两个 视图也会自动改变。 S o l i d W o r k s 2 0 0 4允许自定义功能, 选择菜单栏中的“工具”- “选择”命令, 可 以显示. 定义”系统选项”和”文件属性”选项卡. S o l i d W o r k s 2 0 0 4可以自动保存工作. 自动恢复功能可以自动保存零件, 装配体 或工程图文件的信息, 在系统死机时不会丢失数据. 如果设定此选项, 则选择”工 具”_ ”选项”菜单命令. 在”系统选项”选项卡上, 单击”备份”选项, 选择”每 ( n ) 次更改后, 自动恢复信息”复选框, 然后设定信息自动保存前应发生的变更次 数. S o l i d W o r k s 2 0 0 4具有很强的文件交换功能, 可以输入, 输出数十种文件格式, 可 以与 A u t o C A D ，p r o / E N G I N E E R , S o l i d E d g e , C A M等软件很方便地进行文件交换。 S o l i d W o r k s 2 0 0 4在草图绘制模式及工程图中提供显示网格线和捕捉网格线功 能。 可 将 网 格 线 与 模 型 边 线 对 齐， 还 可 捕 捉 到 角 度 。网 格 线 和 捕 捉 功 能 在 S o l i d W o r k s 2 0 0 4 中不太使用，因为 S o l i d W o r k s是参变量软件，尺寸和几何关系已 提供了所需的精度。 8 . 1 上手爪造型 8 . 1 . 1 、上手爪的几何造型结构简析 从图 8 - 1可看出手爪为一个拉伸长出的基体板，其端面五段直线、一段圆弧、 一个导向槽和一个圆构成封闭的草图，并对其拉伸基体，然后再创建根除草图。 切除实体，可依据以下的顺序进行建模。 34 图 8 - 1上手爪 8 . 1 . 2 、创建上手爪 草图绘制 1 启动 S o l i d w o r k s后，单击“标准”工具栏上的“新建” （）命令按钮，或 选择“文件”“新建”菜单命令，打开“新建 S o l i d w o r k s文件”对话 框如图 8 - 2所示。 35 图 8 - 2新建 S o l i d w o r k s文件对话框 2 单击“零件”图标（或单击“高级”按钮，进入 T u t r i a l窗口，然后选择 “零件”图标） 。 3 单击“确定”按钮，这时就会创建一个新的零件文件。 首先要绘制草图，然后拉伸生成零件的基体特征。由于该草图是减速器正 箱体，为了保证对称，要先绘制中心线，然后利用中心线镜向草图。 4 在 F e t u r e . M a n a g e r设计树中选择前视基准面。 5 单击草图绘制工具栏的“草图绘制” （）命令按钮，此时在前视基准面上 打开一张草图。 6 单击草图绘制工具栏上的“中心线” （）命令按钮，将指针移到草图原点 处。当指针变为点时，表示指针正位于原点上。单击鼠标左键，向上移动 指针，生成中心线如图 8 - 3所示。 36 图 8 - 3绘制中心线 7 单击草图绘制工具栏上的“直线” （）命令按钮，或选择“工具”“草 图绘制实体”“直线”菜单命令，须绘制如图 8 - 4草图。指针形变笔形。 单击放置第一点，然后拖动拉出第一段，第二段（或直接绘制一个矩行） 37 图 8 - 4上手爪草图绘制 8 单击草图绘制工具栏上的“圆” （）命令按钮，或选择“工具”“草 图绘制工具”“圆”菜单命令， 绘制圆和圆孤。 9 草图为蓝色：表示欠定义，因此可以自由调动形状和大小。 1 0 . 单击标准工具栏的选择命令。选择上手爪的直线，双击此直线上的尺寸可 以任意改变它的数值，按其上手爪的零件图写入正确的尺寸。 拉伸基体特征 通过拉伸所绘制的草图来生成基体的操作步骤如下： 1 单 击 “ 特 征 ” 工 具 栏 上 的 “ 拉 伸 凸 台 基 体” （） 命 令 按 钮 ， 拉 伸 P r o p e r t y M a n a g e r 出现。 2 在“方向 1 ”组框中，执行如下操作。 将终止条件设置为“给定深度” 。设置深度为 5 2 m m 。可使用方向键或直接输 入数值来增加数值。图形区域中显示拉伸的预览。 3 单击确定按钮，生成拉伸。新特征“拉伸 1 ”出现在 F e a t u r e M a n a g e r设计 树中和图形区域如图 8 - 5 。 图 8 - 5拉伸基体 4 单击 F e a t u r e M a n a g e r设计树中“拉伸 1 ”旁的加号，用于拉伸特征的“草 38 图 1 ”现已列在特征的下面。 5 单击标准工具栏上的保存命令按钮，在“文件名”文本框中键入“上手爪” ， 单击“保存”按钮。 6 选中拉伸表面，单击草图绘制工具栏的“草图绘制” （）命令按钮，此时 在拉伸表面上打开一张草图如图 8 - 6所示。 图 8 - 6拉伸表面草图 7 单 击 “ 特 征 ” 工 具 栏 上 的 “ 切 除 凸 台 基 体 ” （） 命 令 按 钮 ， 切除 P r o p e r t y M a n a g e r 出现。 8 在“方向 1 ”组框中，执行如下操作。 将终止条件设置为“给定深度” 。设置深度为 3 3 m m 。可使用方向键或直接输 入数值来增加数值。图形区域中显示拉伸的预览。 单击确定按钮，生成切除。新特征“切除 1 ”出现在 F e a t u r e M a n a g e r设计树 中和图形区域如图 8 - 7 39 图 8 - 7切除凸台基体 9 . 同理挖两个圆柱如图 8 - 8所示 图 8 - 8上手爪 8.2 螺栓的绘制 1 新建一个文件，并将其命名为“螺纹。S l d p r t ”. 2 调出模板库特征以建立派生螺栓。如图 8 - 9所示. 在一个空白文件中依次选择菜单“工具“/ ”F e a t u r e P a l a t t e ”命令。将弹出 “F e a t u r e P a l a t t e ”窗口，切换到“安装目录 d a t a p a l e t t e p a r t s H a r d w a r e ” 下，按住鼠标左键，将法兰螺栓拖到空白文件的图形区域，弹出一样询问对话框 询问是否建立一个派生零件。单击”是“按扭，绘图区出现了一个法兰螺栓。 40 图 8 - 9派生螺栓 3 . 编辑特征管理器中箭头的“f l a n g e . b o l t ”名称，在弹出的快捷菜单中选择 “关联中编辑” 命令， 该调色板特征分解为所包含的单个特征。 右击 “T h r e a d C u t ” 的名称，在弹出的快捷键菜单中选择“编辑草图”命令，将值为 0 . 0 5 m m的尺寸 D 1 修改为 1 . 3 0 m m , 并单击确定“命令按扭. ” 如图 8 - 1 0所示 41 图 8 - 1 0螺栓 4 . 添加螺纹主体