光轴生产线专用气压搬运机械手设计【三维图】.zip
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光轴生产线专用气压搬运机械手设计
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光轴生产线专用气压搬运机械手设计【三维图】.zip,光轴生产线专用气压搬运机械手设计
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!【包含文件如下】【机械类设计类】CAD图纸+word设计说明书.doc【需要咨询购买全套设计请企鹅97666224】.bat1.txt1毕业设计（论文）任务书.doc3毕业设计（论文）开题报告.docsolidworks三维光轴生产线专用气压搬运机械手设计.doc大齿轮.dwg小齿轮.dwg手爪-A1.dwg手臂联接座 A0.dwg标准腰关节回转轴 A1.dwg气动原理图-1号.dwg腰部装配 A0.dwg装配图A0.dwg轴套 A4.dwg摘 要机械手是机械化、自动化的产物。在现代生产过程中，机械手被广泛应用在自动生产线上，机器人的研制和生产已成为高技术领域，新技术的迅速发展，促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的结合。虽然机械手不如人力一样灵活，但它要重复劳动和劳动，不累，不怕危险，抓取比单手重的大特点。因此，机械手一直受到许多部门的重视，并得到越来越广泛的应用。中国的机械已成为机械制造业中发展最快的行业之一。在中国的机械行业高速发展的主要因素有两个：一是高技术装备的需求所带来的设备更新和淘汰陈旧设备；二是国内加工行业的快速发展，对机械需求旺盛。关键词：机械手, 气动加紧手，上下料，提升AbstractManipulator is a new device developed in the process of mechanization and automation. In the modern production process, the manipulator has been widely used in automatic production line, the development and production of robots has become the field of high technology, a new technology developed rapidly, it has promoted the development of mechanical hand, the manipulator can be better achieved with the combination of mechanization and automation. Although the mechanical hand is inferior to manpower as flexible, but it has to repeat work and labor, not tired, not afraid of danger, snatch heavy power than one hand big characteristics. Therefore, the manipulator has been subject to many departments, and has been applied more and more widely. Chinas plastic machinery has become one of the fastest growing industries in the machinery manufacturing industry. There are two main factors of high-speed development of plastic machinery industry in China: one is brought on high - tech equipment needs the equipment update and the elimination of obsolete equipment; two is the rapid development of domestic plastics processing industry, strong demand for plastic machinery.Key words: manipulator, pneumatic step up hand, up and down, upgrade目 录摘 要IIAbstractIII目 录IV第1章 绪论11.1 机械手概述11.2 机械手的组成和分类11.3 国内外发展状况11.4 课题的提出及主要任务11.5 课题的主要任务2第2章设计要求与方案42.1 拟定设计要求42.2 基本思路与方案42.2.1 机械结构分析42.2.2 总体思路设计42.2.3基本参数的选择52.3 机构设计52.4 零件材料的选择62.5气机械手动力的选择6第3章机械手重要部分设计93.1夹持器结构设计与校核93.1.1夹持器种类93.1.2夹持器设计计算103.1.3夹持器校核113.2升降方向设计计算113.2.1 初步确系统压力113.2.2 升降气缸计算123.2.3 活塞杆的计算校核143.2.4 气缸工作行程的确定153.2.5 活塞的设计163.2.6 导向套的设计与计算163.2.7 端盖和缸底的计算校核173.2.7 缓冲装置的设计183.2.8 气缸的选型183.3 水平方向设计计算203.3.1 水平方向计算203.3.2 气缸的选型203.4底座回转机构设计计算223.4.1 回转部位负载计算校核223.4.2 马达的选型243.5机身结构的设计校核253.5.1 马达的选择253.5.2 螺柱的设计与校核263.5.3 机座的机械结构273.6气动机械手的定位及平稳性确定283.6.1常用的定位方式283.6.2影响平稳性和定位精度的因素28第4章 气动驱动系统设计314.1手部抓取缸314.2总体系统图33总 结34参考文献35致 谢36毕业设计任务书设计题目： 光轴生产线专用气压搬运机械手设计 专 业： 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 年 月 日1毕业设计的目的：机械手是机械化、自动化的产物。在现代生产过程中，机械手被广泛应用在自动生产线上，机器人的研制和生产已成为高技术领域，新技术的迅速发展，促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的结合。2毕业设计的内容和要求：本课题将要完成的主要任务如下:(1)机械手为上料机械手，夹持棒料.(2)选取机械手的座标型式和自由度(3)设计出机械手的各执行机构，包括:手部、手腕、手臂等部件的设计。为了使通用性更强，手部设计成可更换结构。(4)气压传动系统的设计本课题将设计出机械手的气压传动系统，包括气动元器件的选取，气动回路的设计，并绘出气动原理图。3毕业设计成果的要求（包括成果的形式、数量等）：三维建模，导出二维工程图，编制论文，只做答辩PPT 4主要参考文献（15篇左右）：1李超，气动通用上下料机械手的研究与开发J.陕西科技大学，20032陆祥生，杨绣莲.机械手M.中国铁道出版社,1985.13张建民.工业机械人M.北京：北京理工大学出版社,19924史国生.PLC在机械手步进控制中的应用J.中国工控信息网,2005.15李允文.工业机械手设计M.机械工业出版社,1996.46蔡自兴.机械人学的发展趋势和发展战略J.机械人技术,2001，47周洪.气动技术的新发展J.液压气动与密封,1999，48金茂青，曲忠萍，张桂华.国外工业机械人发展的态势分析J.机械人技术与应用,20019王雄耀.近代气动机械人（机械手）的发展及应用J.液压气动与密封,1999，510李明.单臂回转机械手设计J.制造技术与机床，2004.11张军，封志辉.多工步搬运机械手的设计M.机械设计,2004.4：2112ColeThompsonAssociates.“DirectoryofIntelligentBuildings” J.1999.13EsterDysonAdesignforlivingintheDigitalAgeJRELEASE20：1997.14吴涛、李德杰，虚拟装配技术，彭城职业大学学报J. 2001，16（2）：99-102.15叶修梓、陈超祥，ProE基础教程：零件与装配体M.机械工业出版社，2007.5毕业设计（实习）工作进度计划：起 迄 日 期工 作 内 容一、准备工作二、实习阶段三、毕业设计四、验收审改五、毕业答辩6. 院系审查意见系主任审查意见：系主任签字： 年 月 日学院教学指导委员会意见：负责人签字： 年 月 日- 3 -毕业设计(论文)题 目： 光轴生产线专用气压搬运机械手设计 院 （系）： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师单位： 姓 名： 职 称： 2017年 3月 18日摘 要机械手是机械化、自动化的产物。在现代生产过程中，机械手被广泛应用在自动生产线上，机器人的研制和生产已成为高技术领域，新技术的迅速发展，促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的结合。虽然机械手不如人力一样灵活，但它要重复劳动和劳动，不累，不怕危险，抓取比单手重的大特点。因此，机械手一直受到许多部门的重视，并得到越来越广泛的应用。中国的机械已成为机械制造业中发展最快的行业之一。在中国的机械行业高速发展的主要因素有两个：一是高技术装备的需求所带来的设备更新和淘汰陈旧设备；二是国内加工行业的快速发展，对机械需求旺盛。关键词：机械手, 气动加紧手，上下料，提升29AbstractManipulator is a new device developed in the process of mechanization and automation. In the modern production process, the manipulator has been widely used in automatic production line, the development and production of robots has become the field of high technology, a new technology developed rapidly, it has promoted the development of mechanical hand, the manipulator can be better achieved with the combination of mechanization and automation. Although the mechanical hand is inferior to manpower as flexible, but it has to repeat work and labor, not tired, not afraid of danger, snatch heavy power than one hand big characteristics. Therefore, the manipulator has been subject to many departments, and has been applied more and more widely. Chinas plastic machinery has become one of the fastest growing industries in the machinery manufacturing industry. There are two main factors of high-speed development of plastic machinery industry in China: one is brought on high - tech equipment needs the equipment update and the elimination of obsolete equipment; two is the rapid development of domestic plastics processing industry, strong demand for plastic machinery.Key words: manipulator, pneumatic step up hand, up and down, upgrade目 录摘 要IIAbstractIII目 录IV第1章 绪论11.1 机械手概述11.2 机械手的组成和分类11.3 国内外发展状况11.4 课题的提出及主要任务11.5 课题的主要任务2第2章设计要求与方案42.1 拟定设计要求42.2 基本思路与方案42.2.1 机械结构分析42.2.2 总体思路设计42.2.3基本参数的选择52.3 机构设计52.4 零件材料的选择62.5气机械手动力的选择6第3章机械手重要部分设计93.1夹持器结构设计与校核93.1.1夹持器种类93.1.2夹持器设计计算103.1.3夹持器校核113.2升降方向设计计算113.2.1 初步确系统压力113.2.2 升降气缸计算123.2.3 活塞杆的计算校核143.2.4 气缸工作行程的确定153.2.5 活塞的设计163.2.6 导向套的设计与计算163.2.7 端盖和缸底的计算校核173.2.7 缓冲装置的设计183.2.8 气缸的选型183.3 水平方向设计计算203.3.1 水平方向计算203.3.2 气缸的选型203.4底座回转机构设计计算223.4.1 回转部位负载计算校核223.4.2 马达的选型243.5机身结构的设计校核253.5.1 马达的选择253.5.2 螺柱的设计与校核263.5.3 机座的机械结构273.6气动机械手的定位及平稳性确定283.6.1常用的定位方式283.6.2影响平稳性和定位精度的因素28第4章 气动驱动系统设计314.1手部抓取缸314.2总体系统图33总 结34参考文献35致 谢36 第1章 绪论1.1机械手概述工业 机 器 人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备.1.2机械手的组成和分类(一)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。1、手部即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。夹持式手部由手指(或手爪)和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。(二)驱动系统驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的动力装置，通常由动力源、控制调节装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动。(三)控制系统控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。控制系统有电气控制和射流控制两种，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。(四)位置检测装置控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置。1.3国内外发展状况国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势:(1)工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的65万美元。(2)机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化:由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。(3)工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化;器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构:大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。(4)机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制;多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。1.4课题的提出及主要任务随着 工 业 自动化程度的提高，工业现场的很多易燃、易爆等高危及重体力劳动场合必将由机器人所代替。这一方面可以减轻工人的劳动强度，另一方面可以大大提高劳动生产率。例如，目前在我国的许多中小型汽车生产以及轻工业生产中，往往冲压成型这一工序还需要人工上下料，既费时费力，又影响效率。为此，我们把上下料机械手作为我们研究的课题。1.5课题的主要任务本课题将要完成的主要任务如下:(1)机械手为上料机械手，夹持棒料.(2)选取机械手的座标型式和自由度(3)设计出机械手的各执行机构，包括:手部、手腕、手臂等部件的设计。为了使通用性更强，手部设计成可更换结构。(4)气压传动系统的设计本课题将设计出机械手的气压传动系统，包括气动元器件的选取，气动回路的设计，并绘出气动原理图。 第2章设计要求与方案2.1 拟定设计要求1、根据要求设计气动机械手设计整套图纸；2、机械手能实现伸缩手300mm和升降功能500mm；3、机械手能实现转向90度和定位功能；4、机械手能实现抓紧和松开功能。2.2设计的基本思路2.2.1 机械结构分析机械手是生产过程自动化，实现提高劳动生产率的一种强有力的工具。同样在生产过程中自动化，各种机械化，自动化的经济和技术的综合分析，机械手是否合适判断。所以完成机械手的设计，一般是先这样的工作：（1）造成机械手的使用情况，明确机械手的目的和任务。（2）分析机械手所在的系统的工作环境。（3）仔细分析系统的工作的要求，机械手的基本功能和方案，例如机械手的自由度数，动作速度，定位精度，自由泳重量等。并且，气动抓取物体的质量，形状和尺寸及生产乐途等状况确认手手爪形式和机械的抓取工件的部位和握力尺寸。对此，我做了如下分析：（1）本设计课题物质气动机械手设计，机械两物输送机械手。机械手，在使用时，非常宽广，相关物质的状态，运营线的环境等因素中，我所拥有的理论知识和能力，我选择非量产的小型物体加工线上的材料的气动机械手。我选择（2）的机械手是非量产的小型物体加工线上的材料的气动机械手，机械手所在的系统的工作环境一定会寻求工厂，精度高，FT率低、速度快。2.2.2 总体思路设计图2 总体设计框图图2总设计图，说明如下：(1) 控制系统：任务是手的工作而机械指令程序和传感器归还的信号，控制机械手的执行机关，完成规定的运动和功能。主要设计目标的CPU的选择，CPU的程序编制调试等。(2) 驱动传动系统：系统工作的驱动装置。(3) 机械系统：包括实体，机器人扶手、手腕、手手爪。需要确定其自由度、坐标形式计算具体结构。(4) 也就是说传感器检测系统的选择及具体作用。2.2.3基本参数的选择1 .机械手的最大气物质的重量是它的主要参数。本论文物质气动机械手空气的材料的品质可以设定1吨。2 .运动速度直接影响机械手的动作速度和机械手的动作的稳定性，所以运动速度也材料气动机械手的主要基本参数。设计速度太低的话，无法满足的机械手的动作的功能限制机械手的使用范围。设计速度增强机械手的高负荷的机械手动作的稳定性的影响。三点伸缩日程决定工作半径是机械手工的范围及机械尺寸的钥匙，手也机械设计的基本参数。3 .定位精度机械手的主要基本参数的一个。机械手精度低，完成不了的功能，精度高成本的增加。综合考虑，这种物质气动机械手的定位精度，设定为0.1毫米之间士士。材料的气动机械手的各部分基本参数上面已经知道物质气动机械手各关节的日程和时间决定分配。2.3 机构设计根据所设计的机械手的运动方式：机械臂的转动，机械臂的升降。根据上文所说的，机械手按照坐标的分类情况，选择圆柱坐标式机械手更为妥当。2.4 零件材料的选择机械手而手臂的材料手臂的工作情况选择，满足机械手的设计和制作的要求。设计的思想出发，机械的才干完成各种运动。所以，对材料的要求作为运动的零件，应有的轻型材料。另一方面，手臂运动过程中经常振动必然大幅降低其运动精度。所以选择材料的时候，质量，刚度，衰减综合考虑，从而有效手臂的动态性能提升。另外，机械手腕材料和一般的构造材料不同。机械的手腕，是一种抑制伺服机构，必须考虑其控制性。手臂材料，控制性和材料的加工性、结构、品质等的性质一起考虑。总之，选择机器手腕的材料的综合考虑，强度，刚度，重量和弹性，耐震性和外观和价格等的要素。一些常用的手腕介绍机械材料：（1）的碳合金钢结构钢结构等高张力钢：这些材料的强度好，尤其是合金钢结构强度增加了45倍，弹性模量E大，抗变形力很高，最广泛的材料，（2）铝、铝合金及其他轻合金材料：其共同的特点是重量轻、弹性模量E不大，但是小材料的密度，E / p的比例钢材相比，（3）陶瓷器：陶瓷材料的优秀的质量，但是脆性很大，加工型是不好的，金属等部件连接的接合部特殊设计。但是，日本己试制的小型高速机械手使用陶瓷机械手腕的样品，本文从设计的机械手的角度来看，选用材料不需要大负荷能力也不需要的高弹性率和抗变形能力考虑，另外材料的成本，加工性等因素。评价了各种因素结合工作状况的条件下，预备选举铝合金材料和机器臂。2.5 气机械手动力的选择机械手常用的驱动方式主要是气动驱动，气动驱动马达驱动和4种基本形式。但是和气动驱动相比，电力小，气动驱动的能源，构造相对简单速度不易控制，精度高。马达驱动能源简单，速度与位置的高精度的，使用方便，噪音低，机关速度变化范围大，效率高，控制柔软。气动驱动的特点是输出大省，结构简单，减速装置，响应速度快，高精度的。但是有空气源，而且容易发生气体泄漏。最初，我先选择马达驱动构造，经常机械手的升降运动运用纯机械结构是理想的螺桨效应。机械臂旋转的话使用气动和气动驱动必须旋转气动和回转油缸，相对复杂的构造不同设计。所以方案，分成两个部分驱动方式。其中，机器人臂旋转驱动的驱动方式，通过旋转驱动马达驱动齿轮连锁，机器人扶手的伸缩，升降和机械手的抓取，气动驱动方式。第3章 机械手重要部分设计3.1夹持器结构设计与校核3.1.1夹持器种类1 .连杆杠杆式手手爪这手用手爪活塞的推力下，连杆和杆的手手爪发生夹紧（放松）的运动，杠杆力量的放大作用可能产生这双手，手爪较大的夹紧力。通常和弹簧共同使用。楔杠杆式手手爪2。利用楔和杠杆实现手手爪的松，打开，实现自由泳。齿条和amp；小齿轮式手手爪3。这手手爪活塞推进架，架驱动齿轮旋转，手手爪夹紧和放松动作。射门式手手爪4。前活塞运动时，射门销推进手手爪合并，夹紧动作和夹紧力在后面，活塞运动时，手爪放开手。这手手爪开闭行程较大，适应大小不同的物体爬行。平行杠杆式手手爪5。不需要导游保证手手爪的两手指平行运动平行四边形机构采用，因此，轨道的平行移动手手爪带有更多的摩擦小结合的具体的工作情况，采用连杆杠杆式手手爪。驱动活塞来回移动，活塞杆端部架，中间架和扇形机架扩大或手指悬挂。手指的最小的开度是加工工作的直径调整定。这个设计的东西用绳索捆绑最大直径50mm的设计。a .适当夹紧力手的工作的时候，应该拥有适当的夹紧力，以确保稳定性和可靠性高的支持，变形小，工作是损坏加工面。刚性拙劣的工作夹紧力的大小是设计可以调节，沉重的工作应该考虑采用自锁安全装置。b .充分的开关范围工作时，手指的开关位置最大是量的变化称为开关范围。支持类手的手指张开和关闭装置。操作开关角度和手指夹紧边长度表示。手的手指回转型开关范围，手指开关范围的要求和许多因素关于c .追求结构简单，小型轻量运动状态作时变化，其结构，重量和体积的直接影响整个气动机械手的构造重，定位精度，运动速度等的性能。手手前端，工设计、手追求时，需结构简单，小型轻量。d .手指应该一定的强度和刚度所以送，采用最常用外盒式两手指钳手爪，夹紧方式时期结束仪式弹簧式离合器、夹紧气动机械手，使工件的形状，松开，单作用式缸。这个构造简单，制造方便。气缸右腔停止进时，气缸右腔进时松开工件。3.1.2夹持器设计计算手爪要能抓起工件必须满足： （3-6）式中，-为所需夹持力；-安全系数，通常取1.22；-为动载系数，主要考虑惯性力的影响可按估算，为机械手在搬运工件过程的加速度，为重力加速度；-方位系数，查表选取；-被抓持工件的重量 10；带入数据，计算得： ；理论驱动力的计算： （3-7）式中，-为柱塞缸所需理论驱动力；-为夹紧力至回转支点的垂直距离；-为扇形齿轮分度圆半径；-为手指夹紧力；-齿轮传动机构的效率，此处选为0.92；其他同上。带入数据，计算得 计算驱动力计算公式为： （3-8）式中，-为计算驱动力；-安全系数，此处选1.2；-工作条件系数，此处选1.1； 而气缸的工作驱动力是由缸内压提供的，故有 （3-9）式中，-为柱塞缸工作压；-为柱塞截面积；选取缸内径为50mm3.1.3夹持器校核活塞杆直径查气动传动与控制手册根据杆径比d/D，一般的选取原则是：当活塞杆受拉时，一般选取d/D=0.3-0.5，当活塞杆受压时，一般选取d/D=0.5-0.7。本设计选择d/D=0.7，d=35 mm=9616N377N计算所得的力远远大于实际所需要的力，所以满足要求。经计算，所需的压约为： (后续章节进行介绍)3.2升降方向设计计算3.2.1 初步确系统压力表3-1 按负载选择工作压力1负载/ KN50工作压力/MPa1.25，满足最低速度的要求。2.活塞杆强度计算： 90mm （4-4）式中 许用应力；（Q235钢的抗拉强度为375-500MPa，取400MPa，为位安全系数取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，适应气缸的安装要求，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。4.活塞杆的密封与防尘活塞杆的密封形式有Y形密封圈、U形夹织物密封圈、O形密封圈、V形密封圈等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/f9选取。薄钢片厚度为0.5mm。为方便设计和维护，本方案选择O型密封圈。3.2.4 气缸工作行程的确定 气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4-4选取标准值。气缸活塞行程参数优先次序按表4-4中的a、b、c选用。表4-4（a）气缸行程系列（GB 2349-80）62550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000表4-4（b） 气缸行程系列（GB 2349-80）6 40 6390110140180220280360450550700900110014001800220028003600表4-4（c） 气缸形成系列（GB 2349-80）6240260300340380420480530600650750850950105012001300150017001900210024002600300034003800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3-8，可选取气缸的工作行程为1050mm。3.2.5 活塞的设计由于活塞在气动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，会引起气缸内部泄露，降低容积效率，使气缸达不到要求的设计性能。考虑选用O型密封圈。3.2.6 导向套的设计与计算1.最小导向长度H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。影响气缸工作性能和稳定性。因此，在设计时必须保证气缸有一定的最小导向长度。根据经验,当气缸最大行程为L,缸筒直径为D时,最小导向长度为: （4-5）一般导向套滑动面的长度A，在缸径小于80mm时取A=(0.61.0)D，当缸径大于80mm时取A=(0.61.0)d.。活塞宽度B取B=(0.61.0)D。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4-1)来增加H值。隔套K的宽度。图4-1 气缸简图因此:最小导向长度，取H=9cm；导向套滑动面长度A=活塞宽度B=2.导向套的结构 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。3.2.7 缓冲装置的设计 气缸的活塞杆（或柱塞杆）具有一定的质量，在气动力的驱动下运动时具有很大的动量。在它们的行程终端，当杆头进入气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气缸和整个气动系统的强度及正常工作。缓冲装置可以防止和减少气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。 当气缸中活塞活塞运动速度在6m/min以下时，一般不设缓冲装置，而运动速度在12m/min以上时，不需设置缓冲装置。在该组合机床气动系统中，动力滑台的最大速度为4m/min,因此没有必要设计缓冲装置。3.27 气缸的选型经过比较，参考市场上的气缸类型，选择一种可靠优质的气缸产品的生产商速易可（上海）有限公司/about_us.asp。速易可气动（上海）有限公司成立于2004年，从事于空压零组件和设备研 究、生产、销售的自动化厂商，产品以TONAB品牌营销国内外市场，产品主要有空气净化组件、气动控制组件、气动执行组件、辅助组件、空压设备。根据上节计算，在这选择YAM63.3.3 水平方向设计计算3.3.1 水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10kg，长度l =100mm。如图3.4所示。 (1)计算扭矩4 (2)气缸（伸缩）及其配件的估算扭矩 4F =10000N S =1m（最大行程时）带入公式2.9得=10000101 =100000（NM） 由于水平方向的气缸与升降方向的有些类似，在此不在一一列举3.4底座回转机构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360 角速度=45/s3.4.1 回转部位负载计算校核.若传动负载作回转运动负载额定功率： （3-24）负载加速功率： （3-25）负载力矩（折算到马达轴）： （3-26）负载GD（折算到马达轴）： （3-27）起动时间： （3-28）制动时间： （3-29） 式中，-为额定功率，KW；-为加速功率，KW；-为负载轴回转速度，r/min；-为马达轴回转速度，r/min；-为负载的速度，m/min；-为减速机效率；-为摩擦系数；-为负载转矩（负载轴），；-为马达启动最大转矩，；-为负载转矩（折算到马达轴上），；-为负载的，；-为负载（折算到马达轴上），；-为马达的，；具体到本设计，因为步进马达是驱动腰部的回转，传递运动形式属于第二种。下面进行具体的计算。 因为腰部回转运动只存在摩擦力矩，在回转圆周方向上不存在其他的转矩，则在回转轴上有； （3-30）式中，-为滚动轴承摩擦系数，取0.005；-为机械手本身与负载的重量之和，取100；-为回转轴上传动大齿轮分度圆半径，R=240；带入数据，计算得 =0.12； 同时，腰部回转速度定为=5r/min；传动比定为1/120；且， 带入数据得： =10.45667。将其带入上（3-24）（3-30）式，得： 启动时间 ； 制动时间 ；折算到马达轴上的负载转矩为：。3.4.2 马达的选型 根据参数，选型为BM-R100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。气动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5。手臂的伸缩速度为200m/s行程L=1000mm(1)手臂右腔流量，公式（3.7）得： =100040 =1004800mm/s =0.1/10m/s =1000ml/s(2)手臂右腔工作压力，公式（3.8） 得： （3.12）式中：F 取工件重和手臂活动部件总重， F =1000kg，=10000N。 (4)由初步计算选泵所需气动最高压力 P =10Mpa所需气动最大流量 Q =1000ml/s3.5机身结构的设计校核臂部和机身的配置形式基本上反映了气动机械手的总体布局。本课题气动机械手的机身设计成机座式，这样气动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，多见于回转型气动机械手。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7-9。3.5.1 马达的选择机身部使用了两个马达，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马达安装在肋板上，带动机身回转的马达安装在混凝土地基上。带动臂部升降的马达：初选上升速度 V =100mm/s P =6KW所以转/分3.5.2 螺柱的设计与校核螺杆是气动机械手的主支承件，并传动使手臂上下运动。螺杆的材料选择：从经济角度来讲并能满足要求的材料为铸铁。螺距 P =6mm 梯形螺纹螺纹的工作高度 h =0.5P （3.17）=3mm螺纹牙底宽度 b =0.65P=0.656=3.9mm （3.18）螺杆强度11 （3.19）=3050Mpa螺纹牙剪切 =40弯曲=4555(1)当量应力 (3.20)式中 T传递转矩Nmm螺杆材料的许用应力 所以代入公式（3.20）得： 6225025d12+11236900d16101262250250.0292+112369000.02961012即16471pa535340pa合格(2)剪切强度 （旋合圈数） （3.21） （3.22） =206.8103pa =0.206Mpa=40Mpa(3)弯曲强度=0.48Mpa=45Mpa合格3.5.3 机座的机械结构带动机身回转的马达：初选转速 W =60/s N =1/6转/秒=10转/分由于齿轮 I =3减速器 I =30所以 n =10330=900转/分机座的机械结构如图3.9所示:图3.9 机座结构图3.6气动机械手的定位及平稳性确定3.6.1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。当气动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0.5mm，若定位时关闭驱动路而去掉工作压力，这时气动机械手可能被挡块碰回一个微小距离，因而定位精度变低12。3.6.2影响平稳性和定位精度的因素气动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)精度气动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)刚度气动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气动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)驱动源气动的压力波动及电压、温的波动都会影响气动机械手的重复定位精度。因此，采用必要的稳压及调节气动措施。(7)控制系统开关控制、电气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13。本课题所采用的定位精度为机械挡块定位。第4章 气动驱动系统设计气动控制室自动送料机构的一种主要的控制形式。自动送料机构的运动速度和操作室根据气体的流量与压力来确定，因而只要控制气的流量和压力，就可以控制自动送料机构的运动速度和操作力，气动压力一般在5140公斤/厘米范围内，最大臂力可达160公斤以上。主要优点：(1)气动执行元件(马达和气缸)结构紧凑，重量轻，功率小。(2)可通过空气带走大量热能，保证机械的正常运行。(3)气动元件有直线位移式和旋转式二种，适用范围较广，其控制速度的区间也比较宽。只要通过阀和泵的调节就能实现开环和闭环的控制系统。(4)响应速度比较快，能高速启动，制动和反向，无后滞现象。其力矩一惯量比也较大，因而其加速度能力较强。(5)气动元件于其他驱动元件相比，刚度较大，位置误差小，定位精度高，而且耐振动等。缺点:控制系统比较复杂，处理功率讯号的数学运算误差，检测，放大，测试和
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