冲压机械手--液压系统设计【3张CAD图纸】【优秀】

冲压机械手--液压系统设计

44页 12000字数+说明书+任务书+3张CAD图纸【详情如下】

A0液压泵站装配图.dwg

A1系统图.dwg

A2齿轮箱.dwg

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冲压机械手—液压系统设计

摘   要

机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。通过编程来完成各种动作，它的准确性和多自由度，保证了机械手能在各种不同的环境中工作。机械手在工业生产中应用较多，机械手的使用能够显著提高生产效率，减少人为因素造成的废次品率。机械手可以完成很多工作，它在自动化车间中用来运送物料，从事多种工艺操作。它的特点是通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器人的部分优点，尤其体现了人的灵活协调和机器人的精确到位。

机械手是在机械自动化生产中逐步发展出的一种新型装置。现代生产过程中机械手被广泛的应用到自动生产线中。机械手目前虽然不如人手的灵活多变，但它具有重复性，无疲劳，不惧危险，有大的抓举力量，因此越来越多的被广泛运用。

机械手技术涉及机械学、力学、自动控制技术、传感技术、电气液压技术，计算机可编程技术等，是一门跨学科综合技术。

本课题在执行机构由电动和液压组成的结构基础上将PLC应用于其自动控制系统，完成机械手系统的硬件及软件设                      

关键词  PLC；数控；自动卸料；机械手

目   录

摘   要I

第1章 绪论1

 1.1 课题背景1

 1.2机械手的发展2

 1.3机械手的分类2

   1.3.1按规格分类3

   1.3.2按用途分类3

 1.4 课题设计的目的及意义3

第2章 机械手概述4

 2.1 机械手的组成4

 2.2应用机械手的意义4

第3章 任务分析5

 3.1动作分析5

 3.2运动节拍5

 3.3总体方案5

   3.3.1方案一5

   3.3.2方案二5

 3.4方案比较5

 3.5本章小结5

第4章 总体设计6

 4.1 总体设计的思路6

 4.2 技术指标6

 4.3本章小结6

第5章 液压系统设计7

 5.1手指部分7

   5.1.1设计要求：7

   5.1.2工况分析：7

   5.1.3计算外负载：7

   5.1.4运行时间7

   5.1.5确定液压系统参数8

   5.1.6拟定液压系统原理图10

   5.1.7选择液压件10

   5.1.8压力损失验算11

 5.2手腕11

   5.2.1设计要求11

   5.2.2工况分析11

   5.2.3手腕驱动力矩的计算11

   5.2.4液压缸所产生的驱动力矩计算12

   5.2.5拟定的液压原理图为13

   5.2.6选择液压件13

   5.2.7压力损失验算14

 5.3手臂伸缩15

   5.3.1设计要求15

   5.3.2工况分析15

   5.3.3计算外负载15

   5.3.4运行时间15

   5.3.5确定液压系统参数16

   5.3.6拟定液压系统原理图18

   5.3.7选择液压件18

   5.3.8压力损失验算19

 5.4手臂回转19

   5.4.1设计要求19

   5.4.2工况分析19

   5.4.3手臂驱动力矩的计算19

   5.4.4液压缸所产生的驱动力矩计算20

   5.4.5拟定的液压原理图为21

   5.4.6选择液压件21

   5.4.7压力损失验算22

 5.5定位23

   5.5.1设计要求23

   5.5.2工况分析23

   5.5.3计算外负载23

   5.5.4运行时间23

   5.5.5确定液压系统参数24

   5.5.6拟定液压系统原理图25

   5.5.7选择液压件25

   5.5.8压力损失验算26

 5.6手臂升降27

   5.6.1设计要求27

   5.6.2工况分析27

   5.6.3计算外负载27

   5.6.4运行时间28

   5.6.5确定液压系统参数28

   5.6.6拟定液压系统原理图29

   5.6.7选择液压件29

   5.6.8压力损失验算30

 5.7确定油箱容量31

 5.8本章总结31

第六章PLC控制回路的设计32

 6.1电磁铁动作顺序32

 6.2 梯形图35

结论37

致谢38

参考文献39

课题背景

随着我国社会经济的迅猛发展，人民物质文化生活水平日益提高，随着工业自 动化的普及和发展,控制器的需求量逐年增大。为了改变落后的生产状态,缓解日趋紧 张的供求关系,我们就得研究开发机械手。 新中国成立特别是改革开放以来，我国社会主义现代化建设取得了举世瞩目的伟大成就。同时，必须清醒地看到，我国正处于并将长期处于社会主义初级阶段。全面建设小康社会，既面临难得的历史机遇，又面临一系列严峻的挑战。经济增长过度依赖能源资源消耗，环境污染严重；经济结构不合理，农业基础薄弱，高技术产业和现代服务业发展滞后；自主创新能力较弱，企业核心竞争力不强，经济效益有待提高。在扩大劳动就业、理顺分配关系、提供健康保障和确保国家安全等方面，有诸多困难和问题亟待解决。从国际上看，我国也将长期面临发达国家在经济、科技等方面占有优势的巨大压力。为了抓住机遇、迎接挑战，我们需要进行多方面的努力，包括统筹全局发展，深化体制改革，健全民主法制，加强社会管理等。与此同时，我们比以往任何时候都更加需要紧紧依靠科技进步和创新，带动生产力质的飞跃，推动经济社会的全面、协调、可持续发展。进入21世纪，我国作为一个发展中大国，加快科学技术发展、缩小与发达国家的差距，还需要较长时期的艰苦努力，同时也有着诸多有利条件。中华民族拥有5000 年的文明史，中华文化博大精深、兼容并蓄，更有利于形成独特的创新文化。只要我们增强民族自信心，贯彻落实科学发展观，深入实施科教兴国战略和人才强国战略，奋起直追、迎头赶上，经过15 年乃至更长时间的艰苦奋斗，就一定能够创造出无愧于时代的辉煌科技成就。科技工作的指导方针是：自主创新，重点跨越，支撑发展，引领未来。自主创新，就是从增强国家创新能力出发，加强原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新。重点跨越，就是坚持有所为、有所不为，选择具有一定基础和优势、关系国计民生和国家安全的关键领域，集中力量、重点突破，实现跨越式发展。支撑发展， 就是从现实的紧迫需求出发，着力突破重大关键、共性技术，支撑经济社会的持续协调发展。引领未来，就是着眼长远，超前部署前沿技术和基础研究，创造新的市场需求，培育新兴产业，引领未来经济社会的发展。这一方针是我国半个多世纪科技发展实践经验的概括总结，是面向未来、实现中华民族伟大复兴的重要抉择。要把提高自主创新能力摆在全部科技工作的突出位置。在对外开放条件下推进社会主义现代化建设，必须认真学习和充分借鉴人类一切优秀文明成果。改革开放 20 多年来，我国引进了大量技术和装备，对提高产业技术水平、促进经济发展起到了重要作用。但是，必须清醒地看到，只引进而不注重技术的消化吸收和再创新，势必削弱自主研究开发的能力，拉大与世界先进水平的差距。总之，必须把提高自主创新能力作为国家战略，贯彻到现代化建设的各个方面，贯彻到各个产业、行业和地区，大幅度提高国家竞争力。我国科学技术发展的总体目标是：自主创新能力显著增强，科技促进经济社会发展和保障国家安全的能力显著增强，为全面建设小康社会提供强有力的支撑；基础科学和前沿技术研究综合实力显著增强，取得一批在世界具有重大影响的科学技术成果，进入创新型国家行列，为在本世纪中叶成为世界科技强国奠定基础，形成比较完善的中国特色国家创新体系。

1.2机械手的发展

   机械手一般为三类：一是不需要人工控制的通用型机械手。它是不属于其他主机的独立装置。可以根据任务需要编制独立程序完成各项规定操作。它的特点是具备不同装置的性能之外还具备通用机械及记忆功能的三元型机械。二是需要人工操作的，起源于原子，军事工业。先是通过操作完成特定工序，后来逐步发展到无线遥控操作。第三类是专用机械手，通常依附于自动生产线上，用于机床的上下料和装卸工件。这种机械手国外叫做“Mechanical Hand”。它由主机驱动来服务，工作程序固定，一半是专用的。

   机械手首先是在美国开始研制。第一台机械手是在1958年美国联合控制公司研究制作出来的。结构是：主机安装一个回转长臂，长臂顶端有电磁 抓放机构。

   日本在工业上应用机械手最多，发展最快的国家，自1969年从美国引进两种机械手后开始大力研发机械手。

   前苏联自六十年代开始发展和应用，自1977年，前苏联使用的机械手一半来自国产一半来自进口。

   现代工业中，自动化在生产过程中已日趋突出，机械手就是在机械工业中为实现加工、装配、搬运等工序的自动化而产生的。随着工业自动化的发展，机械手的出现大大减轻了人类的劳动，提高了生产效率。采用机械手已为目前研究的热重点。

目前机械手在工业上主要用于机床加工、铸造，1.3机械手的分类

   现在对工业机械手的分类尚无明确标准，一般都从规格和性能两方面来分类。

1.3.1按规格分类

微型的—搬运重量在1公斤以下；

小型的—搬运重量在10公斤以下；

中型的—搬运重量在50公斤以下；

大型的—搬运重量在50公斤以上；

　　　目前大多数工业机械手能搬运的重量为1~30公斤，最小的为0.5公斤，最大的已达到800公斤。

1.3.2按用途分类

专用机械手

　　　附属于主机的，具有固定程序而无独立控制系统的机械装置，这种工业机械工作对象不变，手动比较简单，结构简单，使用可靠，适用于大批量生产自动线或专机作为自动上、下料用。

通用机械手

　　　具有独立控制系统，程序可变、动作灵敏、动作灵活多样的机械手。通用机械手的工作范围大，定位精度高，通用性强，适用于工件经常变换的中、小批量自动化生产。

1.4 课题设计的目的及意义

　　　自改革开放，我国经济高速发展，机械手早期应用在汽车制造业。当面临人工无法实现的工作时，机械手成为了替代人工的替代品。机械手的使用能够显著的提高生产效率，减少人为因素造成的废次品率。机械手可以完成很多工作，它在自动化车间中用来运送物料，从事多种工艺操作。它的特点是通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器人的部分优点，尤其体现了人的灵活协调和机器人的精确到位。

　　　随着科学技术的发展，人们对机械手的安全性，可靠性，准确性有了充分的认识，同时对其要求也越来越高。可编程控制器凭其稳定性，简单性，强大性成为了目前应用最广的工业自动化支柱之一。机械手概述

2.1 机械手的组成

机械手的形式是多样的，但是其基本的组成都是相似的。一般机械手由执行机构、传动机构，控制系统和辅助装置组成。

1.执行机构

执行机构由手、关节、手臂和支柱组成，与人体手臂相似。手为抓取机构，用于抓取工件。关节是连接手与手臂的关键性原件，具有多方位旋转特性。支柱用来支撑手臂，可做活动支柱方便机械手多方位移动。

2.传动机构

传动机构用于实现执行机构的动作。常用的有机械传动、液压传动、气压传动，电力传动等形式。

3.控制系统

机械手按照制定的程序，步骤，参数进行动作完成该指定工作要依靠控制系统来实现。

4.辅助装置

辅助装置主要是连接机械手各部分元件的装置。

2.2应用机械手的意义

随着科技的发展，机械手应用的越来越多。在机械工业中，机械手应用的意义概括如下：

1.提高生产过程自动化程度，增强生产效率。

   机械手方便与材料的传送、工件的装卸、刀具的更换等自动化过程，从而提高劳动生产率和降低劳动投入，从而降低生产成本。

2.改善劳动条件

   在车间的劳动环境下，高温、高压、噪音、灰尘等污染会严重影响人的身体健康，人在车间工作不可避免的会接触到危险，而应用机械手可以替代人安全的完成作业，从而改善劳动条件。

3.减少人力资源，便于节奏生产。

机械手的应用增强了自动化生产，会减少人力的使用。机械手可以长时间重复性连续完成工作，这是人工无法实现并完成的。生产线增加使用机械手以减少人力和精准的生产节拍，有利于节奏性的工作生产。

综上所述，机械手的合理利用是机械行业发展的必然趋势。

第3章 任务分析

3.1动作分析

   根据生产条件要求，机械手须把加工原料从输送带上取下，旋转

一定角度后将加工原料放入冲压机填料口，然后返回，重复这一动作。

3.2运动节拍

   插销定位—手臂前伸—手指抓料—手臂上升—手臂缩回—手腕回转—拔定位销—手臂回转—插定位销—手臂前伸—手臂下降—手指松开—手臂缩回—手腕回转—拔定位销—手臂回转—插定位销—手臂伸出。

3.3总体方案

3.3.1方案一

   插销定位—手臂前伸—手指抓料—手臂上升—手臂缩回—拔定位销—手腕回转、手臂回转—插定位销—手臂前伸—手臂下降—手指松开、手臂缩回—拔定位销—手腕回转、手臂回转—插定位销。

3.3.2方案二

   插销定位—手臂前伸—手指抓料—手臂上升—手臂缩回、手腕回转—拔定位销—手臂回转—插定位销—手臂前伸—手臂下降—手指松开—臂缩回—手腕回转—拔定位销—手臂回转—插定位销。

3.4方案比较

　　　按照方案一与方案二的行进方式均可完成加工原料的自动填充，但是从工作效率与经济性方面考虑还是应采用方案一。原因如下：方案一有效的把不做功行程与做功行程以及空行程之间结合在了一起，不仅完成了工作要求，而且提高了工作效率，也间接增加了经济效益。    

3.5本章小结

　　　本章主要介绍了机械手的运行要求，还有机械手在运行时的各动作节拍以及确定了机械手在正常运行时的动作规范。

总体设计

4.1 总体设计的思路

设计机械手基本上分为以下几个阶段：

   1.系统分析阶段

  （1）根据所设计的要求首先确定机械手的目的和任务；

  （2）分析机械手需要适应的工作环境；

  （3）根据机械手的工作要求，确定机械手的基本功能和方案          

   2.技术设计阶段

  （1）确定驱动系统的类型；

  （2）选择各部件的具体结构，进行机械手总装图的设计；

  （3）绘制机械手的零件图，并确定尺寸。

4.2 技术指标

1.最大抓取重量：10kg；

2.工件最大尺寸（长x宽x高）：1000×400×400；

3.最大操作范围：提升高度0.5m，回转角度60，行走范围<3m；

4.机械手的自由度：3—5；

5.定位精度：0.5—1mm；

6.装料高度：800—1000mm；

7.生产纲领：10万件/年，1—1.5min/件；

8.性能要求：抓取灵活，送放平稳，定位可靠，寿命不低于15年；

根据课题要求，本设计采用液压系统来控制机械手。

4.3本章小结

本章中主要介绍了液压系统的设计思路，包括系统分析阶段和技术设计阶段等。并且明确了机械手的设计要求，确定了设计方向。

第5章 液压系统设计

5.1手指部分

5.1.1设计要求

   平稳的抓取加工原料，在抓住加工原料后应保持夹紧状态。

5.1.2工况分析

工作循环为快进—慢进—夹紧—快退—原位停止，快进、快退速度均为0.1m/s、慢进速度为0.01m/s单行程为0.1m，加速、减速时间为0.2s，静、动摩擦因数为fs=0.1、fd=0.1，执行机构所需的负载力为900N，执行机构的重量为150N。　　　本课题所设计的机械手的操作过程是由电动机和液压缸组成执行机构作为驱动，系统采用可编程控制器控制，运用步进顺序控制编程，程序简单且便于调试。 通过PLC 本身通信接口与计算机联网，对现场操作的各项参数进行监测、修改、调整，使系统处于最佳工作状态。利用 PLC 控制机械手相对于其它控制方式，具有很高的可靠性，较好的性价比，较强的可操作性和实用性。就本课题设计的目的，实际应用运行良好，大大方便了工作和生活

　　　通过这次的毕业设计，我学到了很多东西，在做设计的过程中对工作的细心得 到了提高，认识到自己在这方面的不足。并且，对本设计的内容有了更好的了解，比如加深了解了有关可编程控制器的功能，还有机械手的工作原理等等。通过做这个设计，对以前不足的知识进行弥补，在指导老师那里学到了很多宝贵的东西，这些都是对我很有帮助的。

参考文献

1  闻邦椿．机械设计手册．机械工业出版社，2010：64~78

2  袁承训．液压与气压传动．机械工业出版社，2003：132~141

3  陈鼎宁．机械设备控制技术．机械工业出版社，2010：126~161

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5  成大先．机械设计图册[M]．化学工业出版社，2002年

6  罗洪量．机械原理课程设计指导书．高等教育出版社，2001

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12  黄继昌．实用机械机构图册[B] [M]．人民邮电出版社，1996