自动浇铸机械手说明书.doc

摘 要摘要本文简要介绍了工业机械人的概念，浇铸机械手的组成，机械手的各个部件的整体尺寸设计。本文着重对机械手进行总体方案设计，确定了机械手的坐标形式和自由度，确定了机械手的技术参数。同时，设计了机械手的手部结构，设计了机械手的手腕结构，计算了手腕转动时所需的驱动力矩和回转液压缸的驱动力矩。设计了机械手的手臂结构。设计出了机械手的液压系统，绘制了机械手液压系统工作原理图，大大提高了绘图效率和图纸质量。关键词：工业机械人 机械手 浇铸机械手IAbstractAbstractAt first, the paper introduces the conception of the industrial robot and the Eller. Dairy information of the development brief. What is more, the paper accounts for the background and the primary mission of the topic. The paper introduces the function composing and classification of the manipulator, tells out the free-degree and the form of coordinate. At the same time, the paper gives out the primary specification parameter of this manipulator. The paper designs the structure of the hand and the equipment of the drive of the manipulator. This paper designs the structure of the wrist, computes the needed moment of the drive when the wrist wheels and the moment of the drive of the pump. The paper designs the structure of the arm.KeyWords：industrial robot manipulator pump air pressure driveIV目 录目录摘要IAbstractII1绪论11.1机械手的分类21.2机械手的组成41.3应用机械手的意义61.4用机械手的历史72 总体技术方案及系统组成82.1 原始数据82.2 工作需要92.3 工作结构102.4 动作分析102.5总体技术方案113 手部机构设计123.1 手部机构设计要求123.2手部结构分类123.3自动浇铸机械手结构设计143.4升降液压缸的支撑架设计184 手腕的结构设计204.1 腕部总体设计204.2腕部的设计要求204.3腕部的结构尺寸214.4手臂倾倒液压缸的设计245 手臂和机身的尺寸设计及校核295.1 臂部和机身的简介295.2臂部设计的基本要求305.3手臂的尺寸设计305.4 手臂的尺寸校核325.5 手臂升降液压缸的设计335.6 液压缸内径D和活塞杆直径d的确定355.7液压缸壁厚和外径的计算365.8手臂升降液压缸的校核376 腰部与底座及回转液压缸的设计386.1 底座的设计386.2 回转液压缸的设计386.3 回转液压缸的尺寸设计396.4 回转液压缸的尺寸校核416.5 回转轴的设计426.6 上轴的设计436.7上轴座的设计44结 论46参考文献47致 谢48绪论1绪论选题背景浇铸，在不加压或稍加压的情况下，将液态单体、树脂或其混合物注入模内并使其成为固态制品的方法。塑料的铸塑成型类似于金属的浇铸，它是将配制好的液态原料浇入模具，固化后得到与模腔形状和尺寸相近的塑料制件，这种方法称为塑料的铸塑成型。浇铸法分为静态浇铸、嵌铸、离心浇铸、搪塑、旋转铸塑、滚塑和流延铸塑等。 在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手。在冲床上采用送料机械手取代人工送料已成为最有效防止工伤事件的安全生产措施。机械手不但可以实现安全操作，也提高了产品品质和生产效率，降低了废品率。机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加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有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。1.1机械手的分类工业机械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无统一的标准，在此暂按目前应用比较多的两个方面进行分类。1.1.1按所搬运的工件重量分类1. 小型的-臂力在1公斤以下；2. 中型的-臂力在1-30公斤以内；3. 大型的-臂力在30公斤以上。目前大多数工业机械手其搬运的数量为中型的。1.1.2按机能分类 1)简易型通用机械手 有固定程序和可变程序两种。固定程序由挡块或凸轮转鼓控制来给定程序。 这种机械子多为气动或液压驱动，结构简久成本较低，改变程序较容易。只适用于程序较简单的点位控制，实现重复性操作作为一般单机服务的搬运工作也完全够。目前这种机械子数量最多。专用机械手具有动作少，工作对象单一，结构简单、使用可靠和造价低等特点，适用于大附属，如自动机床，自动线上的下料机械手和加工中心批量自动化生产的自动换刀机械手。 2)示教再现型通用机械手 这种机械下出人工通过示教装置领动一路或者子先操作给定一温，称为示教。它由磁鼓(或磁形、磁芯)把程序记录下来此后机械手就自动按记忆的程序重复地进行循环动作。通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服行两种：简易型以开关式控制定位，只能是点位控制：伺服行具有伺服系统定位控制系统，可以点位控制，也可以实现连续轨迹控制，一般的伺服型通用机械手属于数控类型。 3)具有视觉、触觉的通用机械于 这种机械手由电子计算机控制，装备有电视摄像管和传感器各因而具有视觉、热感触觉等。这种机械手我国目前还处于研制阶段。硬臂式助力机械手与气动平衡吊和软索式助力机械手一样都具有全行程“漂浮”功能，区别是在有扭矩产生的情况下无法使用气动平衡吊或是软索式助力机械手，而必须选用硬臂式助力机械手。比如在工件重心远离臂悬挂点，或是工件需要翻转或倾斜情况下，必须选用硬臂式助力机械手，还有在厂房高度有限情况下，可以选用硬臂式助力机械手。 硬臂式助力机械手可以实现提升最大500Kg的工件，半径最大可以达到3000mm，提升高度最大2500mm。根据起吊工件重量不同，应选择符合最大工件重量的最小型号的机器，如果我们用最大负载200Kg的机械手来搬运30Kg的工件，那么操作性能肯定不好，感觉很笨重。 区别于硬臂式助力机械手的是T型助力机械手没有双关节机械臂，它的前后左右位移靠导轨来实现。由于T型助力机械手没有机械臂，因而它比硬臂式显得小巧，更适合于操作空间狭小的场合。 T型助力机械手的最大负载要比硬臂式小，只有200Kg，但提升高度可以根据客户要求设计，而且搬运范围要比硬臂式大的多。 配有储气罐，可在断气情况下继续使用一个循环，同时会报警，提醒操作者，在气压下降到一定程度，启动自锁功能，防止工件下降。并设有安全系统，在搬运过程中或是工件没有被放置在安全表面时，操作者不能释放工件。 配合各种非标夹具，硬臂式助力机械手可以实现起吊各种形状的工件。安装形式为导轨移动。配有储气罐，可在断气情况下继续使用一个循环，同时会报警，提醒操作者，在气压下降到一定程度，启动自锁功能，防止工件下降。并设有安全系统，在搬运过程中或是工件没有被放置在安全表面时，操作者不能释放工件。 上海永乾制造的助力机械手（含硬臂式、软索式）还可以在用户现场气压不足的情况下，增加增压泵，可以使设备运行更加平稳。 配合各种非标夹具，硬臂式助力机械手可以实现起吊各种形状的工件。安装形式可以是地面固定、悬挂固定或是导轨移动。1.1.3 手部设计要求 1手部应有足够的夹紧力。除工件的重力外，还要能不使工件在传送过程中松动或脱落； 2夹持范围要与工件相适应。手爪的开闭角度(手爪张开或闭合时两个极限位置所摆动的角度)应能适应夹紧较大的直径范围； 3夹持精度要高。既要求工件在手爪内定位准确，又不夹坏工件表面。一般需根据工件的形状选扦相应的手爪结构：如圆柱形工件应采用带v形槽的手爪来定位；对于工件表面光洁度较高的，应在手爪上镶铜、夹布胶木或其他软质垫片等 4夹持动作要迅速、灵活； 5手部结构耍简单紧凑、刚性好、自重轻、易磨损处应便于更换在腕部或臂部上安装要方便，更换要迅速。1.2机械手的组成机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。工业机械于的结构有简单的也有复杂的。但从结构形式分析，主要有执行机构驱动系统、位置检测装置和控制系统等组成。图l一1是其示意图。 图1-1 机械手结构示意图1执行机构它包括手部、腕部、臂部、立柱等基本结构组成：1手部是夹持工件的构件。它由于爪和夹紧装置两部分组成。手爪有夹紧和松开动作。夹持式手爪的形式与人凶手指相仿。另外还有真空和电磁吸盘(相当于手爪)，用来吸取表面光滑的零41：或薄板。有的手爪还可夹持一些专用工具，如喷枪、扳手、焊接工具等。 2腕部是联接于部和臂部的构件，起文撑手部的作用。它可以有俯仰、左右摆劝和回转三个运动。特殊情况可以增加一个横向移动。有的机械于没有手腕动作。 3臂部是文撑手部、腕部的构件。机械于的臀部是为取代人的手臂而研究设计的，但它却达不到象人密的灵巧和适应功能。因此，只有把结构简化，把运动轨迹分为沿三坐标轴线方向往复移动和绕三坐标轴线进行回转。一般手何又有前后伸缩、左右回转、上下升降或上下摆动等几个运动。根据需要可选其中一个、二个或三个运动。 4立柱是支撑手臂等构件的。一般机械于的立往为固定不动的，也有的因工作需要立往作横向移孔此种称可移动式立柱。 5行走机构在机械手要求完成较远距离的操作时，可增加滚轮、轨道等行走机构。6. 机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连接的作用。2 驱动系统 驱动系统是驱动臂部、腕部、手部的动力沉。它有气动、种形式由直线缸、回转缸、各种阀、管及管接头等组成。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等四种形式。 气压驱动的优点是：容易获得快速运动，机械手可引用一般工厂都有的压缩空气元，因此结构简单，成本低廉；空气不象油那样怕热和易燃；维修方便；特别是和射流控制很容易结合起来使用。其缺点是：气压低，出力小，执行机构体积大；压缩性大，阻尼缓冲效果差，较难实现中间位置的停止，若要求较高的定位精度，必须增设较复杂的缓冲、定位机构。在机械手个液压驱动是用的最多的方式。利用油缸、油马达和齿条齿轮实现直线运动，利用回转油缸、油马达与齿轮齿条或链轮链条实现回转运动。3 控制系统 控制系统是机械手的重要组成部分，它是支配机械手按规定程序、行程和速度进行运动的装置。它必须保存或记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序，到达位置和时间信息)。机械手工作时根据这些信息对机械手的执行机构按程序发出控制指令，必要时还可对机械手的动作进行监机当动作错误或发生故障时可发出管报信号。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电器定位（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程序运动。4 行程位置检测装置行程位置检测装置的作用是控制机械手每个动作的运动位置，或将运动系统的位置反馈约控制系统，再由控制系统进行调节，使机械手实现位置精度的要求。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，从而使机构以一定的精度达到设定位置。5 辅助装置1基体是机械手的基础部分基体上，它起支承作用。2油箱用来存独和供油的装置，并使油散热和杂质沉淀3气瞒贮存压缩空气。1.3应用机械手的意义随着科学技术的发展，机械手也越来越多的被应用。在机械工业中，铸、焊、铆、冲、压、热处理、机械加工、装配、校验等工种都有应用的实例。其他部门，如轻工业、建筑业、国防工业等工作中也均有所应用。在机械工业中，应用机械手的意义可以概括如下：（1）以提高生产过程中的自动化程度 应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。（2）以改善劳动条件，避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手就可以部分或全部代替人安全完成作业，是劳动条件得以改善。在一些简单、重复、特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。（3）可以减轻人力，并便于有节奏的生产应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都没有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行生产工作。能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 综上所述，有效地应用机械手是发展机械工业的必然趋势。1.4用机械手的历史它是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的，机械手研究始于20世纪中期，随着计算机和自动化技术的发展，特别是1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。同时，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，又为机器人的开发奠定了基础。另一方面，核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手。 机械手首先是从美国开始研制的。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手铆接机器人。作为机器人产品最早的实用机型（示教再现）是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。这些工业机器人主要由类似人的手和臂组成它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 11附 录2 总体技术方案及系统组成2.1 原始数据用途：用于冷室压铸机浇铸铝合金溶液。规格参数： 浇包最大容量： 8公斤 自由度数： 3个 坐标形式： 类似球坐标 手臂运动参数： 回转（&）： 110 俯仰（）： 54 浇包最大倾斜角（1）： 70 驱动方式： 液压 控制方式： 继电器固定程序控制 图 2-1 浇铸机装配图2.2 工作需要浇铸机械手（即浇包1）的初始位置，停在保温炉坩埚2的金属液面的上方，在此进行保温，等待浇铸。当630吨压铸机慢速合模时，压铸机的电控装置发信，使机械手升降油缸6动作，浇包开始下降并浸入液态金属内，直到电极B接触金属液面，电压继电器2XJ发信，浇包停止下降，并用时间继电器控制浇包，已装满液态金属，而后浇包上升，在提升过程中将多余的金属溶液从浇包的后挡板溢出，直到浇包底面超过保温炉坩埚的最高点，碰到限位开关1X