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冲压 上下 机械手 液压 系统 设计

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哈尔滨理工大学机械动力工程学院毕业设计（论文）开 题 报 告学生姓名 孙 博 学 号 0901040210 专 业 机械电子工程 班 级 机电09-2班 指导教师 周 德 繁 2013 年3 月 11 日课题题目及来源毕业设计题目：灯壳冲压上下料机械手的液压系统设计题目来源： 指导教师自拟课题研究的意义和国内外研究现状： 机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。生产水平及科学技术的不断进步与发展带动了整个机械工业的快速发展。现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。然而在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。单靠人力将这些不连续的生产工序衔接起来，不仅费时而且效率不高。同时人的劳动强度非常大，有时还会出现失误及伤害。显然，这严重影响制约了整个生产过程的效率和自动化程度。机械手的应用很好的解决了这一情况，它不存在重复的偶然失误，也能有效的避免了人身事故。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备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。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。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，制成能够独立按程序控制实现重复操作，使用范围比较广的“程序控制通用机械手”简称通用机械手。由于通用机械手能够很快地改变工作程序，适用性强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的应用。液动机械手已经广泛应用在生产自动化的各个行业. 近20年来，液压技术的应用领域迅速拓宽，尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。电气可编程控制技术与液压技术相结合，使整个系统自动化程度更高，控制方式更灵活，性能更加可靠；液动机械手、柔性自动生产线的迅速发展，对液压技术提出了更多更高的要求；微电子技术的引入，促进了电气比例伺服技术的发展，现代控制理论的发展，使液压技术从开关控制进入闭环比例伺服控制，控制精度不断提高；由于液压脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和成本低廉等特点，国内外都在大力开发研究。我国液压技术开始于20世纪50年代，最初用于机床和锻造设备，后来用与拖拉机和工程机械。1964年从国外引进一些液压元件生产技术，同时自行设计液压产品，经过20多年的艰苦探索和发展，特别是20世纪80年代引进美国，日本和德国的先进技术和设备，使我国的液压技术水平有了很好的提高。到目前为止，我国的液压行业已经形成一个门类比较齐全，有一定生产能力和技术水平的工业体系。据统计，2004年液压行业的总产值达约103亿，首次突破100亿元，创造历史最高水平。目前的国内机械于主要用于机床加工、铸造、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型，记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。由于液压传动系统使用安全、可靠，因此，有利于缩短机器设备的设计制造周期并降低成本。而液压机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。所以，液压机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工，食品和药品的包装、精密仪器和军事工业等。液压技术经历了一个漫长的发展过程，随着液动伺服技术走出实验室，液压技术及液动机械手迎来了崭新的春天。目前在世界上形成了以日本、美国和欧盟液压技术、液动机械手三足鼎立的局面。我国对液压技术和液动机械手的研究与应用都比较晚，但随着投入力度和研发力度的加大，我国自主研制的许多液动机械手已经在汽车等行业为国家的发展进步发挥着重要作用。随着微电子技术的迅速发展和机械加工工艺水平的提高及现代控制理论的应用，为研究高性能的液动机械手奠定了坚实的物质技术基础。由于液动机械手有结构简单、易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等诸多独特的优点，可以预见，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展。液动机械手工作性能的优劣，决定着它能否正常地应用于生产中。机械手工作性能中的重复定位精度和工作速度两个指标，是决定机械手能否保质保量地完成操作任务的关键因素。因此要解决好机械手的工作平稳性和快速性的要求，除了从解决缓冲定位措施入手外，还应发展满足机械手性能要求廉价的电液伺服阀，将伺服控制系统应用于机械手上。液压传动的优点： （1）体积小、重量轻，因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击； （2）能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速； （3）换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换； （4）液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制； （5）由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长； （6）操纵控制简便，自动化程度高； （7）容易实现过载保护。课题研究的主要内容和方法，研究过程中的主要问题和解决办法： 机械手总体布局设计及动作分析，重点进行液压系统的设计计算。具体任务如下：（1） 熟悉题目、收集资料、写开题报告、方案论证； （2） 机械手总体布局图（1A0）； （3） 液压系统设计与计算，液压系统原理图（1A1）； （4） 泵站装备图（1A0），集成块零件图（1A1）； （5） 设计计算说明书、外文资料翻译和中英文摘要各一份。 在机械手设计过程中，我们需要解决的问题有如下几点：（1） 分析工艺过程对设计机器的要求，确定主要技术规格和动作线图。（2） 总体设计方案的确定。（3） 主要零部件强度和刚度计算。（4） 液压系统设计。（5） 集成块设计。（6） 整体校验，确定方案可行性。解决步骤大致如下：（1） 明确工作要求，对工作件有明确认识，进行工况分析。（2） 查阅相关资料，在网上了解相关新闻。（3） 请教导师，并及时报告进程。（4） 在相关工厂进行参观实习以研究实例。课题研究所需的参考文献： （1） 刘延俊，关浩，周德繁.液压与气压传动.高等教育出版社，2007.（2） 雷天觉.液压工程手册.机械工业出版社，1990：5060.（3） 张世伟，朱福元.液压系统的设计与结构计算.宁夏人民出版社，1987.（4） 天津大学编写组，工业机械手设计基础.天津科学技术出版社，1981。（5） 鄂中凯，方昆凡，李绍荣.机械零件设计手册续篇液压传动与气压传动.冶金工业出版社，1979：1497.（6） 张利平.液压传动系统及设计.化学工业出版社，2005.（7） Frank Yeaple.Fluid Power Design Handkook.Marcel Dekker,Inc,1990:5458.（8） Peter Rohner.Industrial Hydraulic Control.Prentice-Hall,Inc,1986:3036. 指导教师审查意见： 指导教师签字： 2012 年 月 日指导委员会意见审核意见： 组长签字： 2012年 月 日 哈尔滨理工大学毕业设计（论文）评语学生姓名： 孙博 学号：0901040210学 院：机械动力工程学院 专业：机械电子工程任务起止时间： 2013 年 2 月 25 日至 2013 年 6 月 16 日毕业设计（论文）题目： 灯壳冲压上下料机械手的液压系统设计指导教师对毕业设计（论文）的评语：指导教师签名： 指导教师职称： 评阅教师对毕业设计（论文）的评语：评阅教师签名： 评阅教师职称： 答辩委员会对毕业设计（论文）的评语：答辩委员会评定，该生毕业设计（论文）成绩为： 答辩委员会主席签名： 职称： 年 月 日教务处制表 哈 尔 滨 理 工 大 学 毕 业 设 计 题 目：灯壳冲压上下料机械手的液压系统设计 院、 系：机械动力工程学院、机械电子工程系 姓 名： 孙博 指导教师： 周德繁 系 主 任： 赵新通 2013 年 6 月 21日 哈尔滨理工大学学士学位论文I灯壳冲压下料机械手的液压系统设计摘要 机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。生产水平及科学技术的不断进步与发展带动了整个机械工业的快速发展。现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。然而在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。单靠人力将这些不连续的生产工序衔接起来，不仅费时而且效率不高。同时人的劳动强度非常大，有时还会出现失误及伤害。显然，这严重影响制约了整个生产过程的效率和自动化程度。机械手的应用很好的解决了这一情况，它不存在重复的偶然失误，也能有效的避免了人身事故。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备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。液压驱动是机械手中使用最为广泛的一中驱动方式。该灯壳冲压生产线用伺服型下料机械手的驱动方式也选用了液压驱动。因此，本次毕业设计的主要任务是为灯壳冲压自动生产线用伺服型下料机械手配备驱动系统。其中包括液压系统原理的设计，液压泵站的设计。此外，参照机械手设计基础还画出了机械手的外部结构图，升降油缸和回转油缸的装配图、手指和手腕的装配图。 本文主要叙述了液压方面的一些设计计算过程。其中包括：液压缸的参数设计，各种液压元件的选择，电机的选择，液压集成块的设计，液压系统的安装和维护。关键字 机械手；液压驱动；液压泵站；液压系统哈尔滨理工大学学士学位论文IILamp Shell Stamping Cutting Manipulator Hydraulic System DesignAbstractMachinery industry is National Armaments,is to provide durable consumer goods for peoples life for the national economy to provide equipment and Industry.Machinery industry scale and technology level is an important symbol to measure the strength of the national economy and the level of science and technology. Therefore, all countries in the world to develop machinery industry as one of the key strategy of the development of the national economy. Continuous progress and development level of production and science and technology has driven the rapid development of the machinery industry.In modern industry, the production process of mechanization, automation has become a prominent theme. However, in the machinery industry, machining, assembly and other production is not continuous. Relying on human link these discontinuous production process, not only time-consuming and inefficient. At the same time, the labor intensity is very large, sometimes the failure and damage.Obviously, this seriously restrict the efficiency and automation of the whole production process. Application of manipulator is a very good solution to this situation, it does not exist accidental mistakes repeatedly, can effectively avoid accidents.The robot is not to replace manual labor in the simple sense, but a combination of a mechanical device for anthropomorphic people skills and expertise of the machine, as a man on the state of the environment of rapid response and the analysis judgment ability, and the machine can work 哈尔滨理工大学学士学位论文IIIcontinuously for long time, high precision, resistance to harsh environment capacity, says evolutionary process it is also a product of the machine from some kind of meaning, it is the industrial and non-industrial sector an important production and service equipment, automation equipment is indispensable in the field of advanced manufacturing technology.Hydraulic driving mechanical hands is the most widely used in a driving way. Drive the manipulator of the shell stamping production line with servo type chooses the hydraulic drive. Therefore, the main task of this graduation design is the manipulator is equipped with a driving system of automatic production line for the shell stamping with servo type.The design includes the design principle of hydraulic system, the hydraulic pump station. In addition, according to manipulator design basis also shows the external structure of the manipulator, a lifting oil cylinder and a rotating cylinder assembly drawing assembly drawing, finger and wrist.This paper mainly describes the design of the hydraulic calculation process of some aspects of the. Including: the parameter design of hydraulic cylinder, hydraulic components selection, choice of motor, design of hydraulic manifold block, the installation and maintenance of hydraulic system.Keywords Manipulator；Hydraulic Drive；Hydraulic Station；Hydraulic System哈尔滨理工大学学士学位论文IV目录摘要 .IAbstract.II第1章 绪论.11.1机械手在工业中的应用.11.2 机械手的组成.11.2.1 执行机构.21.2.2 驱动系统.21.2.3 控制系统.21.2.4 位置检测装置.2第2章 概述.32.1下料机械手的规格参数.32.2 下料机械手的机械机构及其工作原理.42.2.1手臂升降、回转运动机构.42.2.2手臂伸缩运动机构.42.2.3手腕回转机构和手腕结构.5第3章 下料机械手的液压系统工作原理.63.1 下料机械手的驱动方式.63.2 液压系统大体有以下五部分组成.63.3 液压传动的特点.63.4 下料机械手的液压系统工作原理.7第4章 下料机械手液压油缸设计计算.104.1 手臂伸缩油缸的设计计算.104.1.1 伸缩缸外伸的载荷分析.104.1.2 伸缩缸的尺寸计算（以外伸时计算） .114.1.3 伸缩缸外伸时流量计算.114.1.4 缩缸回缩时所需的压力计算.114.1.5 缩缸的缸长的设计计算.114.1.6 缩缸回缩时所需的流量计算.124.2手臂回转油缸的设计计算.12哈尔滨理工大学学士学位论文V4.2.1 回转油缸的力矩计算.124.2.2 回转油缸的排量计算.124.3 夹紧油缸的设计计算.124.3.1 工作负载的分析.124.4 夹紧油缸所需压力计算.144.5夹紧油缸所需泵流量的计算.14第5章 液压系统设计计算.165.1 液压泵的选择.165.1.2 液压泵的最大工作压力Pp.165.1.3 确定液压泵的最大流量Qp .165.1.4 确定液压泵.165.2 电机的选择.165.2.1 确定液压泵的驱动功率P.165.2.2 电机的选择.175.3 液压阀的选择与专用件的设计.175.3.1 液压阀的选择.175.3.2 管道尺寸的确定.185.3.3 邮箱容积的确定.185.3.4 液压油的选择.185.4 液压系统的发热温升的计算.195.4.1 液压系统的发热功率计算.195.4.2 液压系统的散热计算.19第6章 液压集成块的设计.206.1 液压集成块的组成结构.206.2 集成块的设计步骤.20第7章 液压站的设计.227.1油箱的设计.227.2液压站的结构设计.227.2.1 液压泵的电机安装方式.227.2.2 液压站的结构设计.23第8章 液压泵的维护与安装.248.1 液压元件的安装.248.2 液压元件的维护.24结论.25致谢.26参考文献.27附录.28哈尔滨理工大学学士学位论文VI第1章 绪论 工业机械手是工业生产中一种较新的技术设备，它能模仿人的上体的某些动作，在生产过程中起传递工件或操作工具的作用。美国在六十年代初生产了工业机械手投入市场，以后欧洲、日本等国也竞相发展并掀起热潮。七十年代以后开始稳步发展。今年来随着其性能的提高以及传感器的应用，它以逐步应用于机械加工、装配、包装、运输和仓库作业等部门。现在美、日、西德等国已在强噪声、高温、有毒气体等工作环境用工业机械手尾数为机床下料，为传送带运送部件等。随着液压传动技术的发展，液压机械自动化程度的不断提高，液压技术在工业机械手中的得到了广泛的应用。目前工业机械手采用液压者占一半以上。特别是近十年来，液压技术与传感技术、微电子技术紧密结合，出现了诸如电液比例控制阀、电液伺服液阀等机电液一体化元器件，使液压技术在高压、高速大功率、节能高效、低噪声、使用寿命长、高度集成化等方面取得了重大进展。无疑，液压元件系统的计算机辅助设计（CAD），计算机辅助试验（ACAT）和计算机实时控制也是当前液压技术的发展方向。1.1机械手在工业中的应用 随着我国工业生产飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊、喷枪、枪扳手等工具进行加工装配等作业的自动化，已越来越引起人们的重视。 机械手是模仿着人的部分动作，按给定的程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或制造的自动机械装置。在工业生产中的应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率哈尔滨理工大学学士学位论文2；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械制造行业里，尤其是自动化生产线中应用最为广泛。1.2 机械手的组成机械手主要由执行机构、驱动结构、控制系统以及位置检测装置等所组成。1.2.1 执行机构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。由于物件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（或手抓）和传力机构所组成，手指直接与物件接触，而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成放物件的任务；吸附式手部主要由吸盘等机构构成，它是靠吸附力（如吸盘内形成负压或产生电磁力）吸附物件。2.手腕即接手部和手臂的部件，起调整或改变工件方位的作用。3.手臂即支撑手腕和手部的部件，用以改变工件的空间位置。4.立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降（或俯仰）运动均与立柱有密切的联系。机械手的立柱通常是固定不动的，但因工作的需要，也可以作横向移动，即称为可以移动式立柱。5.行走机构，机械手为了完成远距离的操作和扩大使用范围，可以增设滚轮行走机构。滚轮式行走机构可分为有轨的和无轨的两种。驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置。6.机座，它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在机座上，故它起支承和联接的作用。1.2.2 驱动系统机械手的驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置。常用的有液压传动、气压传动、电力传动、齿轮传动等形式。1.2.3 控制系统控制系统由电器控制系统和射流控制两种，常用的微电气控制。它是机械手的重要组成部分，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们哈尔滨理工大学学士学位论文3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），同时向其控制系统的执行机构发出指令，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。1.2.4 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，然后将通过控制系统进行调整，从而使之行动机构以一定的精度达到设定位置。第2章 概述该机械手为灯壳冲压自动线用伺服型下料机械手，其功用是将压制成形的灯壳从模腔中取出并送到传送带上。其坐标型式使活动范围大、占地面积小的圆柱坐标型式。由于压制一个灯壳需要时间约为810秒，而下料机械手在该段时间里要完成13个动作工步，因此下料机械手的每工步都比较快。另外，要求下料机械手能准确无误的将灯壳从模腔中取出，因此下料机械手的重复定位精度要较高。还有机械手手臂伸向压床模腔和伸向传送带放料的形成亦不同。因此采用响应速度高、动态性能好的电液伺服组成的闭环伺服控制系统2.1下料机械手的规格参数抓重：1公斤坐标型式：圆柱坐标自由度数：4个手臂的运动参数：伸缩形成：500毫米，最大速度：750毫米/秒；回转角度：220，最大角速度：110/秒升降行程：100毫米，最大速度：220毫米/秒手腕运动参数：回转角度：210，最大角速度：360毫米/秒定位精度：1毫米驱动方式：液压控制方式：电磁哈尔滨理工大学学士学位论文4手臂和手腕运动：点位控制伺服型程序存储：插销板位置存储：数码开光存储容量：16环境温度：-1040消耗功率：4千瓦2.2 下料机械手的机械机构及其工作原理附图1为下料机械手的外形结构图，下料机械手主要由手部1、手部2、手臂3、电位器机构4、电液伺服阀5、邮箱及底座6和手臂升降与回转机构7等组成。2.2.1手臂升降、回转运动机构当压力油经伺服阀11的滑阀开口进入升降缸2的下腔时，推动活塞杆3，并通过活塞杆端部的球面铰链，带动框形导套4及其上面所有部件做升降运动，既是手臂升降运动。升降运动的导向装置，是采用框形滚珠导套，它具有良好的导向性，且刚度大，摩擦阻力小，使升降运动平稳。滚珠导套处的间隙，可通过关调节螺钉进行调节。升降行程位置通过齿条（与框形导套顾联，并一同升降）齿轮机构机构进行反馈，将直线转变为角位移输给电位器（比较检测元件）与设定位置（由步进电机带动触头实现）进行比较，其差值即“误差”，由电位器输出的电压信号，经放大器放大后输给电液伺服阀的线圈，控制阀口开口量，当“误差”为零时，机械手的手臂就停止在设定位置上。为了使定位准确，当升降运动到设定位置前一定位置时，晶体管接近开关（LJ1-24）发信号，开始线性降低频率，使机械手的运动速度亦线性递减，以保证平稳定位。当压力油液经伺服阀10的滑阀开口，进入回转油缸8的工作腔，推动动片连同回转轴9一起回转，手臂伸缩等部件一起回转，即为手臂的回转运动。回转行程位置通过回转轴9下端部与电位器壳体直接进行检测，将角位移直接反馈给电位器，为设定的位置（由步进电机经蜗杆蜗轮带动电位器的动触头实现）进行比较，由电位器输出的电压信号吗，经放大后去输出给伺服阀线圈，控制滑阀开口量，即控制回转油缸的运动速度。在到达设定位置前一定位置，晶体管接近开关发信号，开始线性降低频率，使机械手的回转速度线性减速，当误差为零时，手臂平稳无冲击的停在设定位置上。哈尔滨理工大学学士学位论文52.2.2手臂伸缩运动机构 手臂伸缩运动机构，它又手臂伸缩油缸1、伸缩运动伺服阀2、手臂3（亦为导向杆）、位置检测装置5等组成。 压力油液从手臂升降回转机构的回转轴内d，e油孔通道油路分配板6，其上有四只油管分别接到伸缩运动伺服阀2、手指夹紧油路的减压阀（J-10B）7及手腕回转运动伺服阀4. 当压力油液经伺服阀2进到手臂伸缩缸1的左腔时，驱动手臂前伸；压力油液进入右腔时（油路为差动连接），手臂缩回。其位置检测室通过手臂3外圆柱面上的齿条带动齿轮（与电位器壳提联接），把直线位移转换成角位移反馈给电位器，预设定的位置进行比较，用于“误差”成正比的输出电压控制伺服阀，进而控制手臂的伸缩运动。手臂伸缩的导向装置，是由导向键8与手臂3上铣的宽10毫米长650毫米的键槽相配合，实现导向作用。油缸的右腔与伺服阀为差动连接，而左腔是单独与伺服阀输油孔联接。油缸端盖上泄露的油液，可从泄油口4流回邮箱。2.2.3手腕回转机构和手腕结构驱动手腕回转运动的伺服阀，装在手臂伸缩部件的后部，用管路将伺服阀出油口与连接轴上的油孔b、c相连，并经油路通到回转油缸2的两腔。当通压力 油液时，推动动片回转通过键即带动夹紧缸体回转，使手指座5回转，既是手腕回转运动。手腕回转运动的位置检测，是由夹紧油缸3的左端，经手臂内的管轴与位置检测电位器的壳体直接联接而进行的。经减压后的压力油液，用管路通到连接轴1的油孔a处，并进到夹紧油缸3的左腔，推动活塞杆经传力机构4使手指6夹紧工作，当油孔a通油箱时，弹簧的弹力将手指张开。手指夹紧工件的松紧程度，可由调节螺钉7进行调节。为了保护压床和磨具，手指6用硬聚氯乙烯制成。哈尔滨理工大学学士学位论文6第3章 下料机械手的液压系统工作原理3.1 下料机械手的驱动方式该下料机械手的驱动方式是用液压驱动的3.2液压系统大体有以下五部分组成1.动力装置：动力装置是指能将原动力的机械能转换成液压能的装置，它是液压传动系统的动力源。对液压传动系统来说是液压泵，其作用是为液压传动系统提供压力油。2控制调节装置：它包括各种阀类元件，其作用是用来控制工作介质的流动方向、压力和流量，以保证执行元件和工作机构按要求工作。3.执行元件：执行元件指油缸或马达，是将压力能转化为机械能的装置，其作用是在工作介质的作用下输出力和速度（或者转矩和转速），以驱动工作机构做功。3.辅助装置：除以上装置外的其他元器件都成为辅助装置，如邮箱、过滤器、蓄能器、冷却器、水分滤清器、油雾器、消声器、管件、管接头以及各种信号转换器等。它们是一些对完成主运动起辅助作用的元件，在系统中也是必不可少的，对保证系统正常工作有着重要的作用。4.工作介质：工作介质是指传动液体，在液压传动系统中通常称为液压油。常用液压油有普通液压油、抗磨液压油、低凝液压油、高粘度指数液压油、专用液压油、机械油、汽轮机油、水包油型乳化液、油包水型乳化液、水-乙二醇液压油、高水基液压油、磷霜脂液压油、脂肪霜液压油、卤化液压油等。哈尔滨理工大学学士学位论文73.3 液压传动的特点1.液压装置的体积小、重量轻、结构紧凑。但它能产生很大的动力。它具有大的功率密度或力密度（工作压力）。2.液压装置容易做到对速度的无级调节，而且调速范围大，并且对速度的调节还可以在工作工程中进行。3.液压装置工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向。4.液压装置易于实现过载保护，能实现自润滑，使用寿命长5.液压装置易于实现自动化，可以很方便的对液体的流动方向、压力和流量进行调节和控制，并能很容易的和电气、电子控制或气压控制结合起来，实现复杂的运动和操作。6.液压元件易于实现系列化、标准化和通用化，便于设计、制造和推广使用。7.由于液压传动中的泄露和液体的可压缩性使这种传动无法保证严格的传动比8.液压传动有较多的能量损失（泄露损失、摩擦损失等），因此，传动效率相对低。9.液压传动对油温的变化比较敏感，不宜在较高或较低的温度下工作。10.液压传动出现故障时不易诊断3.4 下料机械手的液压系统工作原理下料机械手的液压系统如附图2所示，该系统由手臂伸缩回转升降手腕回转及手指夹紧等五个回路和一个供油系统所组成。其中伸缩油缸为差动联接的单杆双作用活塞缸，升降油缸和手指夹紧油缸，分别单杆双作用和单作用活塞缸，手臂回转和腕转均为回转缸。油液经网式滤油器2，由叶片泵3（YB1-50）吸入，经锡青铜烧结滤油器5二次过滤后送入工作回路。系统的工作压力由溢流阀（Y-63）来调整工作压力。当系统过载时，溢流阀打开使油液流回油箱，以保证系统的安全。在机械手不工作时，电动机照常运转的情况下，为减少功率和控制油液发热，此处采用卸荷阀（即二位二通电磁阀）7控制溢流阀6的遥控口进行卸荷。哈尔滨理工大学学士学位论文8因电液伺服阀的输出流量，随油的粘度而变化，而油的粘度又与油温有关，所以为使伺服阀能正常地工作，此处采用冷却器8对回油进行冷却，使油液的最高温升不超过50。在油泵的出口处装置单向阀4，其作用有二：一时防止停机空气混入系统，以保证重新启动的平稳性；二是在停机瞬时，它能隔断系统中高压油液与油泵之间的联系，否则，高压油液将迫使油泵反转，产生噪音加速磨损，故它能起到保护油泵的作用。本液压系统采用电液伺服阀控制油缸，当各工步的电信号依次输入各个伺服阀的线圈时，各伺服阀产生位移，从而控制进入油缸的流量。输入的电信号的大小可以决定滑阀的开启程度，从而可以控制各油缸的运动速度。油液的流动方向由电气信号指示的方向决定。此机械手有四个电液伺服系统，分别控制机械手的伸缩、回转和升降以及手腕回转运动，各个伺服系统的动作原理均相同，其手臂伸缩的伺服系统工作原理可参见。手指的夹紧动作由二位三通23D-63Y电磁阀15来控制，手指松开是依靠弹簧复位。下料机械手的各动作工步，指令信号及其实际动作性能参数如表3-1所示。表3-1 指令信号及其实际动作性能参数表工步序号工步名称指令脉冲数指令行程指令平均数动作时间实际行程0整序1171臂升63100mm333mm/s0.3s2臂伸543500mm625mm/s0.8s50013指夹364臂缩543500mm625mm/s0.8s5001哈尔滨理工大学学士学位论文95臂降63100mm333mm/s0.3s6臂左转26109045/s2s9817腕正转12018090/s0.36s8指夹1630mm0.01s9臂伸543500mm625mm/s0.8s500110指松4030mm0.01s续表 3-111臂缩543500mm625mm/s0.8s500112腕反转12018090/s0.36s13臂左转26109045/s2s901哈尔滨理工大学学士学位论文10第4章 下料机械手液压油缸设计计算根据下料机械手的液压系统原理图所示，该系统共有五个液压子系统，由于有的子系统设计计算的相似性，在此只设计计算手臂伸缩油缸、手臂回转油缸和手指夹紧油缸的参数。4.1 手臂伸缩油缸的设计计算4.1.1 伸缩缸外伸的载荷分析该过程中工作负载Fg=0，加速和减速过程的加速度由速度时间图4-1 a=4165mm/s,运动部件的总重量G=359.8=343N。（总质量为35KG）哈尔滨理工大学学士学位论文11图 4-1 速度时间图1.启动加速阶段：Fw=Fg+Ff+Fa 而Fg=0，Ff =G=0.18343=61.74N(取=0.18)Fa=354.165=145.6N 所以Fw=0+61.74+145.6=207.34N2.稳态运行阶段：Fw=Ff =G=0.07343=24.01N (取=0.07)3.减速制动阶段：Fw=Ff-Fa=61.74-145.6=83.86N (加速和减速阶段Ff和Fa的大小相同) 综上所述伸缩缸外伸时所受的最大载荷为207.34N，即由该值来计算该油缸的参数。4.1.2 伸缩缸的尺寸计算（以外伸时计算）Fw= (p1- p2)m (4-1)式中 P1 为工作压力，P1 =0.3MPa；P2 为背压，P2 =0.25MPa；m为机械效率，m=0.92。由于该油缸为差动油缸，所以有d=0.707D。 将数据带入公式中得 /4(0.3106D2 -0.251060.7072 D2 ) 0.92=207.34N,解得D=40.50mm，则d=0.707D=28.63mm。查手册取D=40mm，查手册取d=28mm。4.1.3 伸缩缸外伸时流量计算入口流量 q1=vA1 (4-2) q1=0.883（/4）40210-6 =1.10910-3 m3/s=66.54(l/min)出口流量 q2=vA2 (4-3) q2=0.883（/4）28210-6 =5.4310-4 m3 /s=32.6(l/min) 所以经伺服阀的流量q=q1=66.54（l/min）。需要泵供应的流量qp=k（q1-q2）=1.2(66.54-32.6)=33.94(l/min) 。 4.1.4 缩缸回缩时所需的压力计算回缩与外伸所受的力相同，即载荷Fw=207.34N，哈尔滨理工大学学士学位论文12Fw=（p1A2-p2A1）m (4-4) 式中 p2 为背压，p2 =0.15MP；m为机械效率，m=0.92。 /4p1(402 -282 )-0.1510-6 402 0.92=207.34 解得p1=0.6MP4.1.5 缩缸的缸长的设计计算 因为伸缩缸的外伸距离为500mm，而活塞的长度为50mm，所以伸缩缸的缸长是500+50=500mm4.1.6 缩缸回缩时所需的流量计算入口流量q1=vA2=0.883（/4）282 10-6 =5.4310-4 m3 /s=32.6（l/min） 所以流经阀的流量q=q1=32.6（l/min）需泵的流量qp=kq1=1.232.6=39.12(l/min)4.2手臂回转油缸的设计计算4.2.1 回转油缸的力矩计算在此，只考虑惯性力矩Ta=J（w/t） (4-5)Ta=70642 10-6 （/4）=0.23NM ， m取0.62 T=Ta/m=0.37Nm4.2.2 回转油缸的排量计算回转油缸进口压力取p=0.5MPa，出口压力p=0.4MPa 则p=0.1MPa 排量q=2T/p=23.140.37/0.1106 =23.2410-6 m3 /r流量Q=qn 而n=/42=0.125r/s所以 Q=qn=23.2410-60.125=2.910-6 m3 /s=0.174L/min 哈尔滨理工大学学士学位论文13 4.3 夹紧油缸的设计计算4.3.1 工作负载的分析1.作用在压杆上的驱动力的计算由握紧力公式N=0.5G 得握紧力N=0.5G=0.519.8=4.9N 手部简化结构如图4-2所示 图4-2 手部结构简化图 用在压杆1上的驱动力F，两连杆2对压杆的反作用力为F1，F2.其受力图如图4-3所示哈尔滨理工大学学士学位论文14图4-3 压杆反作用力受力图由Fx=0得，1cos + 2cos - = 0由Fy=0得， 所以得，1sin - 2= 0 = 22cos对手指受力分析如图4-4所示图4-4 手指受力分析图由二力杆1得F=-F1 而N1=-N哈尔滨理工大学学士学位论文15对C点力矩平衡有Tc（m）=0得， F1h=N1b 而h=a sin所以F1a =N1b sin综合以上各式得，F=2bNcot/有手部与手腕结构图可得，a=35mm，b=132mm，a=45，而N=4.9N所以驱动力F=21324.9/35=36.96Ncot452.工作载荷的计算弹簧的刚度K=GD2/C4n (4-6)所以K=7845020.5/8.2420=17.8N/mm ， 夹紧行程为30mm，因此弹簧的弹力Fk=KL=17.830=533.56N综上所述，可得夹紧油缸的工作载荷Fw=36.96+533.36=570.52N4.4 夹紧油缸所需压力计算对夹紧缸的活塞受力分析有 pA=Fw 夹紧缸活塞设为D=25mm ，则p25210-6 /4=570.52 所以有p=1.16MPa4.5夹紧油缸所需泵流量的计算夹紧时的速度设为V=0.8m/s 则流量q=VA=0.825210-6 /4=392.510-6m3/s=23.55L/min则需泵的流量 q=Kq=1.223.55=28.26L/min综上所述，可得下表4-1表4-1 油缸工作所需压力流量表需泵压力MPa需泵流量L/min伸缩油缸外伸0.333.94回缩0.639.12回转油缸0.50.174夹紧油缸1.1628.26 哈尔滨理工大学学士学位论文16第5章 液压系统设计计算5.1 液压泵的选择5.1.2 液压泵的最大工作压力PpPpPmax+p (5-1)式中 Pmax为最大工作压力，MPa ； p为压力允许误差，MPa 。 由前面计算的结果可知。加紧缸加紧时所需的压力最大P=1.16MPa，所以有Pmax=p=1.16MPa。又因为液压系统管路比较简单，因而可按经验数据选取p=0.5MPa，所以得PpPmax+p=1.16+0.58=1.66MPa5.1.3 确定液压泵的最大流量Qp由下料机械手的工作循环步骤可知，液压系统设有多个液压缸同时工作，所以液压泵的流量Qp=qmax(液压缸中所需泵流量的最大值)。哈尔滨理工大学学士学位论文17由以上计算的结果可知，伸缩缸外伸时所需的流量最大q=39.12L/min所以对泵的流量要求有 Qp=qmax=39.12L/min。5.1.4 确定液压泵 由前面的压力，流量的计算结果，经查手册可选择定量叶片泵YB1-50。5.2 电机的选择5.2.1 确定液压泵的驱动功率PP=PpQp/103 p （5-2）式中 Pp 为泵的最大流量，MPa ； Qp为泵的额定流量，MPa； p 为机械效率。液压泵的最大工作压力Pmax=1.16Mpa，即Pp=Pmax=1.16MPa液压泵的额定流量Qp=5096010-6 /60=0.8m3 /s液压泵的总机械效率去p=0.7所以P=PpQp/103p=1.160.8/103 0.7=1.33KW5.2.2 电机的选择由叶片泵YB1-50的转速n=960r/min 其驱动功率P=1.33KW，经查手册可选取电机为Y132S-6.5.3 液压阀的选择与专用件的设计5.3.1 液压阀的选择此下料机械手的位置精度要求较高，因而五个液压阀的换向阀中有四个用的是力矩马达式伺服阀，这四个液压缸分别是机械手的升降油缸，回转油缸，伸缩油缸，腕转油缸，对照附图（4）的液压系统原理图及前面的计算结果可得，液压元件明细表如表5-1。表5-1 液压元件明细表哈尔滨理工大学学士学位论文18序号名称型号1冷却器2LQF2L2二位二通卸荷阀22D-63Y3溢流阀Y-634升降缸用伺服阀QDY1-C65回转缸用伺服阀QDY1-C636伸缩回转缸用伺服阀QDY1-C67腕转缸用伺服阀QDY1C-638液压阀J-63续表5-19二位三通换向阀23D-63Y10单向阀I-6311精滤油器SU2B-F50X1012叶片泵YB1-5013电机Y132S-614粗滤油器XU-J63X1005.3.2 管道尺寸的确定根据所选定的液压阀的连接油口的尺寸确定管道的尺寸，液压缸的输入输出排量按最大流量来计算。选择胶管，公称直径=20mm哈尔滨理工大学学士学位论文195.3.3 邮箱容积的确定按照经验公式，初步确定V=Q （5-3）式中 为经验系数 Q为泵每分钟排出的容积查表取经验系数=7泵每分钟排出的容积Q=50L=0.05m3所以 V=Q=70.05=0.35m3 5.3.4 液压油的选择根据所选择的叶片泵及选择的力矩马达式电液伺服阀，可选用矿物油型液压油YAN46。5.4 液压系统的发热温升的计算5.4.1 液压系统的发热功率计算液压系统工作时，除执行元件驱动外载荷输出有效功率外，其余功率全部为热量，使油温升高。系统的功率损失包括液压泵，执行元件，溢流阀等的功率损失。1.系统的输入功率Pi=Ni(Ni为泵的驱动功率)Ni=PQp/p （5-4）式中 P为泵的最大工作压力，P=1.66MPa； Qp为泵的额定流量，Qp=50L/min； p为泵的总功率，p =0.7。 所以 Ni=PQp/p =1.661060.05/600.7=1.98KW2.系统的输出功率P0P0= （5-5） 1 = 1式中 T为机械手的工作周期，T=8.59s； Fi为油缸的有效推力，N； Si为活塞的推程,mm。 根据设计的结构尺寸与前面的计算结果可得 哈尔滨理工大学学士学位论文20P0 = 1 = 1=（3000.52+909.80.12+502+15）/8.59= 67.75W3.系统的发热功率P=Pi-P0=1980-67.5=1912.25W5.4.2 液压系统的散热计算散热计算中只考虑又想的散热，由油箱的设计结构可知，油箱的尺寸为长a=0.95，宽b=0.8，高h=0.5m。根据机械设计手册第五卷中的计算公式得，油箱的散热面积A=1.8h（a+b）+1.5ab=1.80.5(0.95+0.8)+1.50.950.8=2.175m2 由油箱的散热功率计算公式Phc=K1AT （5-6）式中 K1为油箱的散热系数，经查手册取K1=16w/m2 ； T为油温与环境的温度差，取T=35。所以Phc=K1AT=162.17535=1520WP=1912.25W 由此可见，油箱的散热满足不了系统的散热要求，因而需要另设冷却器来对回油进行冷却。第6章 液压集成块的设计液压集成块广泛应用于各种液压系统中，尽管广州机床研究所，大连机床研究所等单位都有较完整的通用液压回路集成块的设计图纸，但仍有一些非标准设备中液压回路集成块仍需要自行设计。6.1 液压集成块的组成结构集成块组是按通用的液压回路典型设计的通用组件，它由集成块、底板、顶块按顺序叠积起来，用四只长螺栓垂直紧固而成。液压元件通常安装在集成块的前面。后面和右侧面，左侧面不安装液压元件，留着连接油管，比便向执行元件供油。要把经常需要调节液压元件如溢流阀、调速阀、减压阀等，安装在前面或右侧面。每个集成块是液压回路所划分的单元回路，其作用分为调压、换向、调速、顺序、测压等若干。每个集成块的上下两面为集成块的结合面，其上有同一坐标位置的垂直方向钻有公共通油孔。另外底板作用是连接集成哈尔滨理工大学学士学位论文21块组，液压泵所供压力油经底板引入集成块，液压系统回油路O和泄油路L经底板引入油箱。6.2 集成块的设计步骤1.首先将液压系统划分成若干个基本回路，每个单元回路通常由二到三个液压元件组成，并采用压力油路P和回路O，泄油路L。力求单元回路安排紧凑，块数要少，单元回路是集成块的设计依据。应当优先选择通用液压单元集成回路，以减少设计工作量，提高通用性。2.底板的设计底板是将集成块组件固定在又想面板上，另外将压力油口P，回油口O，和螺钉孔合用的泄油口L，直接通油箱。3.顶盖顶盖主要作用是封闭主油路，连接集成块组，并在右侧面安装压力表开关，进行观察液压系统各部及液压泵的工作压力。要充分利用顶盖的有效空间，把测压回路、卸荷回路以及定位夹紧回路的测压点布置在顶盖上。4.集成块设计每个集成块就是一个基本单元液压回路。当基本单元液压回路元件较多并且安装不便时，可采用过渡板将阀与集成块连接起来。为避免相碰，过度的高应比集成块的高度小2mm以上，过渡板厚度为35mm到40mm。过渡板的宽度可超过集成块的宽度，但应注意不要与两侧的元件相碰。集成块的设计步骤如下：（1）制作液压元件样板，其方法与阀板介绍方法相同。（2）确定集成块功用压力通油道P、回油路O、泄油路L、四个安装孔的位置尺寸，通常压力油通道尺寸由泵的流量来确定，回油口一般要大于压力油通道尺寸。直接与液压元件连接的液压油口由选定的液压元件规格确定。为了使通道连接而采用加工用的工艺孔要用锥管螺栓塞在集成块表面堵死。（3）集成块上液压元件的布置，把做好的液压元件样板放在集成块各试图进行布置。液压元件布置应当以集成块上加工的孔最少为好。通道相同的液压元件尽可能布置在同一水平面上，或在油孔直径范围内。当压力高于6.3MPa时，并且孔通道间隔尺寸较小时，要做强度校核。在布置液压元件是，要避免液压元件固定孔与阀口通道、集成块固定螺孔相同，液压元件的泄露孔可以考虑与回油口合并。由于集成块内部的油道是立体的，为了将油路表示清楚，水平位置的孔道分三层进行布置。哈尔滨理工大学学士学位论文22电磁阀通常布置在集成块的前面和后面，先布置垂直位置，后布置水平位置。电磁阀的水平基准线应与集成块水平对称线重合，电磁阀水平方向应避免电磁阀固定孔和阀口通道与集成块固定孔穿通。其他侧面上的阀的位置也是先布置垂直位置，然后布置水平位置。使与电磁阀油口在同一层内，溢流阀的先导部分可以伸出集成块之外。在液压元件布置方面往往要借助设计者的实际经验，逐步摸索，多设计几种方案分析对比，选择其中比较合理的方案。集成块外形尺寸除了考虑安防最大尺寸外，还必须留出足够的调整尺寸，以利于设计集成块内油孔时调整阀的位置。通常调整尺寸大致为：长度方向40到50mm，宽度方向20到30mm。第7章 液压站的设计液压站是液压系统的动力源，向液压系统提供所需的压力，流量和清洁的工作介质。它主要由油箱，液压泵装置及液压控制装置三大部分组成。油箱装有空气滤清器、过滤器、液面指示器和清洗孔等。液压泵站装置包括液压泵、驱动电机及其它们之间的联轴器等。液控装置是指组成液压系统各元件及其连接部分等。随着自动化、机械化程度的提高，对液压站的标准化、微型化等提出更高的要求，为了对液压装置维修方便，使油液的振动、发热对设备工作精度影响小，目前发展趋势是在装备之外单独设置液压站，这种方式特别是使用单件、小批量、多品种生产的非标准设备。哈尔滨理工大学学士学位论文237.1油箱的设计液压油箱的作用是储存液压油，散发热量溢出空气，沉淀杂质分离水分和安装元件等功能。在邮箱的设计时要注意在油箱的最高液面上要留出等于油液油箱容量的10到15的空中，以便形成油液的自由表面，容纳热膨胀和泡沫，促进空气分离，容纳停机或检修时靠自重流回油箱的油液。油箱由铸铁、铸铝和钢板焊接而成的。当由铸铁制成的油箱，内表面不涂漆，但要确保清楚所有的型砂和芯砂，表面必须喷砂处理。为减轻重量和提高散热能力而用铝铸成的油箱，内表面也不用涂漆，仅需要彻底清理。多数又想用钢板焊接而成，这类油箱必须彻底清楚所有泥土、切削、毛刺、焊渣和铁锈。轻度锈蚀可用钢丝或砂轮机清理，严重的锈蚀应当用喷丸处理。油箱一般都包括有清洗口、吊耳、隔板、液位计。注油口。通气器等。7.2液压站的结构设计7.2.1 液压泵的电机安装方式液压的安装方式：立式安装、卧式安装、整体安装、柜式安装。本次机械手的液压泵站的安装方式为卧式安装。7.2.2 液压站的结构设计在设计液压站时，液压泵装置、油箱和阀的连接装置设计原则外，还应考虑阀类元件的布置便于安装、调整维修及注意外观整体美观。例如，手动换向阀的位置应靠近操作部位，换向阀之间应留有一定的轴向距离，这样便于手动调整或拆装电磁阀铁。压力表及其开关应布置在便于观察和调整的地方：在油箱的边缘设置一些外接管道的支架，以便是外接管道固劳从而增加了刚性，又整齐美观；随工作部件运动的管道可采用软管、伸缩管等，软管安装时应避免发生扭转，以免影响使用寿命，互相平行的管道应保持一定的间隔，并用管夹固定。哈尔滨理工大学学士学位论文24第8章 液压泵的维护与安装8.1 液压元件的安装各种液压元件的安装方法和具体要求，在产品说明书中都有详细地说明，在安装时必须注意一下事项：1.安装元件必须应进行质量检查，根据情况进行拆卸，并进行测试。合格后再安装。2.安装前应将各种自动控制仪器进行校验。这对以后调整工作极为重要，避免不准而造成意外。3.液压泵于电机要求较高的同心度，即使是柔性联轴器，安装时也要尽量同心。一般情况下，必须保证同心度在0.1mm以下，倾斜角不得大于1。哈尔滨理工大学学士学位论文254.泵的入口、出口和旋转方向，一般在泵上均有标明，不得接反。5.油箱应仔细清洗，用压缩空气干燥后，在用煤油检查焊缝质量。6.为了避免空气进入阀内，往往要开两个相同作用的孔，安装后不用一个要堵死。7.一般调整的阀件，顺时针方向旋转式，增加流量、压力，逆时针方向旋转时，则流量、压力减少。 8.2 液压元件的维护液压设备通常采用“日常检查”和“定期检查”的方法，以保证设备的正常运行。要注意一下事项：1.油箱中的液压油应经常保持正常液面。2.液压油应经常保持清洁。3.放油时应遵守有关规则操作。4.油温应保证在允许的范围内。5.回路的空气应完全清除掉。6.应尽量保持电磁阀和电液伺服阀的电压稳定，否则可能导致线圈的发热，而影响阀的正常工作。7.在液压泵启动和停止时，应使溢流阀卸荷。结论在这学期的毕业设计灯壳冲压下料机械手的液压系统设计中，主要做了一下工作：了解下料机械手的液压系统工作原理；下料机械手液压油缸的设计计算；液压系统的设计计算；液压集成块的设计计算；液压泵站的设计；液压泵站的维护与安装；根据系统的实际应用情况及目前各厂家生产的各类相关产品的应用情况，选择相应的合适的元器件，例如；各类控制阀的选择，电动机和泵的型号。最后应用相关知识进行液压系统设计计算和安装。 液动机械手已经广泛应用在生产自动化的各个行业。 近20年来，液压技术的应用领域迅速拓宽，尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。电气可编程控制技术与液压技术相结合，使整个系统自动化程度更高，控制方式更灵活，性能更加可靠。液动机械手、柔性自动生哈尔滨理工大学学士学位论文26产线的迅速发展，对液压技术提出了更多更高的要求。微电子技术的引入，促进了电气比例伺服技术的发展，现代控制理论的发展，使液压技术从开关控制进入闭环比例伺服控制，控制精度不断提高。此外，在液压元件和液压系统的辅助设计、计算机仿真和优化及微机控制等开发性工作方面，更日益显示出显著成绩。致谢时间如梭，转眼毕业在即。回想在大学求学的四年，心中充满无限感激和留恋之情。感谢母校为我们提供的良好学习环境，使我们能够在此专心学习，陶冶情操。谨向我的论文指导周德繁老师致以最诚挚的谢意！王老师不仅在学业上言传身教，而且以其高尚的品格给我以情操上的熏陶。本文的写作更是直接得益于他的悉心指点，从论文的选题到体系的安排，从设计原理到具体计算，无不凝聚着他的心血。滴水之恩，当以涌泉想报，师恩重于山，师恩难报。我只有在今后的学习、工作中、以锲而不舍的精神，努力做出点成绩，以博恩师一笑。另外，我必须感谢我的父母。焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以为报。作为他们的孩子，我秉承了他们朴实、坚韧的性格，也因此我有足够的信心和能力战胜前进路上的艰难险阻；也因为他们的日夜辛劳，我才有机会如愿完成自己的大学学业，进而取得进一步发展的机会。哈尔滨理工大学学士学位论文27最后，我必须感谢我的朋友王永鹏和王东同学，正是因为他们对我们无私指引，我才能得以顺利完成该论文。至此，我诚挚的感谢那些所有帮助过我的人们！参考文献参考文献1 周德繁，刘延俊，关浩.液压与气压传动M.高等教育出版社，20072 于惠力，向敬忠，张春宜.机械设计M.科学出版社，20113 张景田，季雅娟，丁建 梅.画法几何及机械制图M.20064 东北工学院机械零件设计手册编写组.机械零件设计手册M.冶金工业出本社，20105 徐灏主编.机械设计手册M.机械工业出版社，20026 雷天觉.液压工程手册M.机械工业出版社，20107 储凯，许斌，李先民.机械工程材料M.重庆大学出版社，20088 顾崇.机械制造工艺学M.陕西科学技术出版社，20109 张利平.现代液压技术应用M.化学工业出版社，200910 臧克江.液压缸M.化学工业出版社，2010哈尔滨理工大学学士学位论文2811 隋文臣. 液压与气压传动M.重庆大学出版社，201112 天津大学工业机械手设计基础编写组编.工业机械手设计基础M.1天津大学出版社，198013 范丛山.机械手液压驱动系统的参数辨别技术J.机械工程学报，2003，10（2）：46-5214 康立新.工业机械手的设计J.中小企业管理与科技，2009,7（4）：23-2915 黎启柏.液压元件手册M.冶金工业出版社，2000 16 Frank Yeaple.Fluid Power Design HandbookM.Marcel Dekker Inc，200617 David.Control Engineering Programmable Logic Controller On A Chip-The Latest Tool Control EngineersJ. New York and Basel ,2007,20(1):80-12618 Marcel Ducker. IncDavid G.Johnsin.Programmable controllers for factory automationJ.New York and Basel, 2008,8(7):70-92附录Manipulator Robot developed in recent decades as high-tech automated production equipment. Industrial robot is an important branch of industrial robots. It features can be programmed to perform tasks in a variety of expectations, in both structure and performance advantages of their own people and machines, in particular, reflects the peoples intelligence and adaptability. The accuracy of robot operations and a variety of environments the ability to complete the work 哈尔滨理工大学学士学位论文29in the field of national economy and there are broad prospects for development. With the development of industrial automation, there has been CNC machining center, it is in reducing labor intensity, while greatly improved labor productivity. However, the upper and lower common in CNC machining processes material, usually still use manual or traditional relay-controlled semi-automatic device. The former time-consuming and labor intensive, inefficient; the latter due to design complexity, require more relays, wiring complexity, vulnerability to body vibration interference, while the existence of poor reliability, fault more maintenance problems and other issues. Programmable Logic Controller PLC-controlled robot control system for materials up and down movement is simple, circuit design is reasonable, with a strong anti-jamming capability, ensuring the systems reliability, reduced maintenance rate, and improve work efficiency. Robot technology related to mechanics, mechanics, electrical hydraulic technology, automatic control technology, sensor technology and computer technology and other fields of science, is a cross-disciplinary integrated technology.First, an overview of industrial manipulator Robot is a kind of positioning control can be automated and can be re-programmed to change in multi-functional machine, which has multiple degrees of freedom can be used to carry an object in order to complete the work in different environments. Low wages in China, plastic products industry, although still a labor-intensive, mechanical hand use has become increasingly popular. Electronics and automotive industries that Europe and the United States multinational companies very early in their factories in China, the introduction of automated production. But now the changes are those found in industrial-intensive South China, East Chinas coastal areas, local plastic processing plants have also emerged in mechanical watches began to become increasingly interested in, because they have to face a high turnover rate of workers, as well 哈尔滨理工大学学士学位论文30as for the workers to pay work-related injuries fee challenges. With the rapid development of Chinas industrial production, especially the reform and opening up after the rapid increase in the degree of automation to achieve the workpiece handling, steering, transmission or operation of brazing, spray gun, wrenches and other tools for processing and assembly operations since, which has more and more attracted our attention. Robot is to imitate the manual part of the action, according to a given program, track and requirements for automatic capture, handling or operation of the automatic mechanical devices. In real life, you will find this a problem. In the machine shop, the processing of parts loading time is not annoying, and labor productivity is not high, the cost of production major, and sometimes man-made incidents will occur, resulting in processing were injured. Think about what could replace it with the processing time of a tour as long as there are a few people, and can operate 24 hours saturated human right? The answer is yes, but the robot can come to replace it. Production of mechanical hand can increase the automation level of production and labor productivity; can reduce labor intensity, ensuring product quality, to achieve safe production; particularly in the high-temperature, high pressure, low temperature, low pressure, dust, explosive, toxic and radioactive gases such as poor environment can replace the normal working people. Here I would like to think of designing a robot to be used in actual production. Why would a robot designed to provide a pneumatic power: pneumatic robot refers to the compressed air as power source-driven robot. With pressure-driven and other energy-driven comparison have the following advantages: 1. Air inexhaustible, used later discharged into the atmosphere, does not require recycling and disposal, do not pollute the environment. (Concept of environmental protection) 2. Air stick is small, the pipeline pressure loss is small (typically less than asphalt gas path pressure drop of one-thousandth), to 哈尔滨理工大学学士学位论文31facilitate long-distance transport. 3. Compressed air of the working pressure is low (usually 4 to 8 kg / per square centimeter), and therefore moving the material components and manufacturing accuracy requirements can be lowered. 4. With the hydraulic transmission, compared to its faster action and reaction, which is one of the advantages pneumatic outstanding. 5. The air cleaner media, it will not degenerate, not easy to plug the pipeline. But there are also places where it fly in the ointment: 1. As the compressibility of air, resulting in poor aerodynamic stability of the work, resulting in the implementing agencies as the precision of the velocity and not easily controlled. 2. As the use of low atmospheric pressure, the output power can not be too large; in order to increase the output power is bound to the structure of the entire pneumatic system size increased.With pneumatic drive and compare with other energy sources drive has the following advantages:Air inexhaustible, used later discharged into the atmosphere, without recycling and disposal, do not pollute the environment. Accidental or a small amount of leakage would not be a serious impact on production.Viscosity of air is small, the pipeline pressure loss also is very small, easy long-distance transport. The lower working pressure of compressed air, pneumatic components and therefore the material and manufacturing accuracy requirements can be lowered. In general, reciprocating thrust in 1 to 2 tons pneumatic economy is better. Compared with the hydraulic transmission, and its faster action and reaction, which is one of the outstanding merits of pneumatic. Clean air medium, it will not degenerate, not easy to plug the pipeline. It can be safely used in flammable, explosive and the dust big occasions. Also easy to realize automatic overload protection.Second, the composition, mechanical hand哈尔滨理工大学学士学位论文32 Robot in the form of a variety of forms, some relatively simple, some more complicated, but the basic form is the same as the composition of the, Usually by the implementing agencies, transmission systems, control systems and auxiliary devices composed. 1. Implementing agencies Manipulator executing agency by the hands, wrists, arms, pillars. Hands are crawling institutions, is used to clamp and release the workpiece, and similar to human fingers, to complete the staffing of similar actions. Wrist and fingers and the arm connecting the components can be up and down, left, and rotary movement. A simple mechanical hand can not wrist. Pillars used to support the arm can also be made mobile as needed. 2. Transmission The actuator to be achieved by the transmission system. Sub-transmission system commonly used manipulator mechanical transmission, hydraulic transmission, pneumatic and electric power transmission and other drive several forms. 3. Control System Manipulator control systems main role is to control the robot according to certain procedures, direction, position, speed of action, a simple mechanical hand is generally not set up a dedicated control system, using only trip switches, relays, control valves and circuits can be achieved dynamic drive system control, so that implementing agencies according to the requirements of action. Action will have to use complex programmable robot controller, the micro-computer control.Three, mechanical hand classification and characteristics Robots are generally divided into three categories: the first is the general machinery does not require manual hand. It is an independent not affiliated with a particular host device. It can be programmed according to the needs of the task 哈尔滨理工大学学士学位论文33to complete the operation of the provisions. It is characterized with ordinary mechanical performance, also has general machinery, memory, intelligence ternary machinery. The second category is the need to manually do it, called the operation of aircraft. It originated in the atom, military industry, first through the operation of machines to complete a particular job, and later developed to operate using radio signals to carry out detecting machines such as the Moon. Used in industrial manipulator also fall into this category. The third category is dedicated manipulator, the main subsidiary of the automatic machines or automatic lines, to solve the machine up and down the workpiece material and delivery. This mechanical hand in foreign countries known as the Mechanical Hand, which is the host of services, from the host-driven; exception of a few outside the working procedures are generally fixed, and therefore special.Main features:First, mechanical hand (the upper and lower material robot, assembly robot, handling robot, stacking robot, help robot, vacuum handling machines, vacuum suction crane, labor-saving spreader, pneumatic balancer, etc.). Second, cantilever cranes (cantilever crane, electric chain hoist crane, air balance the hanging, etc.) Third, rail-type transport system (hanging rail, light rail, single girder cranes, double-beam crane)Four, industrial machinery, application of hand Manipulator in the mechanization and automation of the production process developed a new type of device. In recent years, as electronic technology, especially computer extensive use of robot development and production of high-tech fields has become a rapidly developed a new technology, which further promoted the development of robot, allowing robot to better achieved with the combination of mechanization and automation. Although the robot is not as flexible as staff, but it has to the continuous 哈尔滨理工大学学士学位论文34duplication of work and labor, I do not know fatigue, not afraid of danger, the power snatch weight characteristics when compared with manual large, therefore, mechanical hand has been of great importance to many sectors, and increasingly has been applied widely, for example: (1) Machining the workpiece loading and unloading, especially in the automatic lathe, combination machine tool use is more common. (2) In the assembly operations are widely used in the electronics industry, it can be used to assemble printed circuit boards, in the machinery industryIt can be used to assemble parts and components. (3) The working conditions may be poor, monotonous, repetitive easy to sub-fatigue working environment to replace human labor. (4) May be in dangerous situations, such as military goods handling, dangerous goods and hazardous materials removal and so on. (5) Universe and ocean development. (6) Military engineering and biomedical research and testing. Help mechanical hands: also known as the balancer, balance suspended, labor-saving spreader, manual Transfer machine is a kind of weightlessness of manual load system, a novel, time-saving technology for material handling operations booster equipment, belonging to kinds of non-standard design of series products. Customer application needs, creating customized cases. Manual operation of a simulation of the automatic machinery, it can be a fixed program drawshandling objects or perform household tools to accomplish certain specific actions. Application of robot can replace the people engaged in monotonousrepetitive or heavy manual labor, the mechanization and automation of production, instead of people in hazardous environments manual operation, improving working conditions and ensure personal safety. The late 20th century, 40, the United States atomic energy experiments, the first use of radioactive material handling robot, human robot in a safe room to 哈尔滨理工大学学士学位论文35manipulate various operations and experimentation. 50 years later, manipulator and gradually extended to industrial production sector, for the temperatures, polluted areas, and loading and unloading to take place the work piece material, but also as an auxiliary device in automatic machine tools, machine tools, automatic production lines and processing center applications, the completion of the upper and lower material, or From the library take place knife knife and so on according to fixed procedures for the replacement operation. Robot body mainly by the hand and sports institutions. Agencies with the use of hands and operation of objects of different occasions, often there are clamping support and adsorption type of care. Movement organs are generally hydraulic pneumaticelectrical device drivers. Manipulator can be achieved independently retractable rotation and lifting movements, generally 2 to 3 degrees of freedom. Robots are widely used in metallurgical industry, machinery manufacture, light industry and atomic energy sectors.Can mimic some of the staff and arm motor function, a fixed procedure for the capture, handling objects or operating tools, automatic operation device. It can replace human labor in order to achieve the production of heavy mechanization and automation that can operate in hazardous environments to protect the personal safety, which is widely used in machinery manufacturing, metallurgy, electronics, light industry and nuclear power sectors. Mechanical hand tools or other equipment commonly used for additional devices, such as the automatic machines or automatic production line handling and transmission of the workpiece, the replacement of cutting tools in machining centers, etc. generally do not have a separate control device. Some operating devices require direct manipulation by humans; such as the atomic energy sector performs household hazardous materials used in the master-slave manipulator is also often referred to as mechanical hand.哈尔滨理工大学学士学位论文36Manipulator mainly by hand and sports institutions. Task of hand is holding the workpiece (or tool) components, according to grasping objects by shape, size, weight, material and operational requirements of a variety of structural forms, such as clamp type, type and adsorption-based care such as holding. Sports organizations, so that the completion of a variety of hand rotation (swing), mobile or compound movements to achieve the required action, to change the location of objects by grasping and posture.Robot is the automated production of a kind used in the process of crawling and moving piece features automatic device, which is mechanized and automated production process developed a new type of device. In recent years, as electronic technology, especially computer extensive use of robot development and production of high-tech fields has become a rapidly developed a new technology, which further promoted the development of robot, allowing robot to better achieved with the combination of mechanization and automation. Robot can replace humans completed the risk of duplication of boring work, to reduce human labor intensity and improve labor productivity. Manipulator has been applied more and more widely, in the machinery industry, it can be used for parts assembly, work piece handling, loading and unloading, particularly in the automation of CNC machine tools, modular machine tools more commonly used. At present, the robot has developed into a FMS flexible manufacturing systems and flexible manufacturing cell in an important component of the FMC. The machine tool equipment and machinery in hand together constitute a flexible manufacturing system or a flexible manufacturing cell, it was adapted to small and medium volume production, you can save a huge amount of the work piece conveyor device, compact, and adaptable. When the work piece changes, flexible production system is very easy to change will help enterprises to continuously update the marketable variety, improve product quality, and better adapt to market competition. At present, Chinas industrial robot technology and 哈尔滨理工大学学士学位论文37its engineering application level and comparable to foreign countries there is a certain distance, application and industrialization of the size of the low level of robot research and development of a direct impact on raising the level of automation in China, from the economy, technical considera