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淮海 多工位 冲床 机械手 CAD

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多工位冲床机械手做CAD+说明书+查重25%。要求：题目多工位冲床机械手，三个自由度xyz，没有转动。手部吸盘，三个工位。手部是吸盘。不用腰部，没有转动 。见所付视频：老师的意思应该就是这种运动轨迹菠萝你个哈密瓜2017/5/6星期六9:40:25还有个伸缩菠萝你个哈密瓜2017/5/6星期六9:40:35一共三个自由度xyz 另外发了个多工位的CAD装配图你看。这种能不能运用菠萝你个哈密瓜2017/5/6星期六9:42:07我只是给你看看的菠萝你个哈密瓜2017/5/6星期六9:42:24我本来想通过这个改改的菠萝你个哈密瓜2017/5/6星期六9:42:44结果感觉改动太大了，手部不一样，运动轨迹也不同有点 毕业设计是大学学习的最后一个综合性实践教学环节。通过设计要求学生综合运用所学的理论、专业知识，对实际问题进行分析、研究，并完成相应的产品设计。（1）掌握机械产品设计的一般步骤和常用方法；（2）掌握调查研究、中外文献资料的查阅及综合分析的能力；（3）锻炼学生综合所学知识和技能，独立分析问题和解决问题的能力；（4）训练学生正确运用国家标准和技术语言阐述理论和技术问题、撰写科技论文和技术报告的能力（5）通过计算机绘图撰写论文等工作，提高学生的计算机应用能力；（6）培养学生严谨的科学态度和促进创新能力的提高。综合运用所学知识，搜集有关资料，在了解功能和工作原理基础上设计出多工位冲床机械手。要求学生通过阅读相关文献，掌握多工位冲床机械手的功能和设计的相关理论。完成相应的机械结构、动力传递系统，并完成元件的选择。根据选定的方案和具体作业要求，分别对机壳、传动方式的选择,内部结构设计等进行设计计算，确定电机参数，对关键零部件进行合理的选型设计。绘制总装图及部分部件图。完成毕业设计说明书。本 科 毕 业 设 计 (论 文)毕业设计（论文）中文题目:多工位冲床机械手结构设计English Title:Multi-station punch press manipulator Structural design学 院： （楷体_GB2312四号，下同）机械工程学院 专业班级： 机械设计制造及其自动化 G机械132 学生姓名： 王希文 学 号： 2013150079 指导教师： 张贤 年 月毕业设计（论文）中文摘要多工位冲床机械手摘 要：本课题主要是多工位冲床机械手，随着现代工业的不断发展，不但使传统工业的生产发生了根本性的变化，而且也对人类社会的生产产生了重大的影响。多工位冲床机械手作为现代工业生产的一种工具，不仅大大的提高了生产力，而且把人从各种生产环境中解放出来。目前，许多国家的多工位冲床技术得到很好的发展，我国也在进行深入的研究和开发。本文主要是设计一个多工位冲床的直角坐标机械手，它可以应用在自动化生产线上与人工相比具有速度快、定位精度准确的特点，具有很强的实用性能。作为直角坐标机械手结构设计，本文用了第二、三、四章详细阐述了设计过程，第五章对机械手进行了效果分析，并总结了直角坐标机械手的特点。课题应用设计方法学的设计原理和方法，研究并提出了冲床直角坐标送料机械手的设计流程和设计方法，并利用提出的设计方法成功地设计了一台冲床直角坐标送料机械手。这既是对设计方法学的一次应用，也是对冲床直角坐标送料机械手的设计方法的探讨。 设计不拘泥于常规，使产品具有更广阔的发展空间，必将成为机械手的发展趋势。关键词：机械手, 多工位，直角坐标机械手,冲床机械手,冲床毕业设计（论文）外文摘要Multi-station punch press manipulatorAbstract: The main issue is multi punch manipulator, with the continuous development of modern industry, not only the traditional industrial production has undergone fundamental changes, but also has great influence on the production of human society. As a tool of modern industrial production, multi position punch manipulator not only greatly improves productivity, but also liberates people from all kinds of production environment. At present, many countries in the multi station punch technology has been well developed, China is also in-depth research and development. This paper is mainly the Cartesian coordinate manipulator design a multi punch, it can be used in automatic production line and artificial compared with high speed, precision and accuracy, has a strong practical performance. As a Cartesian coordinate manipulator structure design, this paper used second, third, fourth chapters, elaborated the design process in detail, and the fifth chapter analyzed the mechanical hand, and summarized the characteristics of the Cartesian coordinate manipulator. The design principle and method of applying the design method of the research topic, and puts forward the design process and design methods of feeding mechanical hand punching rectangular coordinates, and successfully designed a NC lathe coordinate feeding manipulator using the proposed design method. This is not only an application of design methodology, but also a design method of rectangular coordinate feeding manipulator for CNC lathe. Design does not adhere to the routine, so that the product has a broader space for development, will become the development trend of mechanical hand.Key words: Manipulator, multi station, Cartesian coordinate manipulator, punch, manipulator, punch press目 录摘 要II第1章 绪论71.2 本课题研究的目的和意义71.3 冲床机械手概念7第2章 冲床机械手设计要求与方案82.2 基本设计思路82.2.1 系统分析82.2.2 总体设计图82.2.3 冲床机械手的基本参数92.3 冲床机械手结构形式102.4 机械手材料的选择112.6 冲床机械手驱动方式的选择12第3章 冲床机械手机械部分的设计133.1 吸盘设计要求及选型133.2 水平方向设计计算133.2.1 滚珠丝杆副的选择14导程确定14确定丝杆的等效转速15确定丝杆的等效负载15确定丝杆所受的最大动载荷15精度的选择16选择滚珠丝杆型号173.2.2校核17 临界压缩负荷验证17临界转速验证18丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率193.2.3电机的选择19电机轴的转动惯量20电机扭矩计算203.3 气缸的设计计算223.3.1 初步确系统压力223.3.2 升降气缸计算223.3.3 活塞杆的计算校核243.3.4 气缸工作行程的确定253.3.5 活塞的设计263.3.6 导向套的设计与计算263.3.7 端盖和缸底的计算校核273.3.8 缸体长度的确定273.3.9缓冲装置的设计273.3.10 气缸的选型283.4 机身结构的设计校核303.5 螺柱的设计与校核303.6 冲床机械手的定位及平稳性确定323.6.1常用的定位方式323.6.2影响平稳性和定位精度的因素323.6.3冲床机械手运动的缓冲装置33总 结 结论34参考文献36致 谢37淮海工学院二一七届本科毕业设计（论文） 第 36 页 共 40 页第1章 绪论1.2 本课题研究的目的和意义 通过对设计使我们得到对所学相关课程的综合训练；传统夹紧机构对加工时的干涉太大，对生产量影响较大，设计一款新的多工位冲床机械手，使得加工时间缩短，加工精度得到保证，生产量得到提高。1.3 冲床机械手概念目前，工业机械手的概念，世界是不统一，分类是不一样的。国际标准化联合国最近采用了美国机械手协会定义了工业机械手的组织：工业机械手是一种可编程的多功能操作装置，可以改变行动计划，完成各种工作，主要用于材料处理，工件传送。冲床机械手（机械手）是一台自动执行工作。它是一个产品的控制理论，先进的集成机械电子，计算机，材料和仿生。在工业，医学，农业，建筑业甚至军事等领域中均有重要的应用。冲床机械手是一种有代表性的，机械的和电子控制系统，自动化程度高的生产工具，在近50年的发展。在制造业中，液压工业机械手技术已经得到了广泛的应用。这是一个高的自动化程度，改善劳动条件，保证产品质量和提高工作效率，发挥了非常重要的作用。可以说，他是现代工业的技术革命。执行系统一般包括手，腕，臂，底座，一个主要的运动系统。主要由冲床机械手执行系统，驱动系统和控制系统三部分。手抓（或吸附，控股）和松开工件或工具的部分，由手指（或吸收），驱动元件和驱动元件。第2章 冲床机械手设计要求与方案2.2 基本设计思路2.2.1 系统分析该机械手是实现生产过程自动化，提高劳动生产率的有力工具。为了在生产过程实现自动化，机械化，自动化的综合技术经济分析的需要，从而判断是否适当的机械手。以完成机械手的设计，一般都要先做以下工作：（1）根据使用场合的机械手机械手的，明确的目标和任务。（2）机械手的工作环境分析。（3）对系统要求的分析，确定了机械手和方案的基本功能，如自由度的数目，机械手的运动速度，定位准确，抓住重。此外，根据抓斗液压质量，形状，尺寸和批量生产，以确定的形式和机械手的位置和握力的大小。在这方面，我分析如下：（1）为手材料液压机械设计问题，机械手是物料输送机械手。虽然机械手的使用场合，也非常广泛，涉及到材料的状态，环境因素的作业线，比我的知识和能力，我选择了材料冲床机械手的小对象处理非生产线。（2）由于机械手我选择的是材料的冲床机械手，小对象处理非生产线。因此，系统的工作环境下，机械厂，准确度高，故障率低，速度。2.2.2 总体设计图目前直角坐标机械手主要有两种结构形式。一种是门式直角坐标机械手，另一种是臂式直角坐标机械手。哪下表所示它们各自有特点： 表3-1两种机械手性能对比表类型优点缺点 门式直角坐标机械手 可承受较大载荷，结构稳定 占据空间大 悬臂式破解坐标机械手 使用灵活方便，占据空间小 具有悬臂梁结构除第一根轴安装在基础上外其余各轴行程不易过长鉴于此，选择了其中一种即门式直角坐标机械手进行结构设计。在这里需要指出的是，两种结构还存在一个共同的缺点就是一台机械手只能对应唯一的工作空间。 图2 总体设计图 总体有3个方向的自由度，其中包括水平方向的一个自由度（采用滚珠丝杆机构）竖直方向的一个自由度（采用油缸机构），前进送料方向的一个自由度（采用油缸机构）。2.2.3 冲床机械手的基本参数1. 机械手的最大液压物料的重量是它的主参数。2. 运动速度直接影响机械手的动作快慢和机械手动作的稳定性，所以运动速度也是是物料物料冲床机械手的一个主要的基本参数。设计速度过低的话，会无法满足机械手的动作功能，限制机械手的使用范围。设计的速度过高又会加重机械手的负载并影响机械手动作的平稳性。 3. 伸缩行程和工作半径是决定机械手工作范围及整机尺寸的关键，也是机械手设计的基本参数。3.定位精度也是机械手的主要基本参数之一。机械手精度太低，就完成不了功能，精度太高又意味着成本的增加。综合考虑，该物料冲床机械手的定位精度设定定位精度0.3mm。物料冲床机械手的各个部分的基本参数可以由上面已经知道的物料冲床机械手各关节的行程和时间分配来决定。2.3 冲床机械手结构形式冲床直角坐标多工位冲床机械手一般是由现有的驱动电机、直线运动定位单元和控制器等产品组装而成，这些产品的质量在很大程度上决定整台设备的质量，因此用户希望其采用的产品的品质优良，以保证整台设备具有足够长的工作寿命。一般地，产品的质量与其生产厂家有很大的关系，厂家的技术实力与声誉越好，其生产的产品质量越好。在保证产品功能和产品质量的前提下， 用户希望产品的价格实惠，即成本经济性好。而质量越好的产品，其价格往往越高。所以需要在产品质量和经济性当中寻求平衡。 冲床直角坐标多工位冲床机械手的直线运动自由度为23个。其中，二维机械手通常用于单台冲床的上下料作业，这种多工位冲床机械手通常是冲床生产商生产的冲床自动化附件，应用范围有一定的局限性。在实际应用中，冲床直角坐标多工位冲床机械手的直线运动自由度通常为3 个，其应用范围相当广泛。 冲床直角坐标多工位冲床机械手的框架结构，一般有龙门式、悬臂式和伸缩臂式三种结构形式，如图 图3.1 图3.2 图3.3 图3 常见的结构形式如图3.1 所示，龙门式结构的框架支撑最为稳定，单横梁滑轨的两端都有支撑，其刚性最好，并可以通过并排连接滑轨来增加整体的负载能力，在三个直线方向上都可以通过连接直线运动单元获得超长行程。所以龙门式结构适用于大型和重型工件的长距离搬运，或是对机械手刚性要求较高的工况。但是龙门式结构的直角坐标机械手，其本体占据的空间比较大，因此并不适用于空间比较狭小或工作空间要求比较苛刻的工作环境。 如图3.2 所示，悬臂式直角坐标机械手的主要优点就是所占空间较小，机械手布置比较灵活，在对工作空间有严格要求的场合比较适用。但是悬臂式 直角坐标机械手由于外伸臂的存在，因此伸出臂弯曲变形较大，这就要求支撑外伸臂的部件有较好的扭转刚度，同时这一缺点也限制了悬臂式直角坐标机 器人的承载能力和在外伸臂上的行程。悬臂式结构的多工位冲床机械手，可以安装在冲床的前方、后方或侧方。 2020如图3.3 所示，伸缩臂结构的多工位冲床机械手，抓手和物料是放置于可做伸缩运动的滑轨末端，与悬臂式结构相比，在同样负载下，伸缩臂的承重较少，故其刚度比悬臂式结构较强，而在同样的刚度条件下，承载能力比悬臂式结构有所提高。但滑轨的伸出长度仍然不宜过长，否则会降低刚度，也会在运动中产生振动。本课题选择的是龙门式的机械手。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，选择直角坐标机械手。2.4 机械手材料的选择机械手的材料应根据手臂的工作条件，满足机械手的设计和制造要求。从设计思想，机械臂完成各种运动。因此，对材料的要求是为移动部件，它应该是轻质材料。另一方面，手臂振动经常的运动过程中，这将大大减少它的运动精度。所以在材料的选择上，综合考虑的质量，刚度，阻尼的需要，从而有效地提高了机械臂的动力学性能。此外，机械手选材料和不同材料的一般结构。机械手是一种伺服机构，受控制，必须考虑其可控性。在臂的材料选择，可控性和可加工性的材料，结构，质量性能的考虑。总之，选择一个机械臂的材料，应考虑强度，刚度，重量轻，弹性，耐冲击，外观和价格等因素。这里有几个机械手使用的材料：（1）高强度钢，碳素结构钢和合金结构钢：这类材料的强度，特别是合金结构钢的强度增加了4 5倍，弹性模量，抗变形能力，是最广泛使用的材料；（2）铝，铝合金等轻合金材料的共同特点是重量轻，弹性模量E的小，但材料的密度小，与EP比值还与钢相比；（3）陶瓷：陶瓷材料具有良好的质量，但易碎，但处理不好，接头需要特殊的设计与金属零件。然而，日本已开发ARM陶瓷机械手用于高速机械手的样品；从机械手设计的角度来看，不需要负载能力在材料的选择，也不需要高弹性模量和抗变形能力，除了要考虑到材料成本，加工和其他因素。在各种因素的措施，结合铝合金的初步选择的工作条件，如机械臂组件。2.6 冲床机械手驱动方式的选择机械手使用的驱动方式主要有液压驱动，液压驱动和电机驱动的四种基本形式。但是，与液压传动相比，低功耗，能源，液压传动结构相对简单的速度不易控制，精度不高。液压驱动的特点是功率大，结构简单，省去了减速装置，响应速度快，精度高。但需要有液压源，但也容易漏液压。首先，我会选择驱动电机，但考虑到纯机械结构的机械手的运动并不能达到理想的传播效果。如果你使用液压或液压传动机械臂的旋转，必须与回转液压或旋转液压缸，结构比较复杂，不利于设计。改进后的方案，将驱动方式分为两个部分。其机械臂伸缩，升降机械手抓取，采用液压驱动方式。第3章 冲床机械手机械部分的设计3.1 吸盘设计要求及选型（1）不论是夹持或是吸附，末端执行器需具有满足作业要求的足够的夹持力和所需的夹持位置精度。（2）应尽可能使末端执行器结构简单，紧凑、重量轻，以减轻手臂的负荷。专用的末端执行器机构简单，工作效率高，而能完成多种作业的万能末端执行器可能具有结构复杂、费用昂贵的缺点，因此提倡设计可快速更换的系列化、通用化专用末端执行器1 吸盘是直接吸吊物体的元件，一般用橡胶做成。真空吸盘之所以能吸附在工件上的原因是由于环境压力（大气压力）大于吸盘与工件之间的压力。将吸盘与真空发生装置连接，吸盘内部空间的空气被抽去，当吸盘接触到工件时，大气和吸盘之间形成了密封，就会吸住物料，吸气大小与大气压和吸盘内部空间的压力差成正比。选择65CW36吸盘。3.2 水平方向设计计算表 3-1滚珠丝杆副支承支承方式简图特点一端固定一端自由结构简单，丝杆的压杆的稳定性和临界转速都较低设计时尽量使丝杆受拉伸。这种安装方式的承载能力小，轴向刚度底，仅仅适用于短丝杆。一端固定一端游动需保证螺母与两端支承同轴，故结构较复杂，工艺较困难，丝杆的轴向刚度与两端相同，压杆稳定性和临界转速比同长度的较高，丝杆有膨胀余地，这种安装方式一般用在丝杆较长，转速较高的场合，在受力较大时还得增加角接触球轴承的数量，转速不高时多用更经济的推力球轴承代替角接触球轴承。两端固定只有轴承无间隙，丝杆的轴向刚度为一端固定的四倍。一般情况下，丝杆不会受压，不存在压杆稳定问题，固有频率比一端固定要高。可以预拉伸，预拉伸后可减少丝杆自重的下垂和热膨胀的问题，结构和工艺都比较困难，这种装置适用于对刚度和位移精度要求较高的场合。3.2.1 滚珠丝杆副的选择滚珠丝杆副就是由丝杆、螺母和滚珠组成的一个机构。他的作用就是把旋转运动转和直线运动进行相互转换。丝杆和螺母之间用滚珠做滚动体，丝杠转动时带动滚珠滚动。设Z向最大行程为200mm,最快进给速度为1500mm/min, 送料重量：1000g导程确定电机与丝杆通过联轴器连接，故其传动比i=1, 选择电机Y系列异步电动机的最高转速，则丝杠的导程为 取Ph=12mm确定丝杆的等效转速基本公式 最大进给速度是丝杆的转速 最小进给速度是丝杆的转速 丝杆的等效转速 式中取故确定丝杆的等效负载工作负载是指工作时，实际作用在滚珠丝杆上的轴向压力，他的数值用进给牵引力的实验公式计算。选定导轨为滑动导轨，取摩擦系数为0.03，K为颠覆力矩影响系数，一般取1.11.5，本课题中取1.3，则丝杆所受的力为其等效载荷按下式计算（式中取，）确定丝杆所受的最大动载荷fw-负载性质系数，（查表：取fw=1.2）ft-温度系数（查表：取ft=1）fh-硬度系数（查表：取fh =1）fa-精度系数（查表：取fa =1）fk-可靠性系数（查表：取fk =1）Fm-等效负载nz-等效转速Th -工作寿命，取丝杆的工作寿命为15000h由上式计算得Car=17300N表3-1-1各类机械预期工作时间Lh表3-1-2精度系数fa表3-1-3可靠性系数fk表3-1-4负载性质系数fw精度的选择滚珠丝杠副的精度对电气的定位精度会有影响，在滚珠丝杠精度参数中，导程误差对定位精度是最明显的。一般在初步设计时设定丝杠的任意300行程变动量应小于目标设定定位精度值的1/31/2,在最后精度验算中确定。，选用滚珠丝杠的精度等级X轴为13级（1级精度最高），Z轴为25级，考虑到本设计的定位精度要求及其经济性，选择X轴Y轴精度等级为3级，Z轴为4级。选择滚珠丝杆型号 计算得出Ca=Car=17.3KN,则Coa=(23)Fm=（34.651.9）KN公称直径Ph=12mm则选择FFZD型内循环浮动返向器，双螺母垫片预紧滚珠丝杆副，丝杆的型号为FFZD40103。公称直径 d0=30mm 丝杆外径d1=29.5mm 钢球直径dw=7.144mm 丝杆底径d2=24.3mm 圈数=3圈 Ca=30KN Coa=66.3KN 刚度kc=973N/m3.2.2校核滚珠丝杆副的拉压系统刚度影响系统的定位精度和轴向拉压震动固有频率，其扭转刚度影响扭转固有频率。承受轴向负荷的滚珠丝杆副的拉压系统刚度KO有丝杆本身的拉压刚度KS，丝杆副内滚道的接触刚度KC，轴承的接触刚度Ka，螺母座的刚度Kn，按不同支撑组合方式计算而定。 临界压缩负荷验证丝杆的支撑方式对丝杆的刚度影响很大，采用一端固定一端支撑的方式。临界压缩负荷按下列计算：式中E-材料的弹性模量E钢=2.1X1011（N/m2）LO-最大受压长度（m）K1-安全系数，取K1=1.3Fmax-最大轴向工作负荷（N）f1-丝杆支撑方式系数：f1=15.1I=丝杆最小截面惯性距（m4）式中do-是丝杆公称直径（mm）dw-滚珠直径（mm），丝杆螺纹不封闭长度Lu=工作台最大行程+螺母长度+两端余量Lu=300+148+20X2=488mm支撑距离LO应该大于丝杆螺纹部分长度Lu，选取LO=620mm代入上式计算得出Fca=5.8X108N可见FcaFmax，临界压缩负荷满足要求。临界转速验证滚珠丝杠副高速运转时，需验算其是否会发生共振的最高转速，要求丝杠的最高转速： 式中：A-丝杆最小截面：A=-丝杠内径，单位；P-材料密度p=7.85*103(Kg/m)-临界转速计算长度，单位为，本设计中该值为=148/2+300+(620-488)/2=440mm-安全系数，可取=0.8fZ-丝杠支承系数，双推-简支方式时取18.9经过计算，得出= 6.3*104，该值大于丝杠临界转速，所以满足要求。丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率 丝杠系统的轴向拉压系统刚度Ke的计算公式式中 A丝杠最小横截面，；螺母座刚度KH=1000N/m。当导轨运动到两极位置时，有最大和最小拉压刚度，其中，L植分别为750mm和100mm。经计算得：式中 Ke 滚珠丝杠副的拉压系统刚度(N/m)； KH螺母座的刚度(N/m)；KH=1000 N/mKc丝杠副内滚道的接触刚度(N/m)；KS丝杠本身的拉压刚度(N/m)；KB轴承的接触刚度(N/m)。经计算得丝杠的扭转振动的固有频率远大于1500r/min，能满足要求。3.2.3电机的选择步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲电机转轴步进一个距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲的频率。步进电机具有惯量低、定位精度高、无累计误差、控制简单等优点，所以广泛用于机电一体化产品中。选择步进电动机时首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率，再者还要考虑转动惯量、负载转矩和工作环境等因素。电机轴的转动惯量a、回转运动件的转动惯量上式中：d直径,丝杆外径d=29.5mmL长度=1mP钢的密度=7800经计算得b、X向直线运动件向丝杆折算的惯量上式中：M质量 X向直线运动件M=160kgP丝杆螺距（m）P=0.001m经计算得c、联轴器的转动惯量查表得 因此电机扭矩计算a、折算至电机轴上的最大加速力矩上式中：J=0.0028kg/m2ta加速时间 KS系统增量，取15s-1,则ta=0.2s经计算得b、折算至电机轴上的摩擦力矩上式中：F0导轨摩擦力，F0=Mf，而f=摩擦系数为0.02，F0=Mgf=32NP丝杆螺距（m）P=0.001m传动效率，=0.90I传动比，I=1经计算得c、折算至电机轴上的由丝杆预紧引起的附加摩擦力矩上式中P0滚珠丝杆预加载荷1500N0滚珠丝杆未预紧时的传动效率为0.9经计算的T0=0.05NM则快速空载启动时所需的最大扭矩 根据以上计算的扭矩及转动惯量，选择电机型号为SIEMENS的IFT5066，其额定转矩为6.7。3.3 气缸的设计计算3.3.1 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油马达机构相连接，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。3.3.4 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，可选取垂直方向气缸的工作行程为900mm，可选取水平方向气缸的工作行程为1000mm。3.3.5 活塞的设计由于活塞在气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。3.3.6 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 气缸最小导向长度1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。3.3.7 端盖和缸底的计算校核 在单活塞气缸中，有活塞杆通过的端盖叫端盖，无活塞杆通过的缸盖叫缸头或缸底。端盖、缸底与缸筒构成密封的压力容腔，它不仅要有足够的强度以承受气力，而且必须具有一定的连接强度。端盖上有活塞杆导向孔（或装导向套的孔）及防尘圈、密封圈槽，还有连接螺钉孔，受力情况比较复杂，设计的不好容易损坏。1.端盖的设计计算端盖厚h为：式中 D1螺钉孔分布直径，cm； P压力，； 密封环形端面平均直径，cm； 材料的许用应力，。2.缸底的设计 缸底分平底缸，椭圆缸底，半球形缸底。3.3.8 缸体长度的确定 气缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还需要考虑到两端端盖的厚度1。一般气缸缸体长度不应大于缸体内经的2030倍。取系数为5,则气缸缸体长度：L=5*10cm=50cm。3.3.9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。3.3.10 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，从事于空油压零组件和设备研 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、空油压设备，产 品广泛应用于医疗器械、工业机械手、食品包装机械、纺织机械、半导体设备、轨道交通、烟草机械、机床自动控制、真空搬运、汽车制造、教学培训等行业。速易可目前主要产品有：无杆气缸、滑台气缸、止动气缸、回转气缸、机械夹、回转夹紧气（油）压缸、导杆气缸、带锁气缸、双轴缸、标准型气缸、控制阀、空气控制组件、真空系统组件及相关气动辅助零组件。根据上节计算，在这选择YAM63.3.4 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冲床机械手的总体布局。本课题冲床机械手的机身设计成机座式，这样冲床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，多见于回转型冲床机械手。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 螺柱的设计与校核 螺杆是冲床机械手的主支承件，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3.6 冲床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。当冲床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，若定位时关闭驱动油路而去掉工作压力，这时冲床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冲床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)精度冲床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)刚度冲床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冲床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)驱动源液压的压力波动及电压、油温的波动都会影响冲床机械手的重复定位精度。因此，采用必要的稳压及调节液压措施。(7)控制系统开关控制、电液压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。3.6.3冲床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。内缓冲形式有液压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液压缸端部缓冲装置。当活塞运动到距液压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，称为液压缸端部缓冲装置12-15。在缓冲行程中，节流口恒定的，称为恒节流式液压缸端部缓冲装置。设计液压缸端部恒节流缓冲装置时，（最大加速度）、（缓冲腔最大冲击压力）和（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：(1)选择最大加速度通常，amax值按冲床机械手类型和结构特点选取，同时要考虑速度与载荷大小。对于重载低速冲床机械手， 取5m/s2以下，对于轻载高速冲床机械手，取510 m/s2(2)计算沿运动方向作用在活塞上的外力F水平运动时： （3.23） =0.251033.62-7=138N(3)计算残余速度Vr （3.24）m/s总 结 通过前面的介绍，读者可以很清楚的了解冲床直角坐标机械手的设计过程。概括起来是，从用途出发去思考设备的结构。再利用学过的机械知识进行设计。在设计的过程中，由于对机械手产品了解太少，遇到了好很多困难，但在老师的指导下经过了三个多月的努力，终于完成了设计任务，别外在设计中还注意了创新的设计，并取得了比较好的效果。虽然作为本科生的产品设计，很难直接投入到生产中，但就其设计过程和方法本身而言，有很强的锻炼价值，能够实现理论与实践相结合，为今后的设计工作打下基础。在设计的过程中，我几乎用到了所有专业课的相关知识，同时查阅了大量的资料，不仅深化了对所学知识的理解，也提高了主动学习、主动解决问题的能力。课题应用设计方法学的设计原理和方法，研究并提出了冲床直角坐标送料机械手的设计流程和设计方法，既是对设计方法学的一次应用，也是对适用于冲床直角坐标送料机械手的更加科学的设计方法的探讨。 从设计方法学的设计进程可以看出，运用设计方法学可以有效地避免单纯依靠经验设计的局限性，克服靠偶然性求解，从而使求解过程有章可循，有助于促进发明和认知能力，它使设计者有可能比以前更快、更好地找到解决问题的途径，使优化解更容易求得。 在课题的研究中，应用设计方法学中的系统工程的思想，将冲床直角坐标送料机械手的总功能，划分为抓取功能、转位功能、XYZ轴方向直线运动功能、运动驱动功能、控制功能和人机交流功能等若干既相互联系又相互独立的分功能，并使用已有的功能模块化产品实现这些分功能，而不必再设计用于实现分功能的机械零部件，这样就给送料机械手的设计、制造和安装调试带来很大的便利，缩短了整机产品设计的周期。 课题先后完成了以下几个工作： 1、介绍了设计方法学的学科定义、学科特点和研究内容，以及国内外的研究状况，详细阐述了设计方法学的基本原理。 2、叙述了冲床直角坐标机械手的基本知识，并对其工作特点进行了详细地理论分析。 3、将设计方法学的基本理论和冲床直角坐标送料机械手的设计相结合，提出了冲床直角坐标送料机械手的设计方法。按照此设计方法，对冲床直角坐标送料机械手进行功能分析和功能分解，建立了冲床直角坐标送料机械手的功能树图和功能结构图；使用功能模块化产品，对分功能进行求解，按照产品的功能和内部结构，以及所在地区和厂家进行分类，建立了冲床直角坐标送料机械手功能模块编排表；按照系统结合法，组合功能模块，获得若干原理方案。 评价目标的重要性系数，分别用加权平分法和模糊综合评价法对设计方案进行评价。 5、根据冲床的技术资料，依照课题提出的冲床直角坐标送料机械手的设计方法，设计了一台送料机械手，使用AutoCAD绘制了冲床直角坐标送料机械手的总装图。 课题展望 根据目前研究工作的进展和积累的经验，进一步研究的内容可以围绕以下展开： 1、可以利用已有的产品模块和设计方法学的知识，编写一个冲床直角坐标送料机械手的设计软件，输入设计任务，可以直接得到设计方案。 2、在方案评价过程中，为了尽力减少其中的主观性因素，先对冲床直角坐标送料机械手的工作特点进行理论分析，然后根据其工作特点建立评价目标系统，并结合模糊层次分析法确定各个评价目标的重要性系数。在方案评价过程中，应减小主观性因素的影响，在这个研究方向上，其他研究人员可以有更大的突破。 参考文献1 徐灏.机械设计手册3M.北京：机械工业出版社,1998，p20-p552 徐灏.机械设计手册4M.北京：机械工业出版社,199