锻机上下料机械手设计说明书.doc

摘 要摘要在中国工业发展历程当中，很多高生产率高精度的机械设备从国外引进，它大大的提高了工作速度，产品的加工精度，降低了工作的劳动强度，所以大受欢迎。但是这类设备引进费用也是相当的昂贵，所以国内很多企业的技术人员在原先的设备之上进行改进，来达到提高生产率和降低工人的劳动强度，实现工业自动化，这类改进同样也大受欢迎。电动机座加工自动卸料机械手是建立在安全、经济与效率之上的，它主要由大手臂回转缸、小手臂上下升降液压缸及手部夹紧液压缸组成。来起到减少上料的时间，减轻工人劳动强度的目的。本机械手有两个自由度，大手臂回转90度，小手臂及夹紧装置上下移动合并一个自由度；由此对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。因而具有强大的生命力，受到人们的广泛重视和欢迎。工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁，单调的操作，如果没有机械手那么工人的劳动强度是很高的，生产速度大大延缓，这种情况采用机械手是很有效的。此外，它能在高温、低温、深水、噪声及反射性和其他有毒、有污染环境条件上进行操作。更显其优越性，有着广阔的发展前途。关键词：机械手；自动化；液压IAbstractAbstractChinas industrial development in many high productivity, high precision of the mechanical equipment imported from abroad, it greatly improves the speed of work, product processing precision, reduces the labor intensity and so work very popular. But this kind of equipment introduction fee is also pretty expensive, so many domestic enterprises technical personnel in the original equipment improvement to reach above improve productivity and reduce labor intensity, and realize industrial automation, this kind of improvement is also very popular.Electric base processing auto unloader manipulator is built on safety, economy and efficiency, and it mainly consists of over large turning cylinders, small arms arm and hand lifting the hydraulic cylinder and clamping hydraulic cylinder composed. To help reduce feeding time, reduce labor intensity purpose. This manipulator has two degrees of freedom, big arm rotary 90 degrees, small arms and clamping device move incorporate a freedom; Thus to realize industrial production automation, promote the further development of industrial production plays an important role. Thus has strong vitality, widely regarded by people and welcome.Industrial robots can replace the hands of heavy labor, significantly reduce the labor intensity, improve labor productivity and automation level. Industrial production in the bulky workpiece often appear handling and long-term frequent, drab operation, if not manipulator so workers Labour intensity is high, the production speed greatly retard, this kind of circumstance using manipulator is very effective. In addition, it can be in high temperature, low temperature and deep water, noise and reflection sex and other toxic, conditions of environmental pollution operation. More show its superiority, with broad prospects.KeyWords：Robots,；automation； hydraulic pressureIV目 录目录摘要IAbstractII1 绪论11.1 研究背景及发展现状11.2 本课题的研究目的及意义21.3 本课题的研究内容32 机械手的总体设计52.1 总体方案的比较与选定52.1.1 各种坐标形式机械手的比较52.1.2选定的两个机械手方案的概述及比较82.2 机械手的组成及各部分关系概述142.2.1 执行机构142.2.2 驱动机构152.2.3 控制系统162.3 机械手的主要参数172.3.1 机械手的主要技术参数172.3.2 机械手的主要规格参数173 机械手机械系统的设计183.1 手部的设计183.1.1 手部结构的设计183.1.2 手部的计算与分析193.2 臂部233.2.1手臂不自锁条件233.2.2手臂回转缸结构设计243.2.3大手臂相关参数计算253.2.4手臂伸缩缸的结构设计323.2.5手臂伸缩缸的设计计算333.2.6机械手整体相关运动参数设计393.2.7 各结构的三维图示意404 机械手的液压驱动系统的设计464.1 程序控制机械手的液压系统464.2 液压系统传动方案的确定474.2.1 各液压缸的换向回路474.2.2 调速方案484.2.3 减速缓冲回路494.2.4 调压回路504.2.5液压系统的合成与完善51结 论53参考文献54致 谢551 绪论1 绪论机械手，英文名mechanical hand，是指模仿人手和臂的某些动作和功能，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。工业机械手即在工业生产中所使用的机械手，是一种可编程序的自动机械手。它是在五十年代末出现，近年来迅速发展起来的重要的自动化装置，是实现冬夜自动化的重要手段。目前，在各个生产领域，为了提高生产效率和产品质量，实现安全生产，都采用了各种不同形式，不同功能的机械手。由于机械手的出现，在许多生产工艺中都代替了人工，使工业自动化有了较大的发展，这不仅大大的提高了劳动生产率，改善了劳动条件，减轻了工人劳动强度，而且使成批生产有了质量技术的保证，就因为如此，机械手的设计开发成了目前工业技术的重要课题。1.1 研究背景及发展现状机械手在工业生产中广泛的应用于机加工，锻压，铸造，冲压，焊接，装配，喷漆，热处理等各个行业，特别是在笨重，高温有毒，放射性，多粉尘等恶劣危险的劳动环境中，机械手由于有显著的优点而备受重视。以下是机械手在工业中的几种典型应用: 1.在实现单机自动化方面 1) 各类半自动车床，有自动加紧、进刀，切削、退刀和松开的功能，但仍需人工上下料。装上机械手，可实现全自动生产，一人看管多台机床。目前，机械手在这方面应用最多，如上海柴油机厂的曲拐自动车床和座圈自动车床机械手，大连第二机床厂的自动循环机械手，沈阳仿形车床机械手，沈阳第三机床厂的Y38滚齿机械手，青海第二机床厂的滚铣花键机床机械手等。由于这方面使用已有成熟的经验，国内一些机床厂已在这类机床产品出厂时旧附上机械手，或为用户自行安装机械手提供条件。2）注塑机有加料、合模、成型、分模等自动工作循环，装上机械手自动装卸工件，可实现全自动生产。3）冲床有自动上下料冲压循环，装上机械手上下料，可实现冲压生产自动化。目前机械手在冲床上应用有两个方面：一是160t以上的冲床用机械手的较多。如沈阳低压开关厂200t冲床磁力起动机壳体下料机械手；一是用于多工位冲床用作冲压件工位间步进。如上海第二汽车配件厂的灯壳冲压生产线机械手等。2.在铸、锻、焊等如处理方面在锻造方面，机械手一般用作加热炉，锻压加床或冲床的上下料和工件的传送，其中包括多工位冲床的中间传送。如天津第二锻造厂研究了JS01通用机械手用于精锻机上下料。在铸造方面，机械手应用较多的是在熔模铸造中，也用于浇铸，造型，制芯及清理工作。美国Dochlcn-jarvis工厂是使用工业机械手最多的，约12万台，主要用于从压型中取出铸件，然后用喷气法清洗铸件表面，该厂使用机械手后铸件质量得到了很大提高，稳定性增强。在焊接方面，这种机械手可分为点焊接机械手和弧焊接机械手。对于点焊接机械手，其手臂能伸缩，俯仰，回转，手腕能摆动，回转，俯仰。至于弧焊接机械手，它的焊炬能作复杂三维曲线运动以调节焊接范围。3.选装体零件生产流水线自动化方面采用机械手在旋转体零件（如轴类、盘类、环类等）生产流水线上的机床之间传送工件能够提高生产线的自动化。国内已建成的这类自动线很多，如沈阳泵厂的深井泵轴承体加工自动线（环类），大连电机厂的4号和5号电动机轴加工自动线（轴类），上海拖拉机齿轮厂的齿坯加工自动线（盘类）等。加工箱体类零件的组合机床自动线，一般采用随行夹具传送工件，也有采用机械手的，如上海动力机厂的汽缸盖加工自动线转为机械手。4. 在装配方面工业机械手在装配中的应用，是近几年国内外研究和发展的一个重要方面，特别是在汽车制造业的汽车装配自动化和弹药装配等危险作业上有很大的使用价值。目前装配机械手正由串联结构向并联结构转换。1.2 本课题的研究目的及意义工业机械手具有许多人类无法比拟的特点，满足了社会化大生产的需要，其主要优点如下：1. 能代替人从事危险、有害的操作。只要根据工作环境进行合理设置，选择适当的材料和结构。机械手就可以在异常高温或低温、异常压力和有害气体、粉尘、放射线作用下，以及冲压、灭火等危险环境中胜任工作。工伤事故多的工种，如冲压、压铸、热处理、锻造、喷漆以及有强烈紫外线照射的电弧焊等作业中，应推广工业机械手或机器人。2. 能长时间工作，不怕疲劳，可以把人从繁重单调的劳动中解放出来，并能扩大和延伸认的功能。人在连续工作几小时后，总会感到疲倦和劳累，而机械手只要注意维护、检修，即能胜任长时间的单调重复劳动。3. 动作准确，因此可以稳定和提高产品的质量，同时又可避免人为的操作失误。4. 机械手特别是通用工业机械手的通用性、灵活性好，能较好的适应产品品种的不断变化，以满足柔性生产的需要。5. 机械手能明显的提高劳动生产率和降低成本。由于机械手在工业自动化和信息化中发挥了以上巨大的作用，世界各国都很重视工业机械手的应用及发展，机械手的应用在我国还处于起步阶段，就显示了许多无法替代的优点，展现了广阔的应用前景。近十几年来，机械手的开发不仅越来越优化，而且涵盖了许多领域，应用的范畴十分广阔。成品电动机机体形状很复杂，从毛坯到成品需要很多道加工工序，各道工序及工序之间都要实现机体的移位及定位，这些工序如果全靠人工完成将大大增加工人的劳动强度，不仅使加工质量难以得到保证还增加了劳动的危险性。本课题的研究是为了设计出一种电动机机体加工自动线上用的辅助机械手，该机械手在机体加工自动线能完成下料，转位和翻转等多种功能，提高生产效率，降低劳动强度。1.3 本课题的研究内容本次设计的多功能机械手用于电动机座加工自动线上，主要由手爪、小臂、大臂等组成，具备上料、翻转和转位等多种功能，并按该自动线的统一生产节拍和生产纲领完成以上动作。本机械手为圆柱坐标式机械手，自动线围绕机体布置，具有大手臂旋转、小手臂伸缩、手指伸缩共2个自由度。其中大手臂旋转是为了将工件从自动线转移到卸料工位上，小臂升降手指伸缩是重复自由度，目的是扩大升降范围，避免小手臂频繁升降；驱动方式为液压驱动，且选用双联叶片泵，系统压力为2.5MPa，电机功率为3KW，共有推动大臂旋转油缸、小臂升降油缸、手爪夹紧油缸共3个液压缸；定位采用机械挡块定位，定位精度为0.51mm，采用行程控制系统实现点位控制。 本机械手装置应具备如下功能； 1. 具有友好的人机界面，以保证人机通讯、人机互助和人机协同工作。 2.能够自动完成系统所要求的动作，具有连续工作、单周期工作、单步工作、自动返回原点、手动返回原点、手动操作等功能。 3.在保证精度的前提下，有一定的容错性。 4.能够依次对电动机座完成上料、转位、翻转等辅助加工功能。 5.在保证完成以上功能的前提下具有一定的通用性，使该机械手在整个电动机座加工自动线都具有一定的适应性。11致 谢2 机械手的总体设计2.1 总体方案的比较与选定2.1.1 各种坐标形式机械手的比较按坐标形式分，机械手主要有以下四种不同的类型： 1. 直角坐标式 2. 圆柱坐标式 3. 球坐标式 4. 平面多关节式 根据设计要求，本课题设计的机械手需要在电动机座加工自动线卸料，包括上料，升降，转位，等多种功能。结合设计要求对各种坐标形式的机械手的优缺点作出评析。如下：1. 直角坐标式机械手（如图2.1）。这种机械手所有的送放运动均为直线运动，结构简单，直观性好，便于实现一定的精度要求，但本机械手需要在多个工位上完成辅助加工功能，故在相同的动作范围内其所需要的空间位置大，灵活性差，同时由于手爪部分移动，不利于电液集中配置。 图2.1 直线坐标式机械手2. 圆柱坐标式机械手（如图2.2）。这是一种回转型机械手，其手臂除了可以伸缩，可以升降外，还可以绕立柱回转。这种机械手与直角坐标式机械手相比，占地面积小而活动范围大，结构亦比较简单，并能达到较高的定位精度。但是，它的手臂的升降受到机械手结构的限制，距离地面总有一定的距离，不能从地面抓取物件，因此不能完成上料的工序。 图2-2 圆柱坐标式机械手 1手部 2腕部 3臂部3.球坐标式机械手（如图2.3）。这种机械手与圆柱坐标式机械手相比，在占有同样大小的空间情况下，可以扩大工作范围，能将手臂伸向地面抓取物件。其缺点是运动的直观性差，结构较复杂，且臂部有两个回转运动，位置精度误差较大。图2.3 球坐标式机械手 4.多关节坐标式机械手（如图2.4）。这种机械手可以在以臂部最大伸展长度为半径的球体空间范围内任意抓取物件，灵活性大。它与其他坐标形式的机械手相比，所占空间最小。但其运动直观性差，臂部前端的位置由多个回转运动决定，要达到较高的运动精度比较困难，为此必须提高制造精度，因而使设计和制造均较为复杂。图2.4 多关节坐标式机械手2.1.2选定的两个机械手方案的概述及比较 根据本课题的设计要求，该机械手能够完成上料、升降、转位工件等多种功能，所以，在这里设计了四个机械手将要到达并完成辅助加工的工位，依次是：上料工位、升降工位、转位工位、再次转位工位（见图2.6和2.7）。机械手在一个周期内的动作过程如下： 一上料。机械手在运动开始前面向第一工位。开始工作后，机械手的小手臂的升降缸将手部5下降到取料位置，手部上的定位压盘正卡在工件已加工完的上端止口及其端面上，同时，手指伸缩油缸1的活塞杆下端连接着带圆锥面得推动杆6，使内撑式手部的三个手指伸入到工件内的空槽中。 二完成以上动作后，机械手转向第二工位，将工件升起，小手臂2的油缸上升，将工件提起到预定的高度。 三接下来，大手臂回转90