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机械毕业设计全套

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JD01-076@水压机专用机械手设计,机械毕业设计全套

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沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书 摘 要 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。在中国工业韧带发展中，很多高生产率高精度的机械加工设备从国外引进，比如数控车床和铣床等，还有把几种机床的功能集中在一起的加工中心等。总之这类 CNC 机床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旧机床上进行改进，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。 我由引想到为普通 机床配套设计一套上料机械手，来起到减少上料的时间，减轻工人劳动强度的目的。机械手是一种模仿人体上肢运动的机器，它能按照预定要求输送工种或握持工具进行操作的自动化技术设备，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，有时候还要用行车员工件，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、宇宙、反 关键词 ： 加工工艺；机床；机械手 nts 1 前言 工业机械手是近几年来出现的一种技术装备，它能够仿人体上肢的某些动作，在生产中代替人搬运物体或操持工具进行操作。因此，机械手的应用越来越普遍，并有着广泛的发展前途。 为了提高生产的自动化水平和劳动生产率，减轻工人的劳动，并且可保证产品的质量。 在设计机械手之前，我们到工厂进行了实地考察对其结构、运动形式进行研究和分析。回校之后，通过查找有关资料进行机械手的初步设计和计算。 通过这次设计，培养了我们综合运用所学的理论知识掌握了工程设计的一般程序，建立了正确的设计思想，使我们学到了许多在课堂上没有学到的知 识，为我们将来的工作奠定了一定的基础。 在设计过程中得到了老师的指导和帮助，在此向您表示感谢。 由于我们的能力有限，在计算和结构中难免会出现缺点错误，真诚期待各位领导和各位老师给予批评指正。 nts 2 1 机械部分 1-1 确定机械手的结构及拟定工作原理图 一、设计要点 1、 130， 152大炮药筒压底工序上，下料机械手完成顶料、抓料、提开、转腕、下降、放料。 2、手臂行程分为两个行程：提开和放料： 1000mm 3、传动方式：液压传动 4、抓持工件的重量： 130、 16.15kg ； 152、 12.48kg 二、传动方案的确定 1、驱动方式的确定： 该机械手采用的是液压传动，它与气压传动相比，能够有如下优点： 1) 能得到较大的输出力和力矩。 2) 液压传动滞后现象小，反映较灵敏，传动平稳，由于气压传动能得到较高的速度，但空气粘性比油液低，传动中冲击较大，不利于精确定位。 3) 输出力和运动速度控制比较容易，输出力和运动速度在一定的油缸尺寸下，主要决定于油液的压力和流量，通过调节相应的压力和流量，能比较方便地控制输出功率。 4)可达到较高的定位精度，抓重较轻时，采用适宜的缓冲措施和定位方式，但系统的泄漏难以避免，影 响工作效率和系统的工作性能。 2、运动路线的确定 根据其工作循环，确定运动路线 传料 下降 抓料 上升 转腕 下降 松指 上升 直腕 三、机械手的基本参数 1) 抓重：根据任务所给质量，抓料的质量为 16.15kg、 12.47kg两种工件。 2) 自由度数为两个，手臂的竖直方向向上的直线往复运动，腕部回转油缸的摆动。 3) 工作时间：任务是要求机械手在一分钟内完成两个工作循环，根据其循环时间可分配如下： 手臂上升时间： 5秒 nts 3 手臂下降时间： 4秒 转腕时间： 3秒 抓料时间： 2秒 放料 时间： 1秒 4)定位精确：机械手的定位精度是由加工工艺要求决定的，三抓定位精度高，根据本身的结构，抓重工作速度以及驱动方式和缓冲定位方式来确定。本机械手的定位精度为 1mm。 四、机械手的结构设计 根据任务书的要求和工作地的要求，升降系统设计成双作用单杆活塞式油缸，它完成工件的放料任务。考虑它的体积要求和转矩要求，采用双叶片回转油缸，手部采用双作用单杆式油缸，由滑块来确定手部的夹紧位置。腕部回转 45，采用单导向结构。 1-2 夹紧油缸的设计 一夹紧油缸的设计 1、夹紧缸的结构设计选择 采用滑头结构， 这种形式结构简单、可靠，并在夹紧工作后能自锁。 2、手指选择 根据工作形状结构和工艺要求，采用三指式结构，这样在转腕时比较平稳，三指式 120，对称分布。 3、三指夹紧力的计算 在手指好工件接触处安装橡胶，加橡胶垫的目的是使其夹紧可靠，避免碰伤工件表面。 工件夹紧力的计算： 铜和橡胶的摩擦系数 f =0.2 (查手册 ) 工件的重力： G =16.15 10=161.5（ N ） 3N f =G NfG3=0.23 5.161=269（ N ） 由于 0M ,故 1 LFLN nts 4 20180)(24222018026911LLNLNLF夹紧力传给滑块，滑块通过活塞杆的斜块，将滑块的压力分解为两个方向，一个是对斜块的压力，一个是摩擦力，由受力分析如图示： 图 1.1 理论驱动力： p NfRFNFp37.363707.0342615.045c os3426707.0242245c os 2 f为钢与钢的摩擦系数，取 f=0.15 故 NFFp 37.2 7 8 62 4 2 237.3 6 3 实际驱动力 P 21 KKPP 1K 安全系数， 1.52 0.850.9 所以9.0 175.137.278521 kkPP4.夹紧缸的计算： 1指部夹紧缸的运动形式是直线王府运动，常选用单杆活塞油缸。 2液压缸尺寸的确定 缸的推力： NP 997.5415 取工作压力 : pa1081 5P 液压缸活塞有效工作体积： 245 105.671089 9 7.5 4 1 51 mPPA nts 5 3）无杆腔： mPPD 0929.0108997.541513.1145 4）活塞杆直径的确定 根据上 式 mmD 100 和速度比确定 由于抓料时间与放料行程相等，所以时间比等于速度比，即 22212 dD Dvv 2v ：放料所需的速度 1v ：抓料所需的速度 2)/(04.002.004.0)/(02.0204.0122211vvsmtlvsmtlv由工业机械手册设计基础天津科学技术出版社，差得 mmd 70 mmD 100 活塞杆直径的验算： 5.77058.71 2 014.3 99.5 4 1 544 mmPd 故安全 5.实际液压的计算： 缸的推力： NP 99.5415 实际压力：paDAPP 521108.6499.5415 6夹紧缸的结构设计 1）液压缸的密封均采用 O型密封圈密封。 2）活塞杆结构设计。 nts 6 图 1.2 材料：选 45钢 密封圈外径： D=100mm 沟槽宽度： B=6.4 0.2mm 往复运动距离： H=5.4mm 沟槽外径： D=100mm 沟槽内径 d=100mm 内因角半径 R=0.4mm 外因角半径 r=0.2mm 不同轴度 E 0.1mm 7.顶料杆设计 1)材料选 35钢 2)杆长的计算，腕部回转 45,根据其结构形式来确定其长度 . 图 1.3 o为回转缸中心； A 为夹紧缸的中心； B为顶料杆的接点； C为顶料杆的位置。 由结构可知 AB=95mm OB=198mm OC=630mm nts 7 1579225.0)180cos (9225.02cos2.44316cos6301982630198)45cos (24798.0s in2222222BCOBOCBCOBmmOCOBOCOBBCOBAB则： 5229157180 即：顶料杆与竖直方向的角度为 52 1-3 腕部的计算 1、腕部总重力 腕部选用回转杆，材料查手册机械设计手册上册，第一分册第二版，比重选钢对钢 3/8.7 cmgr 1)手指按矩形： a=20， b=3.5 c=3.5 )(2455.35.320 2cmcbaV 有三个手指 )(7.5)(57 3324 58.7331 kggvm 2)钩耳： a=5.4cm b=1.4cm c=7.7cm )(2.587.74.14.5 2cmcbaV 有六个钩耳 )(7.22.585.7662 kgvm 3）气抓体： cmhcm 5.78.7 )(17.1178.1 4 3 28.7)(78.1 4 3 25.78.714.33322kgvmcmhv 4) 抓料缸体： cmhcm 9.94.9 )(42.21758.27468.7)(758.27469.94.914.34322kgvmcmhv 5）手部缸重： m5=m2+m3+m4=2.7+11.17+21.42=35.29(kg) 6）工件重： m6=16.15(kg) nts 8 7）紧固 板：)(2.68.71205.58.72.2)414.32.45.314.3(m 227kg 8）回转缸所能达到的总质量： m=m1+m5+m6+m7=63kg 总重力： )(6 3 01063 Ngmw 2、回转缸的转矩验算 图 1.4 设回转缸驱动中心为其几何中心 S1：连板重心到回转轴的距离 S1=7mm S2：手部缸的重心到回转轴距离 S2=70mm S3：手指重心到回转轴的距离 S3=180mm S4：工件重心到回转轴距离 S4=800mm Sx：回转缸所能达到的重心 由图可知： mNmmNMmmmmssssssxx8.16316 38 00260630sw26.026072.670351806.580015.1663mmmmmsx17253146x实3、驱动力矩的计算 M=163.8 mN 4、回转缸内径的计算 nts 9 0. 06mb)(119163 .8M 8 21动片的宽度力矩作用在外动片上的载荷b ：mmmNM ：dpbMDP1：回转油缸的工作压力 p1=20 105Pa d：输出轴与动片联接处的直径，初设计时可按 5.25.1dD选取 2dD，根据工业机械手册设计基础天津科学技术出版社查得70m md5.622Dd125取mmmmD 验算转动 缸的转矩： mNrM 875.1608 )07.0725.0(06.010202 )p b ( R 22522理 查工业机械手册设计基础天津科学技术出版社 P99 3-13 5、回转缸的壁厚可根据腕部结构和工艺性选取 6、选用的轴承 由于此轴主要承受的是径向载荷，也承受一定的轴向载荷，故选用单列向心球轴承，由于结构的限制采用超轻窄系列的轴承，轴承型号 7000110 7、回转油缸密封形式的确定 回转油缸的动片和静片均采用截石形状为 O 型的矩形密封圈，由于双向受压力故加双向牛皮档圈，其作用：是防止高压油液将 O型密封圈挤入配合间隙，以保证密封性，并延长密封圈 的使用寿命。 8、回转缸螺栓的验算 引自机械零件设计手册国防工业出版社编。 1）螺栓受力分析： 此螺栓受轴向载荷，载荷作用线与螺栓轴线平行，其合力通过螺栓组的形心，螺栓组受的轴向载荷，查机械零件设计手册国防工业出版社编。 )(2.165038.91684168420)75.12(414.3)(422122NkgPdDPnts 10 每个螺栓受的轴向载荷为： ( N )9.206282.16503GzPzpG螺钉数目轴向载荷2）求螺栓工作时总拉伸载荷 59 8 2. 4( N )0. 9CeCe 20 6 2. 90. 9)(22CoC)(刚性系数预紧系数oCeCoGz 3）校核螺栓的许用应力 螺栓材料：选 45钢 由机械零件设计手册国防版查 3.1-5.3取aS MP360，设装配时可控制预紧力，按表 3.1-53暂取安全系数 SP=2，引自表 3.5-56得螺栓的许用应力为： )(1802360 M P aSpsp 4）确定螺栓直径 由表 3.1-47得：4.71804.598266.166.1pGzd 设计时选用 M8 的螺栓。 9、花键的强度校核 引自机械零件设计手册国防工业出版社 工作面的挤压或磨损 静联接： 故满足强度)(7.2941285.188.01638002jyjyM P ajylD mhzZTjynts 11 式中： T 转矩 N mm T=163800N mm 各齿间载荷分面均匀系数通常取 =0.70.8 取 =0.8 Z 齿数 取 Z=8 h 齿的工作高度 mmdDh 5.125.022 39432 cc=0.25倒角尺寸 mmdDDm 412 34432 L 齿的工作长度 L=28mm MPajy 100 nts 12 1-4 手臂缸的设计和计算 1、手臂缸内径的确定 2dD108Pm102.575.010814.31297412974a511211s21取力作用在活塞杆的工作压作用在活塞杆的总载荷PPNPPdPPD查工业机械手设计手册天津科学技术出版社 取 D=80mm mmddD 402 活塞的有效工作面积 25111016210812975 mPPA S 2、油缸的壁厚 PaPP iiPiZDPis5106.91082.1)3.12.1(D 缸筒内径 油缸材料的许用应力 =（ 10001100） 105Pa mm38.01010002 08.0106.9 55 校核： =b油缸材料的抗拉强度b 43 安全系数 Pab551040001041000 nts 13 只 有 b 在（ 40004400） 105之间，才满足条件， b 为 4000 105 满足条件。 3、活塞杆的计算及验算 活塞杆的尺寸要满足活塞运动的要求和强度要求，对于杆长若要大于 15d，则活塞杆还必须考虑是否具有足够的稳定性（即具有保持其轴线不会因工作时所受轴向压力而弯曲的能力）。 1）按强度条件决定活塞杆 d = 42 dp 式中： P-活塞杆上所受的总机横载荷，为 1296.5N d-活塞杆直径，为 40mm 满足要求取活塞杆直径 40m md/32.104414.35.129 6 22cmN由于进行稳定性的校核故验算其稳定性1540160 0/ 4 01/ dmm160 015ld ，l大柔度杆或称为细长杆的临界力 Pk 当 为式中临界为时 kP，i l 活塞杆的计算柔度。 i 活塞杆的横截面的惯性半径 l 活塞杆的计算长度 h 长度计算系数 i= mm104404 dFJ 1 特定柔度值 1 = 33101880 101.2 511 pE E 活塞杆材料的弹性模量 E=2.1 1011Pa nts 14 p 活塞杆材料的比例极限 由于 = 801016005.0 i l 1 PaFE：11211222100.41600480101.214.3Pk采用kPkP hk 安全系数 42k，取k为 2 P 轴向压力 P为 1297N 活塞杆稳定881110200012971020002100.4P4、缸盖的设计 1）缸盖的材料选用 ZG35，根据其结构可能性参考机械零件设计手册冶金工业出版表 3-1-56设计的上、下盖由法兰联接，下盖的结构有缓冲装置。 2）密封的结构 （ 1）均采用 O型密封圈密封 O 型密 封圈具有结构简单，密封性良好，动磨擦阻力小，沟槽尺寸小，结构紧凑，制造容易，成本低，安装方便等优点，因此， O型密封圈应用较广泛。 按化学工业出版社机械设计手册 表 6-134， 6-136， 6-137查得 80处的静密封为： 断面的直径： mmdo 12.0 10.01.3 沟槽宽度： mmB 15.04 运动的距离： mmH 005.04.2 nts 15 沟槽外径： D1=80mm 沟槽内径： mmHDd2.754.2280211 P2=0.3mm r=0.1mm 不同轴度： mmE 07.0 mm13.0 11.0o 35d:40处的动密封 B=3.9+0.15mm H=3.3mm D1=d2+2H=46.6mm d1=40mm P2=0.3mm r=0.1mm E 0.07mm 5、活塞的结构设计 1）活塞材料选用 45号钢 2）长度由冶金工业出版社编机械零件设计手册表 31-43查得 l=60mm 3）在活塞上开密封槽尺寸，化学工业出版 社机械设计手册表 6-134，6-136查得 80处的动密封： nts 16 1.02.05.02.692804.54.67.52110.0216.014.0ERmmHDdmmDmmHmmBmmdo6、油缸端盖的连接方式及强度计算 油缸材料为 45 钢 它的端盖联接方式用法兰连接 优点：容易加工和装卸 缺点：外径和重量较大 1）缸盖螺钉的计算： 当缸体与缸盖用法兰连接时，螺钉除了应具有足够的强度之外还要保证联接的紧密性。 查工业机械手设计基础天津科学 出版社。 取缸盖螺钉间的距离。 t=150mm 3.144d130i121o为计算载荷合合Lidas pb ss 103200 为取螺钉材料的流动极限 h 安全系数 取 h为 1.22.5 aL p55 1016002 103200 在这种联接中，每个螺钉在危险部石上承受的拉力， 是工作载荷 与剩余锁紧为 1s之和。 nts 17 10 sp P 缸盖受的合成液压力 1s 剩余锁紧力 mddNpNKKNNpDpsoss315111122105410160014.347.3657444.281364.18088.100464.18088.10048.11. 81. 81. 548.10048.1004408.014.34取为取螺钉直径 d1=10mm 7、液压缸的放置及固定形式 根据工作情况，竖直放置，其固定形式为外，法兰安装与导向板联接。 8、手臂下盖世太保缓冲装置的设计 运动部件的全部机械能 E的计弱。 E=E 液 +E 磨 +E 动 +E+静 式中： P1 活塞的工作压力取 8 105Pa nts 18 F 活塞的有效工作面积 F=251101621081297 mpp s L 缓冲行程 L=300mm=0.3m m8.3883.010162108 551NLFPE 液2）在缓冲过程中所具有的磨擦能： E 磨 LPE 磨磨由于 E 磨 很小，可以忽略不计 3）参与运动的部件所具有的动能： E 动 22 21mv21 VgGE 动V 运动部件在缓冲下行时，所具有的速度为 10m/s G 参与运动的重量，为 1297N g 重力加速度 为 10m/s2 m6 4 8510101 2 9721g2122NVGE 动4）当油缸为非水平位置安装时，作升降运动的部件所具有的重力势能： E 重 m3893.01297 NLGE重当油缸在水平方向安置时 E 重 =o NE8.7 2 623896 4 8508.388 9、节流孔直径的确定 ElVFf 23131009.1 nts 19 式中： E 缓冲开始时，运动部件所具有的全部机械能为 7262.8N m L 缓冲行程，有时即为缓冲柱塞长度为 0.3m F 缓冲柱塞的活塞有效面积 22222m0 0 3 7 6 8.0)04.008.0(414.3)(4 dDF26233103.18.7 2 6 23.0101076.31009.1mf f为调恒节流时 C取固定的 23倍。 mtgltglfdff361661109.7205 2.03.005 2.03.014.3106.22322106.2103.122取节流孔直径 d=10mm 10、导向套的设计 导向套的选取主要是根据轴的直径以及所设计的结构来选取的。 导向套的配合长度一般选取直径的 1.5 倍。 引自机械设计手册上册，第二分册，化学工业出版社。 11、回转缸轴的确定 1）轴进行校核 轴的材料选用 45钢，经调质化处理。 （ 1）轴疲劳强度校核计算 扭矩： mmNMT 8 1 9 0 021 6 3 8 0 02合成弯矩： NWRR 5.64821297221 mNLRM 4.3806.05.6 4 8 轴的直径： mmd 70 抗弯截面的系数： 331 343003.34 mmmW nts 20 32 9940 mmW 扭转截面系数： 34.606421 mmW p 3198002 mmW p 弯曲应力幅：WMaMP13.13 4 3 0 03 8 9 0 01 aMP9 1 3.39 9 4 03 8 9 0 02 弯曲平均应力：m00 21 mm 图 1.5 nts 21 图 1.6 弯曲扭转疲劳强度：aMPb 3001 aMPZ 1551 弯曲和扭转等效系数： 1.01 05.02 绝对尺寸：zb 76.073.081.075.02121 zzbb 表面质量系数： 94.0 弯曲时有效应力集中系数：6k58.18.12166kk 扭转时有效应力集中系数： K2 nts 22 42.26.121 zzkk 只考虑弯曲作用时的安全系数： 95.3691 3.381.094.058.130 06.10 3413 4.175.094.08.130 0621111661bbbSKSm只考虑扭矩作用时的安全系数 Za 2206.205.006.276.094.042.21559135.005.07.073.094.06.115521122221111mazzzmzazzzZzkzSZzkzS扭转平均应力amm ZZZ :amamMPZMPZ06.2675.021 安全系数： 68916.103916.103221212111 zbzbSSSSS 182195.362195.36222 222222 zzSSSSS 安全系数 Sp=1.5查机械零件设计手册国防出版社出版 由于 S1Sp 故满足要求，安全 nts 23 S2Sp （ 2）轴静强度校核计算 bs=360MPa 扭转屈服强度极限 Zs: Zs=208.8MPa 抗弯截面系数 W： W1=34300mm3 W2=9940mm3 扭转截面系数 Wp: Wp1=60642.4mm3 Wp2=19800mm3 最大瞬时弯矩： Mmax=2M=2 38900=77800N mm 最大瞬时扭矩： Tmax=T=8190N mm 只考虑弯曲时安全系数 15974300/77800 360/m a x WM bS sb s 只考虑扭转时安全系数 15474.60642/8190 8.208/m a xpz WTbSs1 5722 SpSSSSSzsszss 查手册 Sp=1.4 故：满足要求 静强度足够 nts 24 2 电器部分 2-1 机械手电器部分的设计概述 一 、 本设计的目的及意义 工业机械手的动作过程控制系统按照预先整定好的程序来运行。检查元件及电子驱动装置，克服了在设备上受到限位开关，体积大，有触电磨损，寿命的不足。 二 、 设计要求 1、 有工件启动，机械手按工艺要求，顺序完成各项工作，无工件停止。 2、 本电气控制装置要能保证使用寿命长，无触电磨损，可靠性好，维修方便。 3、 外加电源电压 200v 三 、 总体方案论证 实现机械手自动电子控制系统主要有四种方式： 1、 数字电子技术 2、 工业控制计示机 3、 继电器 4、 可编程序控制器 数字电路复杂，成本低，可以设计出数字控制装置但是可靠性差。 工业计示机快速，实时性强，但人员技术水平要求高，应具有一定的专业知识，在整机结构上不能适应恶劣工作环境，不如可编程易于推广。 继电器控制系统是针对一定生产机械，固定的生产工艺而设计的，采用硬接电线安装而成，只能完成既定的逻辑控制，定时，计数等功能，即只能进行开关量的控制，一旦改变生菜工艺过过程，继电器控制系统必须重新配线，因而适应性很差，且体积庞大，安装维修均不方便。 可编程序只要 改变程序，就可适应生产工艺过程的改变，适应性强，即可以进行开关量控制又可进行模拟量控制。 可编程序控制器体积小，重量轻，结构紧凑，开发期短，安装和维修工作量少，有自动诊断功能，可靠性高。 综上比较，本机械手采用可编程序控制器来实现自动控制。 2-2 传感器的选择 一 、 传感器的作用是将有无工件的情况转换成电信号，将机械手到位与否装换nts 25 成电信号。 该液压机械手的位置检测传感器有霍尔传感器，自感传感器，涡流传感器，电位传感器多种，它们各有优缺点，比较如下： 霍尔传感器是一种磁敏传感器，具有使用寿命长，无 触电磨损，无火花干扰，无转换抖动，工作效率高，温度特性好，结构简单，体积小，输出电动势的变化范围大等优点。 自感传感器简单可靠，输出功率大的优点，缺点是输出量于电源频率有密切关系，要求有一个频率稳定的电源。 涡流传感器测量的线性范围大，灵敏度高，结构简单，抗干扰能力强，但电测量位移的范围较小，不适于机械手位移检测。 电位传感器测量结构简单，价格便宜，有一定可靠性，输出功率较大，但其粘度不够。 综上比较，选择霍尔传感器。 二 、 霍尔传感器电路图及工作原理。 图 2.1 nts 26 图 2.2 工作原理：当外加磁场强度 B 上 升到导通点 Bop 时，霍尔开关输出由高降到低，当 B由大到小降至 Brp时，霍尔开关输出由低到高，霍尔位检开关正是利用这一转移特性，机械手适当位置固定是一块磁钢，当磁钢和霍尔开关相靠近时，磁路导通，输出为低电平，当磁钢和霍尔相远离时磁路断开，输出为高电平。 2-3 放射式红外检测开关 图 2.3 nts 27 工作原理： 无元件 光路通 T1导通 T2导通 V0为低电平 有工件 光路断 T1截止 T2截止 V0为高电平。 2 4 根据工艺过程分析控制要求 机械手的全部动作由液压缸驱动，而液压缸又 由相应的电磁阀控制，其中，上升 /下降和直腕 /转腕分别由双线圈两位电磁阀控制，通电上升，断电上升停止；通电下降，断电下降停止；通电直腕，断电直腕停止；通电转腕，断电转腕停止，夹 /松由单线圈两位置电磁阀控制，通电加紧，断电放松。 机械手直腕并准备下降时，为了准保安全，必须在无工件时才能允许下降，也就是说上一次搬运的工件未被搬走时，机械手应自动停止。 机械手的工作过程 :从原点开始，按下启动按钮时，下降电磁阀通电，机械手下降，下降到底时，碰到下线位开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时接通夹紧电磁阀，机械手夹紧，夹紧 后，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通转腕电磁阀，机械手转腕，转腕后，若此时工作地上无工件，则光电开关接通，下降电磁阀断电，下降停止；同时夹紧电磁阀断电，机械手放松。放松后，上升电磁阀通电，机械手上升，上升到顶时，碰到上位开关，上升电磁阀断电，上升停止，同时接通知腕电磁阀，直腕时间停止。至此，机械手动作完成一个周期。 为了满足生产要求，机械手应设置手动操作方式和自动操作方式。自动操作方式又分为单步，单周期，连续操作方式。 手动操作方式：就是用按钮操作时对机械手的每一种动作单独进行控制。 单步操作：每按一次启 动按钮，机械手完成一步动作后自动停止。 单周期操作：机械手从原点开始，按一下启动按钮，机械手自动完成一个周期的动作后停止。在工作中若按一下停止按钮，则机械手动作停止，重新启动时，须用手动操作方式将机械手移回原点，然后按一下启动按钮，机械手有重新开始单周期操作。 连续操作：机械手从原点开始，按下启动按钮，机械手的动作将自动的，连续不断地周期性循环。 在工作中肉按下停止按钮，则机械手动作停止，重新启动时需用手动操作方式将机械手移回原点，然后按下启动按钮机械手又开始连续操作。 在工作中按下复位按钮，则机械手将继续 完成一个周期的动作后回到原点自动停止。 nts 28 2 5 确定所需的用户输入 /输出设备及 PC 的选择 一：输入设备 用以产生输入控制信号 输出设备 由 PC得输出信号驱动的执行元件。 I/O 表 输入信号 序号 输入信号 序号 启动按钮 X400 单步 X407 上限位开关 X401 单周期 X410 下限位开关 1 X402 连续 X411 下限位开关 2 X403 直腕 /转腕 X412 光电开关 X404 夹 /松 X413 停止按钮 X405 上 /下 X500 手动 X406 复位 X501 输出信号 序号 输出信号 序号 下降电磁阀 X430 夹紧电磁阀 X433 转腕电磁阀 X431 直腕电磁阀 X434 上升电磁阀 X432 原点指示 X435 表 2.1 所以 PC共需 14点输入， 6点输出。 二 、 PC选择 该机械手的控制为纯开关控制，且所需的 I/O 点数不多，因此选择一般的小型抵挡机即可 由于所需的 I/O 点数为 14/6点，考虑到机械手操作的工艺固定， PC的 I/O点基本上可留余量。 综上所诉，选择 F1-40H，其主机 I/O 点数为 14/16点。 2 6 PC 程序 设计 当作方式选择开关置于“手动”时，输入点 X406 接通，其输入继电器常闭节点断开，执行手动操作。 在操作选择开关置于“单步”“单周期”“连续”时，其对应的输入X407,X410,X411接通，其输入继电器常闭节点断开，执行自动操作程序。 在执行自动操作程序时，如操作选择开关置于连续时，启动后辅助继电器M200同样接通，程序自动循环。操作选择开关置于“单步”时， M200 同样接通，程序也可以循环，但必须是每按一次启动按钮执行一步，如果操作选择开关置于“单周期”或运行过程中按下复位按钮时，则辅助 继电器 M200 复位，程序执行nts 29 完一个周期时自动停止。 由于直腕 /转腕，上 /下运动采用双线圈两位电磁阀控制，两个线圈不能同时通电，因此在直腕 /转腕，上 /下移动的电路中设置了互锁环节 . 一 、 步进指令编程。 1. 步进指令是由状态转移设计梯形图的一种步进指令。状态转移图直观地表示了工艺流程。因此，采用步进指令设计梯形图具有简单直观地特点，是顺序控制变得容易，大大缩短了设置者的设计时间。 步进指令 STL 和步进返回指令 RET 与状态寄存器 S 配合使用，能方便地编制出步进控制程序 图 2.4 nts 30 图 2.5用状 态寄存器编程的自动操作流程图 机械手在原点时，按下启动按钮后，状态 S600 接通，执行第一程序，机械手完成第一步动作以后，每完成一步，原来的状态自动复位，机械手完成下一步移动。 nts 31 在单周期操作方式下，状态转移到最后一步后不再转移，机械手完成最后一步动作后自动停止在原点。 在连续操作方式下， M200接通，当机械手完成最后一步动作后，不再转移，机械手完成最后一步动作后自动停止在原点。 在运行中，如按复位按钮，则 X501 接通， M200 复位，机械手的动作继续执行完成第一个周期后，回到原点自动停止。 在 运行中，如按停止按钮后，则 X405 接通，状态 S600-S680 全部复位，机械手动作停止，重新启动时先用手动操作将机械手移回原点，再按启动按钮，又重新开始自动操作。 根据梯形图，便可编出自动操作程序： 0 LD X401 1 OUT Y435 2 LD X400 3 AND X401 4 S S600 5 STL S600 6 OUT Y430 7 LD X402 8 S S601 9 STL S601 10 S Y433 32 OUT T452 11 OUT T451 33 K3 12 K3 34 LD T452 13 LD T450 35 S S606 14 S S602 36 STL S606 15 STL S602 37 OUT Y432 16 OUT Y432 38 LD X401 17 LD X401 39 S S607 18 S S603 40 STL S607 19 STL S603 41 S Y434 20 S Y431 42 OUT T453 21 OUT T451 43 K3 22 K3 44 LD T453 23 LD T451 45 S S608 24 S S604 46 STL S608 25 STL S604 47 LOT X404 26 LD X404 48 S X434 27 OUT Y430 49 OUT T452 28 LD X403 50 K3 29 S S605 51 LD X404 nts 32 30 STL S605 52 AND T452 31 STL Y434 53 AND M200 54 S S600 55 RET 56 AND 2-7 外部电源 为了保护可编程序控制器安全和负载的紧急停车，赢在可编程序控制器的外部负载供应点的线路撒谎能够装上接触器，用按钮控制其接通，断开。当外部负载需要紧急断开时，只要按下停止按钮就可将电源断开，而与可编程序控制器无关 另外，电源恢复后，负载也不会马上启动，只有按下启动按钮后才会启动。 总接图线 图 2.6 nts 33 结 论 毕业设计结 束了，经过这次锻炼，我对工程机械设备的设计步骤和设计方法有了新的认识，加深了对理性知识的深入理解 上料用液压机械手是一种典型的机电一体化设备，它终合了我 四 年来学习的多门专业课程，从某种意义上讲，也是对我 四 年来学习效果的检验，所以，我始终都是抱着认真，务实的态度来进设计的，在设计过程中有成功的喜悦，也有困惑不解的苦闷，在指导教师和同组同学的帮助下，通过大量收集资料，进行阅读分析，对比论证，遇到的困难都得到了解决，暗示完成了指导教师布置的设计任务。并且，还额外扩充了一些辅助功能的设计。并力争做到优化结构 ，数据选择合理，计时准确，设计先进。但是，有待于在今后的工作中进一步完善。 由于初次设计，本人能力有限，见解不多，设计中也许存在着缺点，甚至是错误。请阅读者给予批评指正。 nts 34 致 谢 经过半年的忙碌，本次毕业设计已经接近尾声 了。当我快要完成老师下达给我的任务时，我仿佛经过一次翻山越岭 ，眼前豁然开朗 ， 在此，我要特别感谢我的毕业设计指导老师 张 老师，他给予了我 太多太多 的帮助， 真的 非 常感谢 张 老师 ！ 毕业设计是检验学生实践能力的重要环节，是对我们所学知识的综合运用和评定，对我们有着非常重要的意义。它也是一次锻炼 对我们自身能力的锻炼。增强了我们对所学专业知识的了解，开阔了我们的视野，使我了解到机械这门学问是深不可测的，还有好多等待我们去学习，等待我们去创新。 我 的 毕业设计的 课题是 某产品专用上下料机械手设计 ，对于这次设计，我感触 颇 深，我不仅从中学到了很多新的知识，还让我对于以前所学知识得到充分运用，这使 设计