数控镗铣床用上下料机械手传动设计

1、辽宁工程技术大学课 程 设 计题 目：数控镗铣床用上下料机械手传动设计班级：机械06-6姓名： 指导教师： 完成日期：一、设计题目数控镗铣床用上下料机械手传动设计二、上交材料(1) 设计图纸(2) 设计说明书(3000字左右)三、进度安排(1) 熟悉设计任务，收集相关资料 (2) 拟定设计方案(3) 绘制图纸(4) 编写说明书(5) 整理及辩论四、指导教师评语成 绩： 指导教师日期摘要机械手是一种能模拟人的手臂的局部动作，按预定的程序轨迹极其它要求，实现抓取，搬运工件或操做工具的自动化装置。其主要特点是提高劳动生产率和降低本钱，它代替人工操作，大大提高生产的平安性，同时能更好的保证产品精度和质

2、量。目前数控镗铣床根本上是人工上下料，即使在生产线上也少有用到机械手进行上下料操作，本次设计的机械手是用于数控镗铣床加工工件时进行上料下料的工作。尤其适合与自动生产线上，对生产效率的提高和加工质量的保证有着重要的意义。关键词：机械手 传动 上下料AbstractIndustrial Robot is a kind of robot arm to simulate the part of the movement of people, according to the scheduled program tracks very other requirements to achieve craw

3、l, porters, or speaking parts of the automated installation tool to do. Its main characteristic is to increase labor productivity and reduce costs, which instead of manual operation, greatly enhance the safety of production, while better able to ensure product accuracy and quality. CNC milling and b

4、oring machine is basically the current upper and lower artificial materials, even in the production line and very few materials used in mechanical hand up and down operation, the design of this robot is used for CNC milling and boring machine workpiece material when loading the next task. In particu

5、lar, suitable for use with automatic production line, production efficiency and quality assurance process has important significance. Key words: mechanical hand drive up and down materials 目 录1 总体设计11.1 根本技术参数11.2 机械手结构类型选择11.3 驱动方式的选择12 传动设计32.1 传动原理32.2 驱动力的计算33 液压缸设计计算43.1 液压缸类型选择43.2 液压缸根本参数确定43

6、.3 确定液压缸的结构尺寸63.3.1 液压缸内径和活塞杆直径的计算63.3.2 最大工作行程和最小导向长度63.3.3 缸筒壁厚和外径计算74 主要零件校核75 体验8参考文献91 总体设计1.1 根本技术参数根据题目要求，本次设计为数控镗铣床上下料用的机械手，加工零件的最大尺寸为100mm×100mm×200mm，零件最大质量10kg。 1.2 机械手结构类型选择大多数的机械手的结构和尺寸都是根据不同作业任务要求来设计的，有许多不同的结构形式。根据其用途和结构不同，可分为机械式夹、吸附式和专用工具。数控镗铣床加工零件比拟复杂，用吸附式不易精确定位，故采用机械式。机械式机

7、械手多为双指手爪式，有多种典型的结构：1） 楔块杠杆式回转机械手，这种机械手由于楔块斜面和滚子间为滚动摩擦，摩擦力小，活动灵活，且机构简单，但夹紧力小，适用于轻载场合。2） 滑槽杠杆式回转机械手，这种机械手在夹紧力增大时，将加大杆的行程和滑槽的长度，导致结构尺寸的加大。3） 连杆杠杆式回转机械手，这种机械手的结构可以产生较大的夹紧力，其缺点是钳爪的张开角较小，工件尺寸的误差对夹紧力的影响较大。此外，还有齿条平行连杆式平移型机械手，左右旋丝杠平移型机械手和内撑连杆杠杆式机械手等。根据数控机床加工要求的稳定性及定位的精确性，选用连杆杠杆式回转机械手。1.3 驱动方式的选择设计机械手时,选择哪一类驱

8、动系统,要根据机械手的用途,作业要求,机械手的性能,标准,控制功能,维护的复杂程度,运行的功耗,性能与价格比以及现有的条件等综合因素加以考虑。在注意各类驱动系统特点的根底上,综合上述各因数,充分论证其合理性,可行性,经济性及可靠性后进行最终的选择。一般情况下机器人驱动系统的选择大致按照如下原那么进行选择：a.物料搬运用有限点位控制的程序控制机器人，重负载用液压驱动，中等载荷可选用电动驱动系统，轻载荷可选用气动驱动系统。冲压机器人多用气动驱动系统。b.用于点焊和弧焊及喷涂作业的机械手，要求具有任意点位和轨迹控制功能，需采用伺服驱动系统，需采用液压驱动或电动驱动系统方能满足要求。按照动力源分为液压

9、、气压和电动三大类，根据需要，也可以将这三种根本类型组合成复合式的驱动系统。液压驱动 液压技术比拟成熟，具有动力大、力惯量比大、快速响应高、易于实现直接驱动等特点，适用于承载能力大、惯量大以及在防爆环境中工作的机械手。气压驱动 具有速度快、系统结构简单、维修方便价格低等特点，适用于中小负载的系统中。难于实现伺服控制，多用于程序控制的机械手中，在上下料和冲压机械手中应用较多。电动驱动 随着低惯量、直流伺服电机及配套的伺服驱动器的广泛采用，这种驱动系统被大量选用。目前广泛采用的驱动系统的比拟如下表：表1 机械手驱动方案比拟特性输出功率和使用范围控制性能和平安性结构性能安装和维护要求效率和制造本钱气

10、压驱动输出功率小，适用于小型、快速驱动压缩性大，对速度、位置精确控制困难。有噪音结构易于标准化。易实现直接驱动.安装要求不高，能在恶劣环境工作，维护方便效率低，为，气源方便，结构简单，本钱低液压驱动输出功率大，适用于重型，低速驱动器易控制，反响灵敏，可无级调速、能实现速度、位置的精确控制，传动平稳。易于标准化，易实现直接驱动，密封问题显得重要安装要求高要配置液压元设备，安装面积大，维护要求较高效率中等为，管路结构较复杂，本钱高交直流普通电动机适用于中、重型机器人的驱动，输出力大控制性能差，惯性大，不易精确定位，对环境无影响已标准化，需减速装置，传动体积较大安装维修方便本钱低，效率为左右步进伺服

11、电动机输出力较小、适用于运动控制要求严格的中、小型机器人控制性能好，控制灵活性强，可实现速度、位置的精确控制，对环境无影响体积小，需减速装置维修使用较复杂本钱较高，效率为左右综合考虑以上驱动系统的优缺点以及工作要求，以及机械手本身的工作条件，选择液压驱动作为驱动方式。2 传动设计2.1 传动原理作出其传动原理简图，如图1杆在液压缸的作用下上下运动，导致角的变化，同时，摆动连杆摆动，两钳爪之间的距离就发生变化，当有工件时，杆向下运动，L减小，压紧工件，从而到达夹紧的目的。2.2 驱动力的计算令夹紧力为FN，液压驱动力为FP，摆动连杆上局部长为c，下局部长为b，那么由四杆机构之间的几何关系可得FN

12、与FP之间的计算公式为：FN=FPc/2btan由给定零件尺寸，可知L=100mm，此时=45o 图1欲使零件夹紧，得保证摩擦力大于其重力，查参考文献2表得：零件与钳爪直之间的摩擦因数为，零件重量为10kg，那么：FN=10×10FP=×2×b×tanc×2×120×tan45o1503 液压缸设计计算液压传动中通常所用的液压泵、液压马达和控制阀等都已形成标准系列产品，可以直接选用。而液压缸虽有局部系列产品可供选择，但往往不能满足要求，需根据具体情况进行单独设计。3.1 液压缸类型选择液压缸的形式多种多样，有多种分类方法，按

13、运动形式分为推力液压缸和摆动液压缸，在推力液压缸中，根据液压作用的方式分为单作用液压缸和双作用液压缸；根据结构形式的不同又分为柱塞式、活塞式和伸缩式液压缸。本次上下了机械手主要用来夹持工件，张开时不需要太大的力，但在工作时，为了提高生产率，所以，需要快速张开，为此，选用单活塞杆式双作用液压缸，这种液压缸活塞腔和活塞杆腔的液体有效作用面积不等，活塞腔进液时，推力大而速度慢；活塞杆腔进液时，拉力小而速度快。这正符合机械手的作业要求，而且，活塞杆越粗，伸缩比越大，即活塞杆缩回速度越快。3.2 液压缸根本参数确定1工作负载和工作压力根据液压缸运动时所需要克服的摩擦、回油背压及惯性等几个方面的阻力，来确

14、定液压缸所需的驱动力。R=Re+Rf+Rg式中 Re工作阻力及自重对液压缸产生的作用力。 Rf密封装置处的摩擦阻力。 Rg工作机构启动时的惯性力对液压缸的作用力。a)Re的计算 零件质量为10kg，机械手初步估计为15kg，加上活塞杆等的质量，其总重量取m=30kg，那么Re =mg取，Re =30kg×/N=294Nb) Rf的计算活塞与活塞杆处都采用“o形密封圈，为了保证“O形密封圈装入密封沟槽，并与配合件接触后起到严格的密封，在加工密封沟槽时考虑密封圈的预压缩量，液压缸密封处的总摩擦力为：Rf =fKx式中 f 密封圈与活塞杆间的摩擦系数 K密封圈的弹性系数 x密封圈的预压缩量

15、由文献：f设计时取f=0.1 初步拟订x。K=250N/mm那么，Rf××250=15Nc) Rg的计算惯性力Rg可用下式计算：Rg=m1v1/t式中 m参与运动的零部件所受的总重力包括工件重量 v1由静止加速到常速的变化量 t起动过程时间。一般取0.010.5 s，对轻载低速运动部件取较小值，对重载取较大值初步设计时取v1=0.1 m/s;取t=0.02 S,m1=5kg那么Rg=25N综上 R=294+15+25=334N所以，由文献【8】表5-2得工作压力1Mpa取。2工作速度和速比液压缸的工作速率有机械手的运动确定，速比由文献【8】表5-8取 确定液压缸的结构尺寸

16、液压缸内径和活塞杆直径的计算在本次设计中，液压缸是以推力驱开工作负载，那么由推力F1和工作负载R相等的条件，可得由此可求出缸筒内径为其中取机械效率，回油直接接通油箱，所以压力P0=0，那么：D=，取整D=30mm。因为有速比要求，所以活塞杆直径为：所以，圆整取d=15mm。 最大工作行程和最小导向长度按GB2349-80规定的液压缸工作行程系列，向最大圆整成标准值，即液压缸的工作行程，根据机械手运动要求，取L=125mm。对于一般的液压缸，其最小导向长度应满足下式要求:即H，取H=22mm。一般导向滑套动面的长度A，在缸筒内径D<80mm时，取缸筒内径的倍，所以取A=30mm。 缸筒壁厚

17、和外径计算1薄壁缸筒当时属于薄壁缸筒其壁厚的计算公式为式中 D缸筒内径； P液压缸的最大工作压力； 缸筒材料的许用应力。材料选用45钢，由参考文献【2】表查得=600Mpa，n为平安系数，一般取5，所以=140Mpa。所以，为了便于加工取=4mm。2厚壁缸筒即，此时计算得。3缸筒外径缸筒壁厚确定后，由计算得 =38mm圆整至无缝钢管的标准外直径：取=40mm。 4 主要零件校核有机械手结构可知，机械手抓取零件时，主要有两个销轴承当，而且该销轴与摆动连杆形成转动副，所以，选用45钢作调质处理。有参考文献2表8-1查得：B=637Mpa，S=353Mpa，-1=2685Mpa，-1=155Mpa，

18、=0.1.根据结构，初步选取销轴的轴径为14mm。由于没有扭矩的作用，所以按照弯矩计算校核。由结构图可知，销轴与连杆紧密配合，其所受最大弯矩为W=10×10×120=12000N·mm，最大剪应力Max=12000×143b-1=59Mpa所以，销轴平安。5 体验在现代生产中，机械手被广泛的应用于各个行业。本文是对镗铣床用下料机械手的设计，要完成设计需要了解下料机械手的总体结构，运动过程，需对手爪夹紧进行分析、计算，最终确定其尺寸。除此以外还简要要说明了上下料机械手的液压驱动选择和驱动力计算。这些包括了3年半来所学大局部知识。在设计初期，遇到了很多的困难，比方对下料机械手的结构不熟悉，运动过程不了解，也由于对以前所学知识的局部遗忘，因此不知道从哪里开始设计，后来通过查阅参考文献和老师、同学的帮助，逐步熟悉了下料机械手的原理，对其结构，运动过程有了新的认识，因此能够根本完本钱次设计。但是由于自己的能力有限，还存在很多不完善的地方需要改良。同时通过这次设计，也使我发现自身的知识理论体系还需要大大的提高，对已学的知识遗忘较多，在今后的学习工作中我将会更好的完善自己的知识，作一名合格的设计人员。参考文献1 冯兴安，黄玉美，关慧贞.机械制造装备设计M.北京：机械工业出版社，2005.2 巩云