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630吨压铸机自动浇注机械手的设计
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开题报告论文题目：630 吨压铸机自动浇注机械手的设计学院：专 业 、班级：学生姓名：指导教师（职称）2016 年 12 月 25 日 填一、选题依据1.论文（设计）题目：630 吨压铸机自动浇注机械手的设计2.研究领域：机械手3.论文（设计）工作的理论意义和应用价值：压力铸造是精密铸造中一种高效率的生产方法。但是，我国的压铸技术和世界先进水平相比，差距巨大，国内现有压铸机及工艺等还处在落后状态，如加料、取件、喷敷涂料等工序仍是手工操作，这样不但劳动强度大，而且铸件质量不稳定，同时又在高温下操作不利于安全生产1，因此设计自动浇料机械手的意义可以概括如下：(1)机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。(2)改善劳动条件，避免人身事故。在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。(3)可以减轻人力，并便于有节奏的生产。应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都没有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产2。同时，工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。综上所述，有效的应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。4.目前研究的概况和发展趋势：压铸技术的发展至今有 150 余年，19 世纪初，由于印刷业的兴起用于铅字铸造的1铸字机应运而生不久，在铸字机的基础上演变成为热室压铸机。到 19 世纪中叶，典型的热室压铸机诞生。进入 20 世纪以后,热室压铸机日渐成熟，冷室压铸机问世。20世纪后半叶，压铸机经历了更大的改革、演进与创新，压铸机进入新的发展时期。近二三十年来压铸机在大型化、自动化、单元化和柔性化等方面的发展非常迅速。最近的几年，压铸的高新技术又不断地对压铸机提出新的要求3。20 世纪 50 年代，我国自行设计制造出全液压的 50 型卧式冷室压铸机，锁模力有500 kN 和 1000 kN 两种规格。及至 20 世纪 80 年代，有关单位继续完成了锁模力 16000 kN 以下的卧式冷室压铸机系列产品的开发；立式冷室压铸机也形成了锁模力 2500 kN以下的系列产品；1986 年试制出国内第一台 J 1163 A 型自动压铸机组；1990 年开发出国内第一台柔性压铸单元，锁模力为 4000 kN；其后的几年里，又将辅助装置和参数检测装置加以定型并形成产品。在压铸机的设计工作方面，20 世纪 80 年代，设计的压铸机压射性能已接近当时的国外水平；合模机构全部采用液压驱动、曲肘机械扩力结构取代了全液压。而热室压铸机在当时也形成了锁模力 1500 kN 以下的系列化产品，全立式压铸机也有了锁模力 3150 kN 以下的系列化产品。在大型压铸机方面，阜新压铸机厂还曾生产了锁模力为 28000 kN 的大型压铸机，为当时填补了国内的空白3。机械手首先是从美国开始研制的。1958 年美国联合控制公司研制出第一台机械手。它的结构是：机体上安装一个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构。1962年，美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为 Unimate（即万能自动）。运动系统仿照坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动；控制系统用磁鼓作为存储装置。不少球坐标通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司,专门生产工业机械手。在国内，应用于生产实际的工业机械手特别是示教再现性机械手不断增多，而且计算机控制的也有所应用,国内近年来在移动机械手控制方面也开展了许多研究工作。目前，第一代工业机械手主要依靠工人进行控制；改进的方向主要是降低成本和提高精度。第二代机械手设有微型电子计算控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，是机械手具有感觉机能。第三代机械手则能独立完成工作中过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保2持联系，并逐步发展成为柔性制造系统 FMS 和柔性制造单元 FMC 中的重要一环4。随着机械手的发展，人们也对机械手的应用提出了更高的要求，一是重复高精度，精度是指机械手到达指定点的精确程度，它对驱动器的分辨率以及反馈装置密切相关。重复精度是指如果动作重复多次，机械手到达同样位置的精确程度。显然，重复精度比精度更加重要。二是模块化，有的公司把带有系列导向驱动装置的气动机械手称为简单的传输技术，而把模块化拼装的气动机械手称为现代传输技术，模块化拼装的气动机械手比组合导向驱动装置更具灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及气管的导向系统装置，使机械手运动自如。由于模块化气动机械手的驱动部件采用了特殊设计的滚珠轴承，使它具有高刚性，高强度及精确的导向精度。优良的定位精度也是新一代气动机械手的一个重要特点，模块化气动机械手使同一机械手可能由于应用不同的模块而具有不同的功能，扩大了机械手的应用范围，是机械手的一个重要的发展方向5。3二、论文（设计）研究的内容1.重点解决的问题：（1）630 吨压铸机自动浇注机械手的的结构设计；（2）630 吨压铸机自动浇注机械手的液压系统设计以及 PLC 控制系统设计；（3）630 吨压铸机自动浇注机械手的三维建模。2.拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路）：（1）查阅相关压铸机自动浇注机械手产品的资料，了解产品的发展现状及基本原理；（2）630 吨压铸机自动浇注机械手的总体方案设计；（3）630 吨压铸机自动浇注机械手的结构设计和计算；（4）630 吨压铸机自动浇注机械手的三维实体建模；（5）630 吨压铸机自动浇注机械手的液压系统及 PLC 控制系统设计；（6）动态演示；（7）翻译资料；（8）撰写毕业论文。3.本论文（设计）预期取得的成果：（1）630 吨压铸机自动浇注机械手三维设计的总体方案，包括机械手的液压控制部分和 PLC 控制系统部分；（2）自动浇注机械手的三维实体模型，包括零件图、装配体；（3）自动浇注机械手运动的动态演示。4三、论文（设计）工作安排1.拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）：设计参数：座标型式：球坐标自由度数：3 个手臂回转范围：0180手臂回转速度：90S手臂的俯仰范围：-4545在查阅大量的相关文献和资料之后使用类比法，首先分析自动浇注机械手的设计方法和数据计算，再用 SOLID WORKS 软件对机械手部件进行三位实体模型绘制并且实行动态演示。2.论文（设计）进度计划：第 1-2 周：查阅资料第 3-4 周：方案设计，完成开题报告与开题答辩第 5-6 周：查阅文献，初步进行方案设计第 7-8 周：完善设计方案并完成结构设计第 9-10 周：完成零件三位建模第 11-12 周：完善装配图和零件图第 13-14 周：完成并修改设计说明书第 15-16 周：完成论文，准备答辩5四、需要阅读的参考文献1戴龙泉.压铸机单臂回转式自动浇注机械手J.上海机械,1980,7:13-14. 2/article/16379160.html 3陈金诚.压铸机的发展J.铸造,2005,54(1):6-15. 4黄真,方跃法.并联机器人机构学与控制M.北京:机械工业出版社,1997,5:30-31.5郭洪武.浅析机械手的应用与发展趋势M.山西:中国西部科技,2012.6薛定宇.反馈控制系统设计与分析 CTM.清华大学出版社,2000:40-47.7康立新,马建华.工业机械手的设计J.中小企业管理与科技,2009,9:218. 8张萍萍.基于 PLC 的气动机械手控制系统设计D.成都:电子科技大学,2013. 9刘明保,吕春红,张春梅.机械手的组成机构及其技术指标的确定J.河南机电高等专科学校学报,2004,12(1):18.10曹环军,刘希璐.压铸机浇铸机械手的工作流程及 PLC 系统控制J.湖南农机,2014,41(7):101.11 戴勤 . 自动换刀机械手结构设计及 PLC 控制研究 D. 苏州 : 苏州大学.2010.1-4.12赵献丹,张良栋,赵虎.压铸机浇铸机械手 PLC 控制系统设计J.机械工程师,2011,11:55.13Harvill. A totally new concept in hot chamber die casting(J).Die casting Engineer,1982,26(4):1-2.14Carlos A.Acosta Calderon,John Q.Gan. An Analysis of the Inverse Kinematics for a 5-DOF Manipulator J.International Journal of Automation & Computing,2005,2:114-116.15Thomas Bill. The golden age of die castingJ.D.C.E.1976.20(4):24.附：文献综述6文献综述压铸技术的发展至今有 150 余年，19 世纪初，由于印刷业的兴起用于铅字铸造的铸字机应运而生不久,在铸字机的基础上演变成为热室压铸机。到 19 世纪中叶, 典型的热室压铸机诞生。进入 20 世纪以后,随着热室压铸机日渐成熟，冷室压铸机问世。 20 世纪后半叶，压铸机经历了更大的改革、演进与创新，压铸机进入新的发展时期。随着压铸机的快速发展，压力铸造在工业生产中变为一个非常重要的环节。如果采用人工浇注的方式有着较大的危害，会有大量的粉尘和有害气体产生，会对工人的身体健康造成严重的威胁。针对这种情况就需要将手工浇注发展为自动机械手浇注，这样工人的劳动强度可以得到降低。陈金城、彭余恭在压铸机的发展3中写道压铸技术发展至今 150 余年的历史，与传统的、古老的铸造技术相比，只能说是一种年轻的工艺技术。然而，由于压铸技术所具有的许多特点，使压铸件的应用领域日益扩大，遍及各个工业门类，因而发展速度十分惊人，受到了普遍的关注。压铸机是压铸生产中重要的基础技术装备，与压铸工艺的互存、互动关系非常突出，压铸工艺的改进或采用新的技术，都要有与之相应的或新型的压铸机作为技术支撑。所以，在压铸技术的发展进程中，压铸机始终担负着重要的角色，起着积极的、直接的推动作用。康立新、马建华在工业机械手的设计7中说道工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备，工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。根据张萍萍在基于 PLC 的气动机械手控制系统设计8中设计的机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程以变动的多功能机器，在工业自动化生产中占据着重要位置。驱动方式可以液压传动，也可以气压传动，也可以是电气控制等方法并且机械手具有动作快速、灵活、能适应危险和恶劣的环境、重复定位精度髙及可长时间连续作业等优点，采用机械手上进行浇注可减轻工人的劳动量，降低生产成本，提高生产效率。在同一份论文中，她设计的气动机械手模型基于专用计算机 PLC（Programmable logic Controller，简称 PLC）的控制系统设计，首先对搬运机械手的基本应用和基本结构进行介绍，然后提出了实现“原点位置开始启动，完成向左摆动、臂水平伸出、臂垂直下降、夹紧工件、臂垂直缩回、臂水平缩回、向右摆回、臂水平伸出、臂垂直下降、放开工件、臂垂直上升、臂水平缩回至原位”的位置控制。搬运物料气动技术驱动，用气爪气缸实现最大总重量为 10kg 搬运。气动技术控制采用工业专用计算机-可编程控制技术（PLC）控制的设计方案。对搬运机械手驱动系统中采用气压传动，控制系统中基于三菱公司的 FX2N 系列 PLC 为控制单元完成升降、抓物、水平与左右移动等动作的控制。之后介绍了各组成部件的作用、传感器的选型和 PLC 控制系统的硬件连接等，通过对机械手的各功能实现形式和控制方式研究，给出各部分的实现方案。刘明保、吕春红、张春梅等在机械手的组成机构及其技术指标的确定9中论述了工业机器人和机械手的机构组成, 并讨论了工业机器人和机械手的工作空间、看管区域、位置函数、运动速度等技术指标的确定方法。为机械手的结构组成合技术指标的确定打下了坚实的理论基础。在同一篇论文中，刘明保,吕春红 ,张春梅等指出机械手和工业机器人的工作性能是由一系列的技术指标来表示的, 其主要技术指标是:工作空间的形状和尺寸;机械手的灵活性;摆动的角度和系数;基本机构的自由度数目等。根据他的研究我们能够确定这些参数，从而完成机械手的结构方面的设计。7同样在曹环军、刘希璐于压铸机浇铸机械手的工作流程及 PLC 系统控制10中研究了浇铸机械手包括诸多方面的组成部分，如手臂、倾倒机构、浇包、倾倒油缸以及回转油缸和升降油缸等，这些结构在设计中都能表现出来。戴勤的自动换刀机械手结构设计及 PLC 控制研究11一文中,为了增强机械手的通用性和互换性，使同一机械手由于应用不同的模块而具有不同的功能，而采用模块化气动机械手，对基座、立柱、手臂、手部等模块进行结构设计，通过模块选择与组合，以构成一定范围内的不同功能或同功能不同性能、不同规格的系列产品，并且在产品变化或临时对机械手进行新任务分配时，可以允许方便地改动或重新设计其新部件，能很快地投产，降低安装和转换工作的费用，便于机械手的标准化生产和使用。胡海洪在四自由度液压机械手液压系统设计11中以能够实现自动抓取及搬运操作的自由度液压机械手为研究对象。根据用途分析了机械手的动作循环及工作原
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