送料机械手设计说明书样本

目录TOC\o"1-3"\h\z摘要 1第一章机械手设计任务书 11.1毕业设计目 11.2本课题内容和规定 2第二章抓取机构设计 42.1手部设计计算 42.2腕部设计计算 72.3臂伸缩机构设计 8第三章液压系统原理设计及草图 113.1手部抓取缸 113.2腕部摆动液压回路 123.3小臂伸缩缸液压回路 133.4总体系统图 14第四章机身机座构造设计 154.1电机选取 164.2减速器选取 174.3螺柱设计与校核 17第五章机械手定位与平稳性 195.1惯用定位方式 195.2影响平稳性和定位精度因素 195.3机械手运动缓冲装置 20第六章机械手控制 21第七章机械手构成与分类 227.1机械手构成 227.2机械手分类 24毕业设计感想 25参照资料 26送料机械手设计摘要本课题是为普通车床配套而设计上料机械手。工业机械手是工业生产必然产物，它是一种模仿人体上肢某些功能，按照预定规定输送工件或握持工具进行操作自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产进一步发展起着重要作用。因而具备强大生命力受到人们广泛注重和欢迎。实践证明，工业机械手可以代替人手繁重劳动，明显减轻工人劳动强度，改进劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常浮现笨重工件搬运和长期频繁、单调操作，采用机械手是有效。此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其她有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着辽阔发展前程。本课题通过应用AutoCAD技术对机械手进行构造设计和液压传动原理设计，它能实行自动上料运动；在安装工件时，将工件送入卡盘中夹紧运动等。上料机械手运动速度是按着满足生产率规定来设定。核心字机械手，AutoCAD。第一章机械手设计任务书1.1毕业设计目毕业设计是学生完毕本专业教学筹划最后一种极为重要实践性教学环节，是使学生综合运用所学过基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范畴内工程技术问题而进行一次基本训练。这对学生即将从事有关技术工作和将来事业开拓都具备一定意义。其重要目：培养学生综合分析和解决本专业普通工程技术问题独立工作能力，拓宽和深化学生知识。培养学生树立对的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计普通程序规范和办法。培养学生树立对的设计思想和使用技术资料、国标等手册、图册工具书进行设计计算，数据解决，编写技术文献等方面工作能力。培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和技术人员学习基本工作态度，工作作风和工作办法。1.2本课题内容和规定（一、）原始数据及资料（1、）原始数据：生产大纲：100000件（两班制生产）自由度（四个自由度）臂转动180º臂上下运动500mm臂伸长（收缩）500mm手部转动±180º（2、）设计规定：a、上料机械手构造设计图、装配图、各重要零件图（一套）b、液压原理图（一张）c、设计计算阐明书（一份）（3、）技术规定重要参数拟定：a、坐标形式：直角坐标系b、臂运动行程：伸缩运动500mm，回转运动180º。c、运动速度：使生产率满足生产大纲规定即可。d、控制方式：起止设定位置。e、定位精度：±0.5mm。f、手指握力：392Ng、驱动方式：液压驱动。（二、）料槽形式及分析动作规定（1、）料槽形式由于工件形状属于小型回转体，此种形状零件普通采用自重输送输料槽,如图1.1所示，该装置构造简朴，不需要其他动力源和特殊装置，因此本课题采用此种输料槽。图1.1机械手安装简易图（2、）动作规定分析如图1.2所示动作一：送料动作二：预夹紧动作三：手臂上升动作四：手臂旋转动作五：小臂伸长动作六：手腕旋转预夹紧手臂上升手臂旋转小臂伸长手腕旋转手臂转回图1.2规定分析第二章抓取机构设计2.1手部设计计算一、对手部设计规定1、有恰当夹紧力手部在工作时，应具备恰当夹紧力，以保证夹持稳定可靠，变形小，且不损坏工件已加工表面。对于刚性很差工件夹紧力大小应当设计得可以调节，对于笨重工件应考虑采用自锁安全装置。2、有足够开闭范畴夹持类手部手指均有张开和闭合装置。工作时，一种手指开闭位置以最大变化量称为开闭范畴。对于回转型手部手指开闭范畴，可用开闭角和手指夹紧端长度表达。手指开闭范畴规定与许多因素关于，如工件形状和尺寸，手指形状和尺寸，普通来说，如工作环境允许，开闭范畴大某些较好，如图2.1所示。图2.1机械手开闭示例简图3、力求构造简朴，重量轻，体积小手部处在腕部最前端，工作时运动状态多变，其构造，重量和体积直接影响整个机械手构造，抓重，定位精度，运动速度等性能。因而，在设计手部时，必要力求构造简朴，重量轻，体积小。4、手指应有一定强度和刚度5、其他规定因而送料，夹紧机械手，依照工件形状，采用最惯用外卡式两指钳爪，夹紧方式用常闭史弹簧夹紧，松开时，用单作用式液压缸。此种构造较为简朴，制造以便。二、拉紧装置原理如图2.2所示【4】：油缸右腔停止进油时，弹簧力夹紧工件，油缸右腔进油时松开工件。图2.2油缸示意图1、右腔推力为FP=（π／4）D²P（2.1）=（π／4）0.5²2510³=4908.7N2、依照钳爪夹持方位，查出当量夹紧力计算公式为：F1=（2b／a）（cosα′）²N′（2.2）其中N′=498N=392N，带入公式2.2得：F1=（2b／a）（cosα′）²N′=(2150/50)（cos30º）²392=1764N则实际加快力为F1实际=PK1K2/η（2.3）=17641.51.1/0.85=3424N经圆整F1=3500N3、计算手部活塞杆行程长L,即L=（D/2）tgψ（2.4）=25×tg30º=23.1mm经圆整取l=25mm4、拟定“V”型钳爪L、β。取L/Rcp=3（2.5）式中：Rcp=P/4=200/4=50（2.6）由公式（2.5）（2.6）得：L=3×Rcp=150取“V”型钳口夹角2α=120º，则偏转角β按最佳偏转角来拟定，查表得：β=22º39′5、机械运动范畴（速度）【1】（1）伸缩运动Vmax=500mm/sVmin=50mm/s（2）上升运动Vmax=500mm/sVmin=40mm/s（3）下降Vmax=800mm/sVmin=80mm/s（4）回转Wmax=90º/sWmin=30º/s因此取手部驱动活塞速度V=60mm/s6、手部右腔流量Q=sv（2.7）=60πr²=60×3.14×25²=1177.5mm³/s7、手部工作压强P=F1/S（2.8）=3500/1962.5=1.78Mpa2.2腕部设计计算腕部是联结手部和臂部部件，腕部运动重要用来变化被夹物体方位，它动作灵活，转动惯性小。本课题腕部具备回转这一种自由度，可采用品有一种活动度回转缸驱动腕部构造。规定：回转±90º角速度W=45º/s以最大负荷计算：当工件处在水平位置时，摆动缸工件扭矩最大，采用估算法，工件重10kg，长度l=650mm。如图2.3所示。1、计算扭矩M1〖4〗设重力集中于离手指中心200mm处，即扭矩M1为：M1=F×S（2.9）=10×9.8×0.2=19.6（N·M）工件FSF图2.3腕部受力简图2、油缸（伸缩）及其配件估算扭矩M2〖4〗F=5kgS=10cm带入公式2.9得M2=F×S=5×9.8×0.1=4.9（N·M）3、摆动缸摩擦力矩M摩〖4〗F摩=300（N）（估算值）S=20mm（估算值）M摩=F摩×S=6（N·M）4、摆动缸总摩擦力矩M〖4〗M=M1+M2+M摩（2.10）=30.5（N·M）5.由公式T=P×b（ΦA1²-Φmm²）×106/8（2.11）其中：b—叶片密度，这里取b=3cm；ΦA1—摆动缸内径，这里取ΦA1=10cm；Φmm—转轴直径，这里取Φmm=3cm。因此代入（2.11）公式P=8T/b（ΦA1²-Φmm²）×106=8×30.5/0.03×（0.1²-0.03²）×106=0.89Mpa又由于W=8Q/（ΦA1²-Φmm²）b因此Q=W（ΦA1²-Φmm²）b/8=（π/4）（0.1²-0.03²）×0.03/8=0.27×10-4m=27ml/s2.3臂伸缩机构设计手臂是机械手重要执行部件。它作用是支撑腕部和手部，并带动它们在空间运动。臂部运动目，普通是把手部送达空间运动范畴内任意点上，从臂部受力状况看，它在工作中即直接承受着腕部、手部和工件动、静载荷，并且自身运动又较多，故受力较复杂。机械手精度最后集中在反映在手部位置精度上。因此在选取适当导向装置和定位方式就显得特别重要了。手臂伸缩速度为200m/s行程L=500mm1、手臂右腔流量，公式（2.7）得：【4】Q=sv=200×π×40²=1004800mm³/s=0.1/10²m³/s=1000ml/s2、手臂右腔工作压力，公式（2.8）得：〖4〗P=F/S（2.12）式中：F——取工件重和手臂活动部件总重，估算F=10+20=30kg，F摩=1000N。因此代入公式（2.12）得：P=（F+F摩）/S=（30×9.8+1000）/π×40²=0.26Mpa3、绘制机构工作参数表如图2.4所示：图2.4机构工作参数表4、由初步计算选液压泵〖4〗所需液压最高压力P=1.78Mpa所需液压最大流量Q=1000ml/s选用CB-D型液压泵（齿轮泵）此泵工作压力为10Mpa，转速为1800r/min，工作流量Q在32—70ml/r之间，可以满足需要。5、验算腕部摆动缸：T=PD（ΦA1²-Φmm²）ηm×106/8（2.13）W=8θηv/（ΦA1²-Φmm²）b（2.14）式中：Ηm—机械效率取：0.85～0.9Ηv—容积效率取：0.7～0.95因此代入公式（2.13）得：T=0.89×0.03×（0.1²-0.03²）×0.85×106/8=25.8（N·M）T<M=30.5（N·M）代入公式（2.14）得：W=（8×27×10-6）×0.85/（0.1²-0.03²）×0.03=0.673rad/sW<π/4≈0.785rad/s因而，取腕部回转油缸工作压力P=1Mpa流量Q=35ml/s圆整其她缸数值：手部抓取缸工作压力PⅠ=2Mpa流量QⅠ=120ml/s小臂伸缩缸工作压力PⅠ=0.25Mpa流量QⅠ=1000ml/s第三章液压系统原理设计及草图3.1手部抓取缸图3.1手部抓取缸液压原理图〖7〗1、手部抓取缸液压原理图如图3.1所示2、泵供油压力P取10Mpa，流量Q取系统所需最大流量即Q=1300ml/s。因而，需装图3.1中所示调速阀，流量定为7.2L/min，工作压力P=2Mpa。采用：YF-B10B溢流阀2FRM5-20/102调速阀23E1-10B二位三通阀3.2腕部摆动液压回路图3.2腕部摆动液压回路〖7〗1、腕部摆动缸液压原理图如图3.2所示2、工作压力P=1Mpa流量Q=35ml/s采用：2FRM5-20/102调速阀34E1-10B换向阀YF-B10B溢流阀3.3小臂伸缩缸液压回路图3.3小臂伸缩缸液压回路〖7〗1、小臂伸缩缸液压原理图如图3.3所示2、工作压力P=0.25Mpa流量Q=1000ml/s采用：YF-B10B溢流阀2FRM5-20/102调速阀23E1-10B二位三通阀3.4总体系统图图3.4总体系统图〖7〗1、总体系统图如图3.4所示2、工作过程小臂伸长→手部抓紧→腕部回转→小臂回转→小臂收缩→手部放松3、电磁铁动作顺序表元件动作1DT2DT3DT4DT5DT小臂伸长－++--手部抓紧－+腕部回转－+-+-小臂收缩－手部放松－-+--卸荷＋±±±±图3.5总体系统图4、确电机规格：液压泵选用CB-D型液压泵，额定压力P=10Mpa，工作流量在32～70ml/r之间。选用80L/min为额定流量泵，因而：传动功率N=P×Q/η（3.1）式中：η=0.8（经验值）因此代入公式（3.1）得：N=10×80×103×106/60×0.8=16.7KN选用电动机JQZ-61-2型电动机，额定功率17KW，转速为2940r/min。第四章机身机座构造设计机身直接支承和传动手臂部件。普通实现臂部升降、回转或俯仰等运动驱动装置或传动件都安装在机身上，或者就直接构成机身躯干与底座相连。因而，臂部运动愈多，机身构造和受力状况就愈复杂，机身既可以是固定式，也可以是行走式,如图4.1所示。图4.1机身机座构造图臂部和机身配备形式基本上反映了机械手总体布局。本课题机械手机身设计成机座式，这样机械手可以是独立，自成系统完整装置，便于随意安放和搬动，也可具备行走机构。臂部配备于机座立柱中间，多见于回转型机械手。臂部可沿机座立柱作升降运动，获得较大升降行程。升降过程由电动机带动螺柱旋转。由螺柱配合导致了手臂上下运动。手臂回转由电动机带动减速器轴上齿轮旋转带动了机身旋转，从而达到了自由度规定。4.1电机选取机身部使用了两个电机，其一是带动臂部升降运动；其二是带动机身回转运动。带动臂部升降运动电机安装在肋板上，带动机身回转电机安装在混凝土地基上。1、带动臂部升降电机：〖10〗初选上升速度V=100mm/sP=6KW因此n=（100/6）×60=1000转/分选取Y90S-4型电机，属于笼型异步电动机。采用B级绝缘，外壳防护级别为IP44，冷却方式为I（014）即全封闭自扇冷却，额定电压为380V，额定功率为50HZ。如图4.1Y90S-4电动机技术数据所示：型号额定功率KW满载时堵转电流堵转转矩最大转矩电流A转速r/min效率%功率因素额定电流额定转矩额定转矩Y90S-41.12.71400790.786.52.22.2图4.1Y90S-4电动机技术数据2、带动机身回转电机：〖10〗初选转速W=60º/sn=1/6转/秒=10转/分由于齿轮i=3减速器i=30因此n=10×3×30=900转/分选取Y90L-6型笼型异步电动机电动机采用B级绝缘。外壳防护级别为IP44，冷却方式为I（014）即全封闭自扇冷却，额定电压为380V，额定功率为50HZ。如图4.2Y90S-6电动机技术数据所示：图4.2Y90L-6电动机技术4.2减速器选取减速器原动机和工作机之间独立闭式传动装置。用来减少转速和增转矩，以满足工作需要。〖6〗初选WD80型圆柱蜗杆减速器。WD为蜗杆下置式一级传动阿基米德圆柱蜗杆减速器。蜗杆材料为38siMnMo调质蜗轮材料为ZQA19-4中心矩a=80Ms×q=4.0×11（4.1）传动比I=30传动惯量0.265×10ˉ³kg·m²4.3螺柱设计与校核螺杆是机械手主支承件，并传动使手臂上下运动。螺杆材料选取：〖6〗从经济角度来讲并能满足规定材料为铸铁。螺距P=6mm梯形螺纹螺纹工作高度h=0.5P（4.2）=3mm螺纹牙底宽度b=0.65P=0.65×6=3.9mm（4.3）螺杆强度[σ]=σs/3～5（4.4）=150/3～5=30～50Mpa螺纹牙剪切[τ]=40弯曲[σb]=45～551、当量应力〖6〗(4.5)式中T——传递转矩N·mm[σ]——螺杆材料许用应力因此代入公式（4.5）得：σ=（4×200×9.8/πd1²）²+3（200×9.8×0.6/0.2d1³）²=（2495/d1²）²+3（61.2/d1³）²≤30～50×106=（2495/d1²）²+3（61.2/d1³）²≤900～2500×1012=6225025/d14+11236/d16≤900～2500×1012 6225025d12+11236≤900d16×10126225025×0.0292+11236≤900×0.0296×1012即16471pa＜535340pa合格2、剪切强度〖6〗Z=H/P=160/6（旋合圈数）（4.6）τ=F/πd1bz（4.7）=200×9.8/π×0.029×3.9×（160/6）×10-3=206.8×103pa=0.206Mpa＜[τ]=40Mpa3、弯曲强度〖6〗σb=3Fh/πd1b2z=3×200×9.8×3/π×2.9×3.92×（160/6）=0.48Mpa＜[σ]=45Mpa合格第五章机械手定位与平稳性5.1惯用定位方式机械挡块定位是在行程终点设立机械挡块。当机械手经减速运营到终点时，紧靠挡块而定位。若定位前已减速，定位时驱动压力未撤除，在这种状况下，机械挡块定位能达到较高重复精度。普通可高于±0.5mm，若定位时关闭驱动油路而去掉工作压力，这时机械手也许被挡块碰回一种微小距离，因而定位精度变低。5.2影响平稳性和定位精度因素机械手能否精确地工作，事实上是一种三维空间定位问题，是若干线量和角量定位组合。在许多较简朴状况下，单个量值也许是重要。影响单个线量或角量定位误差因素如下：（1、）定位方式不同定位方式影响因素不同。如机械挡块定位时，定位精度与挡块刚度和碰接挡块时速度等因素关于。（2、）定位速度定位速度对定位精度影响很大。这是由于定位速度不同步，必要耗散运动部件能量不同。普通，为减小定位误差应合理控制定位速度，如提高缓冲装置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、）精度机械手制造精度和安装调速精度对定位精度有直接影响。（4、）刚度机械手自身构造刚度和接触刚度低时，因易产生振动，定位精度普通较低。（5、）运动件重量运动件重量涉及机械手自身重量和被抓物重量。运动件重量变化对定位精度影响较大。普通，运动件重量增长时，定位精度减少。因而，设计时不但要减小运动部件自身重量，并且要考虑工作时抓重变化影响。（6、）驱动源液压、气压压力波动及电压、油温、气温波动都会影响机械手重复定位精度。因而，采用必要稳压及调节油温办法。如用蓄能器稳定油压，用加热器或冷却器控制油温，低速时，用温度、压力补偿流量控制阀控制。（7、）控制系统开关控制、电液比例控制和伺服控制位置控制精度是个不相似。这不但是由于各种控制元件精度和敏捷度不同，并且也与位置反馈装置有无关于。本课题所采用定位精度为机械挡块定位5.3机械手运动缓冲装置缓冲装置分为内缓冲和外缓冲两种形式。内缓冲形式有油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。内缓冲长处是构造简朴，紧凑。但有时安顿位置有限；外缓冲长处是安顿位置灵活，简便，缓冲性能好调等，但构造较庞大。本课题所采用缓冲装置为油缸端部缓冲装置。当活塞运动到距油缸端盖某一距离时能在活塞与端盖之间形成一种缓冲室。运用节流原理使缓冲室产生暂时背压阻力，以使运动减速直至停止，而避免硬性冲击装置，称为油缸端部缓冲装置。在缓冲行程中，节流口恒定，称为恒节流式油缸端部缓冲装置。设计油缸端部恒节流缓冲装置时，amax（最大加速度）、Pmax（缓冲腔最大冲击压力）和Vr（残存速度）三个参数是受工作条件限制。普通采用办法是先选定其中一种参数，然后校验别的两个参数。环节如下：选取最大加速度普通，amax值按机械手类型和构造特点选用，同步要考虑速度与载荷大小。对于重载低速机械手，-amax取5m/s2如下，对于轻载高速机械手，-amax取5～10m/s2=2\*GB3②计算沿运动方向作用在活塞上外力F水平运动时：F=PSA-Ff（5.1）=0.25×103×π×3.62-7=138N=3\*GB3③计算残存速度VrVr=VO/1-amaxm/F（5.2）=0.1/0.64=0.15m/s第六章机械手控制 控制系统是机械手重要构成某些。在某种意义上讲，控制系统起着与人脑相似作用。机械手手部、腕部、臂部等动作以及有关机械协调动作都是通过控制系统来实现。重要控制内容有动作顺序，动作位置与途径、动作时间。机械手要用来代替人完毕某些操作，普通需要具备图6.1所示机能〖3〗。实现上述各种机能控制方式有各种各样。机械手程序控制方式可分为两大类，即固定程序控制方式和可变程序控制方式。本课题所用是固定程序控制类别机械式控制。惯用凸轮和杠杆机构来控制机械手动作顺序、时间和速度。普通常与驱动机构并用，因而构造简朴，维修以便，寿命较长，工作比较可靠。合用于控制程序步数少专用机械手。装卸工件状别辨认环境辨认操作机能检测、辨认机能控制机能示教机能动作控制机能动作顺序控制机能运动控制机能图6.1机械手控制机能第七章机械手构成与分类7.1机械手构成机械手重要由执行机构、驱动系统、控制系统构成。〖9〗（1、）执行机构：涉及手部、手腕、手臂和立柱等部件，有还增设行走机构如7.1所示。图7.1机构简图手部：是机械手与工件接触部件。由于与物体接触形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。由于本课题工件是圆柱状棒料，因此采用夹持式。由手指和传力机构所构成，手指与工件接触而传力机构则通过手指夹紧力来完毕夹放工件任务。手腕：是联接手部和手臂部件，起调节或变化工件方位作用。手臂：支承手腕和手部部件，用以变化工件空间位置。立柱：是支承手臂部件。手臂回转运动和升降运动均与立柱有密切联系。机械手立柱普通为固定不动。机座：是机械手基本某些。机械手执行机构各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支承和联接作用。（2、）驱动系统：机械手驱动系统是驱动执行运动传动装置。惯用有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动等四种形式。（3、）控制系统：控制系统是机械手指挥系统，它控制驱动系统，让执行机构按规定规定进行工作，并检测其对的与否。普通常用为电器与电子回路控制，计算机控制系统也不断增多。7.2机械手分类（1、）依照所承担作业特点，工业机械手可分为如下三类：承担搬运工作机械手：这种机械手在重要工艺设备运营时，用来完毕辅助作业，如装