仲恺工业机械手课程设计说明书

1、仲恺工业机械手设计任务书仲恺工业机械手设计任务书 设计是学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节， 是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内 的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和 未来事业的开拓都具有一定意义。 主要目的： 一、培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力， 拓宽和深化学生的知识。 二、培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计 的一般程序规范和方法。 三、培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图 册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的

2、工作能力。 四、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 习的基本工作态度，工作作风和工作方法。 目录 1 械手设计任务书械手设计任务书.2 1.1 设计目的.2 1.2 本课题的内容和要求.3 1.3 工业机械手简图.4 2 臂部液压缸设计臂部液压缸设计.4 2.1 臂部受力计算.5 2.2 臂部油缸驱动力计算.5 2.3 臂部活塞杆的稳定性校核.6 2.4 臂部缸体的螺栓链接计算.7 3 臂部液压传动与控制系统计设臂部液压传动与控制系统计设.8 3.1 臂部伸缩油缸.8 3.2 液压元件的计算和选择.10 3.3 臂部液压原件及工作原理.11 4 PLC 控制系统设计控

3、制系统设计.13 4.1 机械手可编程顺序控制.13 4.2 机械手 PLC 控制梯形图 .17 5 参参 考考 文文 献献.19 6 6 总结总结.19 1 1 械手设计任务书械手设计任务书 1.1 设计目的设计目的 设计是学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节， 是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内 的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和 未来事业的开拓都具有一定意义。 主要目的： 一、培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力， 拓宽和深化学生的知识。 二、培养学生树立正确的设计思想，设计构

4、思和创新思维，掌握工程设计 的一般程序规范和方法。 三、培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图 册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。 四、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 习的基本工作态度，工作作风和工作方法。 1.2 本课题的内容和要求本课题的内容和要求 原始数据及技术要求： 表 1 臂部运动参数 运动名称符号行程范围速度 伸缩 X400m m200,250,15d，所以活塞杆需要稳定性校核 油缸安装属于两端固定，长度折算系数0. 5 弹性模量 5 2. 110EM Pa 特定柔度值 5 1 2. 110 28. 6

5、4 256 p E 活塞杆横截面的惯性半径 14 3. 5 44 d im m 安全系数3 K n 活塞杆的面积 2 2 314 4 d Fm m 活塞杆的计算柔度属于大柔度杆其临 0. 5460 67. 1528. 64 3. 5 l i 界力 225 4 22 3. 142. 110 3141. 510 67. 15 k E PFN ,活塞杆稳定性符合要求N n P NP k k 500444 2.4 臂部缸体的螺栓链接计算臂部缸体的螺栓链接计算 确定油缸缸筒与缸盖采用螺栓连接，此种方式能够使液压缸紧凑牢固。在 这种链接中，每个螺栓在危险剖面上承受的拉力为工作载荷 Q 和剩余预紧力 0 Q

6、 之和，即：Q s 0 QQQ s P Q Z Q：工作载荷（N） P：缸盖受到的合成液压力，即驱动力（N） Z：螺栓数目 ：剩余预紧力，Q s,1. 5 1. 8Q sKQ K 则螺栓 0 合2 1 1. 3Q ,为螺栓材料的屈服强度 d 4 n为安全系数，n1. 2 2. 5 s s n 取螺栓公称直径为 6 数目 4 安全系数 2 k=1.8 2 0. 5M Pa 4 P Q Z 1. 80. 50. 75M PaQ sKQ 235 1. 17M Pa 2 s n 0 0. 50. 91. 4M PaQQQ s 0 合22 1 1. 3Q1. 31. 4 0. 6M Pa d3. 146

7、 44 所以，满足强度条件。 3 3 臂部液压传动与控制系统计设臂部液压传动与控制系统计设 3.1 臂部伸缩油缸臂部伸缩油缸 缸内径，活塞杆直径，驱动力，运动速度，加速和制动的时间分别为： stsmmvNPmmdmmD2 . 0,/200,444,14,25 起动驱动力NP444 匀速驱动力NPP z 39450444 减速驱动力 NPP z 3441004442 无杆腔进油时： Mpa D P p Mpa D P p Mpa D P p 7 . 0 1091 . 4 344 4 8 . 0 1091 . 4 394 4 9 . 0 1091 . 4 444 4 42 42 42 min/89

8、2 . 5 /10982 . 0 4 02. 014 . 3 2 . 0 4 3 22 4 Lsm D vQ W11125 . 0 444MN W 5 . 9825 . 0 394MN W8625 . 0 344MN 图 4 伸缩油缸工况图（伸出过程） 有杆腔进油时： Mpa dD P p Mpa dD P p Mpa dD P p 02 . 1 1037 . 3 344 4 )( 16 . 1 1037 . 3 394 4 )( 31 . 1 1037 . 3 444 4 )( 422 422 422 min/044 . 4 /10674 . 0 1037 . 3 2 . 0 4 )( 34

9、 22 4 Lsm dD vQ W11125 . 0 444MN W 5 . 9825 . 0 394MN W8625 . 0 344MN 图 5 伸缩油缸工况图（缩回过程） 3.2 液压元件的计算和选择液压元件的计算和选择 液压泵的计算和选择 泵的工作压力MPappp81 . 1 5 . 031 . 1 max 油缸的最大工作油压=1.31MPa m ax p 管道和各类阀的全部油压损失 =0.5 0.8pM Pa 液压泵的流量Q 油压系统采用单泵供油,故min/48 . 6 892 . 5 1 . 1 max LKQQ 泵 臂部回转油缸供油泵 A Q 泄漏折算系数4 1. 1 1. 3K

10、除臂部回转油缸处,其它几个部分中的最大流量 m ax Q 选择液压泵的规格 因为叶片泵有结构紧凑外形尺寸小,流量均匀,噪音小,寿命长,所以根据选 YB1-40(YB1 型低压单级中片泵). 额定转速 960/ m i nnr 额定排量min/7LQ 额定压力MPap2 电机选用 取泵的总效率,则65 . 0 KW63.11W1063.11 5.6060 107108.46 60 Q 3 36 额泵 P N 选电机:Y100L-4,N=2.2KW,n=1430r/min 选择液压控制阀和辅助元件 过滤器 过滤精度在左右的线式过滤器100m 油管与管接头： 管接头联接螺纹 管子壁厚 1mm (用于

11、)181. 5M6. 3 / m i nQL 管子壁厚 1mm (用于)141. 5M6. 3 / m i nQL 油管以满足最大压力为要求选用价低,安装方便的尼龙管 油箱容积：LQV35755 额 溢流阀和减压阀的压力调整： 溢流阀MPap2 减压阀 因为夹紧运动时的压力为所以选取 YJF3-10B0. 23 1. 37M Pa 调压范围为0. 5 6. 3M Pa 根据工况图 Q-t 选元件的额定流量,根据 p=7L/min 选择元件的额定压力 3.3 臂部液压原件及工作原理臂部液压原件及工作原理 表 1 械手所用液压元件表 序号元件名称型号规格数量 1线隙式过滤器4050XUB2.5MP

12、a,40L/min1 2电动机Y100L-4N=3.0KW,n=1430r/mi n 1 3叶片泵 1 40YB 2MPa,960r/min1 4 13溢流阀310YFL 10,2MPa 1 5，1 1 二位二通电磁换向阀2225DB 12,2MPa 2 6压力表开关6KB 4,2MPa 1 7压力表60Y 0 10M Pa 1 8,14单向顺序阀3425DB 12,2MPa 2 9,10节流阀10LB 8,2MPa 2 12二位四通电磁换向阀2225DBH 12,2MPa 1 液压工作原理图 表 2 液压系统动作循环及电磁铁动作顺序表 电磁铁 序号 动作 循环 1 Y 2Y3Y4Y5Y6Y7

13、Y8Y9Y 10 Y 11 Y 12 Y 13 Y 14 Y 伸 出 + 伸 出 缓 冲 + 缩 回 + 臂 部 伸 缩 缩 回 缓 冲 + 4 4 PLCPLC 控制系统设计控制系统设计 控制系统是机械手的重要组成部分。在某种意义上讲，控制系统起着与人 脑相似的作用。机械手的手部、腕部、臂部等的动作以及相关机械的协调动作 都是通过控制系统来实现的。主要控制内容有动作的顺序，动作的位置与路径、 动作的时间。 机械手的控制方法，总的来说有机械控制，气动控制，液压系统的液压控 制和电气控制。 控制系统有开环系统和闭环系统两种结构。闭环系统一般也叫反馈控制系 统，是一种不断把定值与控制量进行比较，使

14、其偏差为零的控制系统。而开环 系统，即使有局部小的闭环系统存在，但主要的控制量是不用反馈控制的。对 比两者，通常闭环系统的抵抗外部干扰和系统中主要单元的特性变化的能力比 较强，而开环系统较弱。但由于各种影响因素的存在，闭环控制的精度和定位 时间等控制性能也有一定的限度。因此不应局限于开环或闭环的系统，而吸收 两者之长，以提高机械手的性能。 4.1 机械手可编程顺序控制机械手可编程顺序控制 不论自动电气控制装置复杂程度如何，对于生产线及各种功能的机械手来 说，一般都要求电气控制系统按照预先规定的动作顺序依次进行顺序控制。 可编程控制方式是指机械手的动作程序采用软，硬的手段，加以改变或重 新编排，

15、以适应不同作业循环的需要。特别对于通用工业机械手尤为重要。如 甲作业要求机械手的动作顺序为 1-2-3-4；乙作业要求 1-4-3-2；丙作业要求 1-3- 2-4.为此，可采用各种不同顺序控制器直接给定或改变程序。 可编程控制器控制器又称可编程逻辑控制器 PLC,是微机技术与继电器常规 控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新 型控制器，是一种以微处理为核心用数字控制的专用计算机。 根据机械手的控制方法采用液压控制制和电气控制相结合的方法来操纵机 械手。通过电气控制液压系统中的液压元件从而来控制机械手各个部位的运动。 电气控制通过可编程序控制器，用编程语言来使控制

16、器发出指令，进而控制运 动。 常见的编程表达方式有：继电器梯形图，逻辑功能图，功能流程图，逻辑 代数表达式，指令语句。 由于继电器梯形图比较形象，直观，易于接受，所以本电气控制采用此方 法编程。 图 7 现场器件和 PLC 的实际连按图 表 3 现场器件与 PLC 的内部等效继电器地址对照 现场 器件 内部等效继 电器地址号 说明现场 器件 内部等效继 电器地址号 说明 SB1400启动按钮HL430原位指示灯 SB2401停止按钮1YA431原位卸荷 SQ1401臂伸缩原位2YA432伸缩缓冲 SQ2403臂缩缓冲3YA433伸升缓冲 SQ3404臂伸缓冲4YA434臂正反转缓冲 SQ440

17、5臂伸缩限位5YA435腕正反转缓冲 SQ5406臂升降原位6YA436臂部伸出 SQ6407臂降缓冲7YA437臂部缩回 SQ7410臂升缓冲8YA530臂部升 SQ8411臂升降限位9YA531臂部降 SQ9412臂回转原位10Y A 532臂部正转 SQ10413臂反转缓冲11Y A 533臂部反转 SQ11500臂正转缓冲12Y A 534腕部正转 SQ12501臂回转限位13Y A 535腕部反转 SQ13502腕回转原位14Y A 536夹紧 SQ14503腕反转缓冲 SQ15504腕正转缓冲 SQ16505腕回转限位 输 入 SB3510复位按钮 输 出 4.2 机械手机械手 P

18、LC 控制梯形图控制梯形图 5 5 参参 考考 文文 献献 1 重庆市科技局，第一机械工业机械部第三设计院.工业机械手M，重庆市科 技局，第一机械工业机械部第三设计院出版，1977. 2 上海市第一机电工业局科技组情报站.工业机械手资料选编 M,上海：第一 机械工业部情报所，1974. 3 机械工程手册编辑委员会.机械工程手册:试用本.第 53 篇,工厂运输M,北京： 机械工业出版社, 1979. 4 上海市电动工具研究所.国外工业机械手及其应用M，上海科学技术情报研 究所，1978. 5 沈阳市机床工业公司七二一大学.工业机械手M,北京：辽宁人民出版社， 1979. 6 徐灏.机械设计手册M,北京：机械工业出版社, 2003. 7 李允文.工业机械手设计M ,北京：机械工业出版社，1996. 8 天津大学工业机械手设计基础编写组.工业机械手设计基础M，天津科学技 术出版社，1980