液压传动上料机械手设计

莱 芜 职 业 技 术 学 院 机 电 工 程 系2016届 毕 业 生 毕 业 论 文论文题目 液压传动上料机械手设计 专 业 机电一体化 年 级 2013 级高职机电 3 班 学 号 201321010 姓 名 陈 联 系 方 式 18253235 指 导 教 师 陶 职称： 副教授 完 成 日 期： 2016 年 5 月 17 日摘 要本次设计的液压传动机械手根据规定的动作顺序，综合运用所学的基本理论、基本知识和相关的机械设计专业知识，完成对机械手的设计。机械手的机械结构采用油缸、螺杆、导向筒等机械器件组成；在液压传动机构中，机械手的手臂伸缩采用伸缩油缸，手腕回转采用回转油缸，立柱的转动采用齿条油缸，机械手的升降采用升降油缸，立柱的横移采用横向移动油缸；本设计拟开发的上料机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，可抓取重量较大的工件。关键词 机械手、液压、控制回路 I目 录第 1 章 绪论.11.1 液压上料机械结构设计分析.11.1.1 臂力的确定.11.1.2 工作范围的确定.11.1.3 确定运动速度.1 1.1.4 手臂的配置形式.21.1.5 位置检测装置的选择.31.1.6 驱动与控制方式的选择.,.31.2 液压上料机械手的运用.31.3 液压上料机械手的特点.41.4 液压上料机械手.4第 2 章 手部的结构.52.1 概述.52.2 设计时应考虑的几个问题.5 2.3 驱动力的计算.6 2.4 两支点回转式钳爪的定位误差的分析.8第三章 腕 部 的 结 构.10 3.1 概述.103.2 腕部的结构形式.103.3 手腕驱动力矩的计.11第 4 章 臂部的结构.14 4.1 概述.144.2 手臂直线运动机构.154.2.1 手臂伸缩运动.15 4.2.2导向装置.164.2.3 手臂的升降运动.17 4.3 手臂回转运动.18 4.4 手臂的横向移动.18 4.5 臂部运动驱动力计算.194.5.1 臂水平伸缩运动驱动力的计算.19 4.5.2 臂垂直升降运动驱动力的计算 .20 4.5.3 臂部回转运动驱动力矩的计算.21第 5 章 液压系统的设计.22 5.1 液压系统简介.225.2 液压系统的组成.225.3 机械手液压系统的控制回路.235.3.1 压力控制回路.23II5.3.2 速度控制回路.235.3.3 方向控制回路.245.4 上料机械手的动作顺序.24 5.5 机械手液压系统的简单计算.25 5.5.1 双作用单杆活塞油缸.255.5.2 无杆活塞油缸（亦称齿条活塞油缸）.29 5.5.3 单叶片回转油缸 .305.5.4 油泵的选择.32 5.5.5 确定油泵电动机功率 N.32第 6 章 机械手的控制.33第 7 章 总结.35第 8 章 致谢.36参考文献.37莱芜职业技术学院 第一章 绪论0第一章 绪 论1.1 液压上料机械手结构设计分析1.1.1 臂力的确定目前使用的机械手的臂力范围较大，国内现有的机械手的臂力最小为 0.15N，最大为8000N。本液压机械手的臂力为 N 臂 =1650（N） ，安全系数 K 一般可在 1.53，本机械手取安全系数 K=2。定位精度为1mm。1.1.2 工作范围的确定机械手的工作范围根据工艺要求和操作运动的轨迹来确定。一个操作运动的轨迹是几个动作的合成，在确定的工作范围时，可将轨迹分解成单个的动作，由单个动作的行程确定机械手的最大行程。本机械手的动作范围确定如下：手腕回转角度115手臂伸长量 150mm手臂回转角度115手臂升降行程 170mm手臂水平运动行程 100mm1.1.3 确定运动速度机械手各动作的最大行程确定之后，可根据生产需要的工作拍节分配每个动作的时间，进而确定各动作的运动速度。液压上料机械手要完成整个上料过程，需完成夹紧工件、手臂升降、伸缩、回转，平移等一系列的动作，这些动作都应该在工作拍节规定的时间内完成，具体时间的分配取决于很多因素，根据各种因素反复考虑，对分配的方案进行比较，才能确定。机械手的总动作时间应小于或等于工作拍节，如果两个动作同时进行，要按时间长的计算，分配各动作时间应考虑以下要求：莱芜职业技术学院 第一章 绪论1（1） 给定的运动时间应大于液压元件的执行时间；（2） 伸缩运动的速度要大于回转运动的速度，因为回转运动的惯性一般大于伸缩运动的惯性。在满足工作拍节要求的条件下，应尽量选取较底的运动速度。机械手的运动速度与臂力、行程、驱动方式、缓冲方式、定位方式都有很大关系，应根据具体情况加以确定。（3） 在工作拍节短、动作多的情况下，常使几个动作同时进行。为此驱动系统要采取相应的措施，以保证动作的同步。液压上料机械手的各运动速度如下：手腕回转速度 V 腕回 = 40/s手臂伸缩速度 V 臂伸 = 50 mm/s手臂回转速度 V 臂回 = 40/s手臂升降速度 V 臂升 = 50 mm/s立柱水平运动速度 V 柱移 = 50 mm/s手指夹紧油缸的运动速度 V 夹 = 50 mm/s1.1.4 手臂的配置形式机械手的手臂配置形式基本上反映了它的总体布局。运动要求、操作环境、工作对象的不同，手臂的配置形式也不尽相同。本机械手采用机座式。机座式结构多为工业机器人所采用，机座上可以装上独立的控制装置，便于搬运与安放，机座底部也可以安装行走机构，已扩大其活动范围，它分为手臂配置在机座顶部与手臂配置在机座立柱上两种形式，本机械手采用手臂配置在机座立柱上的形式。手臂配置在机座立柱上的机械手多为圆柱坐标型，它有升降、伸缩与回转运动，工作范围较大。1.1.5 位置检测装置的选择机械手常用的位置检测方式有三种：行程开关式、模拟式和数字式。本机械手采用莱芜职业技术学院 第一章 绪论2行程开关式。利用行程开关检测位置，精度低，故一般与机械挡块联合应用。在机械手中，用行程开关与机械挡块检测定位既精度高又简单实用可靠，故应用也是最多的。1.1.6 驱动与控制方式的选择机械手的驱动与控制方式是根据它们的特点结合生产工艺的要求来选择的，要尽量选择控制性能好、体积小、维修方便、成本底的方式。 驱动方式一般有四种：气压驱动、液压驱动、电气驱动和机械驱动。本次设计采用液压驱动，机械控制。 1.2 液压上料机械手的运用是近几年在国内刚刚出现的一个新兴产业.但在西方发达国家以及日本和韩国，早在二十年前，上料机械手就已经广泛的应用于各种类型的数控机床上。上料机器人与数控机床相结合，可以实现工件的自动抓取、上料、装卡、加工等所有的工艺过程，能够极大的节约人工成本，提高生产效率。特别适用于大批量、小型零部件的加工，如汽车变速箱齿轮、轴承套（座） 、刹车盘、金属冲压结构件等。自动生产线和自动化程度高的加工设备已经成为今后制造工厂的一个发展趋势。单机自动化、整线自动化等自动上下料装置用于加工工件的自动上料、工件翻转、工件转序等工作，能够满足“快速/大批量加工节拍” 、 “节省人力成本” 、 “提高生产效率”等要求，成为越来越多的工厂的理想选择。莱芜职业技术学院 第一章 绪论31.3 液压上料机械手的特点 （1） 可用于高温金属模板冲压机床，来料温度：900，出料温度 200； （2） 独特的二倍行程手臂叠加机构，倍速机构，可以满足小空间、大行程的技术要求。 （3） 运行速度快，保证来料的温度不下降，满足冲压工艺要求。 （4） 性价比高。1.4 液压上料机械手实现的功能（1） 液压上料机械手可以实现对圆盘类、长轴类、不规则形状、金属板类工件的自动上料、工件翻转、工件转序等工作。 （2）液压上料机械手采用独立绗架设计，安装、调试可以与机床分开进行，机床部分只进行标准机的制造即可，机械手可以完全独立在机床之外运行。（3） 液压上料机械手采用模块化机械手和横梁，可以对机床机型加装。而不需要分开规格进行多种类的制造；（4）独立料仓设计，料仓独立自动控制；（5） 不依靠机床的控制器进行控制，机械手模块采用独立的控制模块，机械手故障只需设定参数，不影响机床运转莱芜职业技术学院 第二章 手部结构4第二章 手部结构2.1 概述手部是机械手直接用于抓取和握紧工件或夹持专用工具进行操作的部件，它具有模仿人手的功能，并安装于机械手手臂的前端。机械手结构型式不象人手，它的手指形状也不象人的手指、 ，它没有手掌，只有自身的运动将物体包住，因此，手部结构及型式根据它的使用场合和被夹持工件的形状，尺寸，重量，材质以及被抓取部位等的不同而设计各种类型的手部结构，它一般可分为钳爪式，气吸式，电磁式和其他型式。钳爪式手部结构由手指和传力机构组成。其传力机构形式比较多，如滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式等，这里采用滑槽杠杆式。2.2 设计时应考虑的几个问题（1） 应具有足够的握力（即夹紧力）在确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。(2)手指间应有一定的开闭角两个手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。手指的开闭角保证工件能顺利进入或脱开。若夹持不同直径的工件，应按最大直径的工件考虑。(3)应保证工件的准确定位为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选择相应的手指形状。例如圆柱形工件采用带V形面的手指，以便自动定心。(4)应具有足够的强度和刚度手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求具有足够的强度和刚度以防止折断或弯曲变形，但应尽量使结构简单紧凑，自重轻。莱芜职业技术学院 第二章 手部结构5(5)应考虑被抓取对象的要求应根据抓取工件的形状、抓取部位和抓取数量的不同，来设计和确定手指的形状。2.3 驱动力的计算 1.手指 2.销轴 3.拉杆 4.指座图 2-1 滑槽杠杆式手部受力分析如图所示为滑槽式手部结构。在拉杆 3