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文檔簡介
1、<p><b> 前言</b></p><p> 工業(yè)機(jī)械手是近幾年來出現(xiàn)的一種技術(shù)裝備,它能夠仿人體上肢的某些動作,在生產(chǎn)中代替人搬運(yùn)物體或操持工具進(jìn)行操作。因此,機(jī)械手的應(yīng)用越來越普遍,并有著廣泛的發(fā)展前途。</p><p> 為了提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率,減輕工人的勞動,并且可保證產(chǎn)品的質(zhì)量。</p><p>
2、在設(shè)計(jì)機(jī)械手之前,我們到工廠進(jìn)行了實(shí)地考察對其結(jié)構(gòu)、運(yùn)動形式進(jìn)行研究和分析?;匦V?,通過查找有關(guān)資料進(jìn)行機(jī)械手的初步設(shè)計(jì)和計(jì)算。</p><p> 通過這次設(shè)計(jì),培養(yǎng)了我們綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識掌握了工程設(shè)計(jì)的一般程序,建立了正確的設(shè)計(jì)思想,使我們學(xué)到了許多在課堂上沒有學(xué)到的知識,為我們將來的工作奠定了一定的基礎(chǔ)。</p><p> 在設(shè)計(jì)過程中得到了老師的指導(dǎo)和幫助,在此向您表示感
3、謝。</p><p> 由于我們的能力有限,在計(jì)算和結(jié)構(gòu)中難免會出現(xiàn)缺點(diǎn)錯誤,真誠期待各位領(lǐng)導(dǎo)和各位老師給予批評指正。</p><p><b> 1. 機(jī)械部分</b></p><p> 1-1 確定機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及擬定工作原理圖</p><p><b> 一、設(shè)計(jì)要點(diǎn)</b></p&g
4、t;<p> 1、130,152大炮藥筒壓底工序上,下料機(jī)械手完成頂料、抓料、提開、轉(zhuǎn)腕、下降、放料。</p><p> 2、手臂行程分為兩個行程:提開和放料:1000mm</p><p> 3、傳動方式:液壓傳動</p><p> 4、抓持工件的重量:130、16.15kg ;152、12.48kg</p><p>&
5、lt;b> 二、傳動方案的確定</b></p><p> 1、驅(qū)動方式的確定:</p><p> 該機(jī)械手采用的是液壓傳動,它與氣壓傳動相比,能夠有如下優(yōu)點(diǎn):</p><p> 能得到較大的輸出力和力矩。</p><p> 液壓傳動滯后現(xiàn)象小,反映較靈敏,傳動平穩(wěn),由于氣壓傳動能得到較高的速度,但空氣粘性比油液低,
6、傳動中沖擊較大,不利于精確定位。</p><p> 輸出力和運(yùn)動速度控制比較容易,輸出力和運(yùn)動速度在一定的油缸尺寸下,主要決定于油液的壓力和流量,通過調(diào)節(jié)相應(yīng)的壓力和流量,能比較方便地控制輸出功率。</p><p> 4)可達(dá)到較高的定位精度,抓重較輕時,采用適宜的緩沖措施和定位方式,但系統(tǒng)的泄漏難以避免,影響工作效率和系統(tǒng)的工作性能。</p><p><
7、b> 2、運(yùn)動路線的確定</b></p><p> 根據(jù)其工作循環(huán),確定運(yùn)動路線</p><p> 傳料——下降——抓料——上升——轉(zhuǎn)腕——下降——松指——上升——直腕</p><p> 三、機(jī)械手的基本參數(shù)</p><p> 抓重:根據(jù)任務(wù)所給質(zhì)量,抓料的質(zhì)量為16.15kg、12.47kg兩種工件。</p
8、><p> 自由度數(shù)為兩個,手臂的豎直方向向上的直線往復(fù)運(yùn)動,腕部回轉(zhuǎn)油缸的擺動。</p><p> 工作時間:任務(wù)是要求機(jī)械手在一分鐘內(nèi)完成兩個工作循環(huán),根據(jù)其循環(huán)時間可分配如下: </p><p> 手臂上升時間:5秒 </p><p> 手臂下降時間:4秒 </p><p><b> 轉(zhuǎn)
9、腕時間:3秒 </b></p><p> 抓料時間:2秒 </p><p><b> 放料時間:1秒</b></p><p> 4)定位精確:機(jī)械手的定位精度是由加工工藝要求決定的,三抓定位精度高,根據(jù)本身的結(jié)構(gòu),抓重工作速度以及驅(qū)動方式和緩沖定位方式來確定。本機(jī)械手的定位精度為±1mm。</p>
10、<p> 四、機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p> 根據(jù)任務(wù)書的要求和工作地的要求,升降系統(tǒng)設(shè)計(jì)成雙作用單桿活塞式油缸,它完成工件的放料任務(wù)??紤]它的體積要求和轉(zhuǎn)矩要求,采用雙葉片回轉(zhuǎn)油缸,手部采用雙作用單桿式油缸,由滑塊來確定手部的夾緊位置。腕部回轉(zhuǎn)45°,采用單導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。</p><p> 1-2 夾緊油缸的設(shè)計(jì)</p><p><
11、;b> 一.夾緊油缸的設(shè)計(jì)</b></p><p> 1、夾緊缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選擇</p><p> 采用滑頭結(jié)構(gòu),這種形式結(jié)構(gòu)簡單、可靠,并在夾緊工作后能自鎖。</p><p><b> 2、手指選擇</b></p><p> 根據(jù)工作形狀結(jié)構(gòu)和工藝要求,采用三指式結(jié)構(gòu),這樣在轉(zhuǎn)腕時比較平穩(wěn),三
12、指式120°,對稱分布。</p><p> 3、三指夾緊力的計(jì)算</p><p> 在手指好工件接觸處安裝橡膠,加橡膠墊的目的是使其夾緊可靠,避免碰傷工件表面。</p><p><b> 工件夾緊力的計(jì)算:</b></p><p> 銅和橡膠的摩擦系數(shù) =0.2 (查手冊)</p><
13、;p> 工件的重力: =16.15×10=161.5()</p><p><b> 3 =</b></p><p><b> ==269()</b></p><p><b> 由于,故</b></p><p> 夾緊力傳給滑塊,滑塊通過活塞桿的斜塊,將
14、滑塊的壓力分解為兩個方向,一個是對斜塊的壓力,一個是摩擦力,由受力分析如圖示:</p><p><b> 圖1.1</b></p><p><b> 理論驅(qū)動力:p`</b></p><p> f為鋼與鋼的摩擦系數(shù),取f=0.15</p><p><b> 故</b>&
15、lt;/p><p><b> 實(shí)際驅(qū)動力P</b></p><p> 安全系數(shù),1.5~2 ——0.85~0.9</p><p><b> 所以</b></p><p><b> 4.夾緊缸的計(jì)算:</b></p><p> 1﹚指部夾緊缸的運(yùn)動
16、形式是直線王府運(yùn)動,常選用單桿活塞油缸。</p><p> 2﹚液壓缸尺寸的確定</p><p><b> 缸的推力:</b></p><p><b> 取工作壓力:</b></p><p> 液壓缸活塞有效工作體積:</p><p><b> 3)無桿腔
17、:</b></p><p> 4)活塞桿直徑的確定</p><p> 根據(jù)上式和速度比Φ確定</p><p> 由于抓料時間與放料行程相等,所以時間比等于速度比,即</p><p><b> ?。悍帕纤璧乃俣?lt;/b></p><p><b> :抓料所需的速度<
18、;/b></p><p> 由《工業(yè)機(jī)械手冊設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》天津科學(xué)技術(shù)出版社,差得</p><p><b> 活塞桿直徑的驗(yàn)算:</b></p><p><b> 故安全</b></p><p> 5.實(shí)際液壓的計(jì)算:</p><p><b> 缸的推力
19、:</b></p><p><b> 實(shí)際壓力:</b></p><p> 6.夾緊缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p> 1)液壓缸的密封均采用O型密封圈密封。</p><p> 2)活塞桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。</p><p><b> 圖1.2</b></p&g
20、t;<p><b> 材料:選45鋼</b></p><p> 密封圈外徑:D=100mm</p><p> 溝槽寬度:B=6.4±0.2mm</p><p> 往復(fù)運(yùn)動距離:H=5.4mm</p><p> 溝槽外徑:D`=100mm 溝槽內(nèi)徑d`=100mm</p>
21、<p> 內(nèi)因角半徑R=0.4mm 外因角半徑r=0.2mm</p><p> 不同軸度E≤0.1mm</p><p><b> 7.頂料桿設(shè)計(jì)</b></p><p><b> 1)材料選35鋼</b></p><p> 2)桿長的計(jì)算,腕部回轉(zhuǎn)45º,根
22、據(jù)其結(jié)構(gòu)形式來確定其長度.</p><p><b> 圖1.3</b></p><p> o為回轉(zhuǎn)缸中心;A為夾緊缸的中心;B為頂料桿的接點(diǎn);C為頂料桿的位置。</p><p> 由結(jié)構(gòu)可知 AB=95mm OB=198mm OC=630mm</p><p><b> 則:</b><
23、;/p><p> 即:頂料桿與豎直方向的角度為</p><p><b> 1-3腕部的計(jì)算</b></p><p><b> 1、腕部總重力</b></p><p> 腕部選用回轉(zhuǎn)桿,材料查手冊《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》上冊,第一分冊第二版,比重選鋼對鋼</p><p> 1)手
24、指按矩形:a=20,b=3.5 c=3.5</p><p><b> 有三個手指</b></p><p> 2)鉤耳:a=5.4cm b=1.4cm c=7.7cm</p><p><b> 有六個鉤耳</b></p><p><b> 3)氣抓體: </b>
25、</p><p><b> 4) 抓料缸體:</b></p><p> 5)手部缸重:m5=m2+m3+m4=2.7+11.17+21.42=35.29(kg)</p><p> 6)工件重:m6=16.15(kg)</p><p><b> 7)緊固板:</b></p>&
26、lt;p> 8)回轉(zhuǎn)缸所能達(dá)到的總質(zhì)量:m=m1+m5+m6+m7=63kg</p><p><b> 總重力:</b></p><p> 2、回轉(zhuǎn)缸的轉(zhuǎn)矩驗(yàn)算</p><p><b> 圖1.4</b></p><p> 設(shè)回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動中心為其幾何中心</p><
27、;p> S1:連板重心到回轉(zhuǎn)軸的距離</p><p><b> S1=7mm</b></p><p> S2:手部缸的重心到回轉(zhuǎn)軸距離</p><p><b> S2=70mm</b></p><p> S3:手指重心到回轉(zhuǎn)軸的距離</p><p><b
28、> S3=180mm</b></p><p> S4:工件重心到回轉(zhuǎn)軸距離</p><p><b> S4=800mm</b></p><p> Sx:回轉(zhuǎn)缸所能達(dá)到的重心</p><p><b> 由圖可知:</b></p><p> 3、驅(qū)動
29、力矩的計(jì)算 </p><p><b> M=163.8</b></p><p> 4、回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑的計(jì)算</p><p> P1:回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力 p1=20×105Pa</p><p> d:輸出軸與動片聯(lián)接處的直徑,初設(shè)計(jì)時可按</p><p> 選取,根據(jù)《工業(yè)機(jī)
30、械手冊設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》天津科學(xué)技術(shù)出版社查得</p><p><b> 驗(yàn)算轉(zhuǎn)動缸的轉(zhuǎn)矩:</b></p><p> 查《工業(yè)機(jī)械手冊設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》天津科學(xué)技術(shù)出版社 P99 3-13</p><p> 5、回轉(zhuǎn)缸的壁厚可根據(jù)腕部結(jié)構(gòu)和工藝性選取</p><p><b> 6、選用的軸承</b>
31、</p><p> 由于此軸主要承受的是徑向載荷,也承受一定的軸向載荷,故選用單列向心球軸承,由于結(jié)構(gòu)的限制采用超輕窄系列的軸承,軸承型號7000110</p><p> 7、回轉(zhuǎn)油缸密封形式的確定</p><p> 回轉(zhuǎn)油缸的動片和靜片均采用截石形狀為O型的矩形密封圈,由于雙向受壓力故加雙向牛皮檔圈,其作用:是防止高壓油液將O型密封圈擠入配合間隙,以保證密封
32、性,并延長密封圈的使用壽命。</p><p> 8、回轉(zhuǎn)缸螺栓的驗(yàn)算</p><p> 引自《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》國防工業(yè)出版社編。</p><p><b> 1)螺栓受力分析:</b></p><p> 此螺栓受軸向載荷,載荷作用線與螺栓軸線平行,其合力通過螺栓組的形心,螺栓組受的軸向載荷,查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》
33、國防工業(yè)出版社編。</p><p> 每個螺栓受的軸向載荷為:</p><p> 2)求螺栓工作時總拉伸載荷</p><p> 3)校核螺栓的許用應(yīng)力</p><p><b> 螺栓材料:選45鋼</b></p><p> 由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》國防版查3.1-5.3取,設(shè)裝配時可控制預(yù)
34、緊力,按表3.1-53暫取安全系數(shù)SP=2,引自表3.5-56得螺栓的許用應(yīng)力為:</p><p><b> 4)確定螺栓直徑</b></p><p> 由表3.1-47得:</p><p> 設(shè)計(jì)時選用M8的螺栓。</p><p><b> 9、花鍵的強(qiáng)度校核</b></p>
35、<p> 引自《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》國防工業(yè)出版社</p><p><b> 工作面的擠壓或磨損</b></p><p><b> 靜聯(lián)接:</b></p><p> 式中:T——轉(zhuǎn)矩N·mm T=163800N·mm</p><p> ——各齒間載荷分
36、面均勻系數(shù)通常取=0.7~0.8</p><p><b> 取=0.8</b></p><p> Z——齒數(shù) 取Z=8</p><p> h——齒的工作高度 </p><p> c~c=0.25倒角尺寸</p><p> L——齒的工作長度 L=28mm</p>
37、;<p> 1-4手臂缸的設(shè)計(jì)和計(jì)算</p><p> 1、手臂缸內(nèi)徑的確定</p><p> 查《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)手冊》天津科學(xué)技術(shù)出版社</p><p><b> 取D=80mm</b></p><p> 活塞的有效工作面積 </p><p><b>
38、2、油缸的壁厚</b></p><p><b> D—缸筒內(nèi)徑</b></p><p> []—油缸材料的許用應(yīng)力[]=(1000~1100)×105P</p><p> 校核:[]= </p><p> 只有在(4000~4400)×105之間,才滿足條件,為4000&
39、#215;105滿足條件。</p><p> 3、活塞桿的計(jì)算及驗(yàn)算</p><p> 活塞桿的尺寸要滿足活塞運(yùn)動的要求和強(qiáng)度要求,對于桿長若要大于15d,則活塞桿還必須考慮是否具有足夠的穩(wěn)定性(即具有保持其軸線不會因工作時所受軸向壓力而彎曲的能力)。</p><p> 1)按強(qiáng)度條件決定活塞桿d</p><p><b>
40、=</b></p><p> 式中:P-活塞桿上所受的總機(jī)橫載荷,為1296.5N</p><p> d-活塞桿直徑,為40mm</p><p><b> 由于</b></p><p> 大柔度桿或稱為細(xì)長桿的臨界力Pk</p><p><b> 當(dāng)</b&g
41、t;</p><p> —活塞桿的計(jì)算柔度。</p><p> i—活塞桿的橫截面的慣性半徑</p><p> l—活塞桿的計(jì)算長度</p><p><b> h—長度計(jì)算系數(shù)</b></p><p><b> i=</b></p><p>
42、<b> —特定柔度值</b></p><p><b> =</b></p><p> E—活塞桿材料的彈性模量 E=2.1×1011Pa</p><p> —活塞桿材料的比例極限</p><p><b> 由于= </b></p><
43、;p><b> ></b></p><p> hk—安全系數(shù),取為2</p><p> P—軸向壓力 P為1297N</p><p><b> 4、缸蓋的設(shè)計(jì)</b></p><p> 1)缸蓋的材料選用ZG35,根據(jù)其結(jié)構(gòu)可能性參考《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》冶金工業(yè)出版表3
44、-1-56設(shè)計(jì)的上、下蓋由法蘭聯(lián)接,下蓋的結(jié)構(gòu)有緩沖裝置。</p><p><b> 2)密封的結(jié)構(gòu)</b></p><p> ?。?)均采用O型密封圈密封</p><p> O型密封圈具有結(jié)構(gòu)簡單,密封性良好,動磨擦阻力小,溝槽尺寸小,結(jié)構(gòu)緊湊,制造容易,成本低,安裝方便等優(yōu)點(diǎn),因此,O型密封圈應(yīng)用較廣泛。</p><
45、p> 按化學(xué)工業(yè)出版社《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》</p><p> 表6-134,6-136,6-137查得</p><p><b> 80處的靜密封為:</b></p><p><b> 斷面的直徑:</b></p><p><b> 溝槽寬度:</b></p&g
46、t;<p><b> 運(yùn)動的距離:</b></p><p> 溝槽外徑:D1=80mm</p><p><b> 溝槽內(nèi)徑:</b></p><p><b> P2=0.3mm</b></p><p><b> r=0.1mm</b>
47、;</p><p><b> 不同軸度:</b></p><p> B=3.9+0.15mm</p><p><b> H=3.3mm</b></p><p> D1=d2+2H=46.6mm</p><p><b> d1=40mm</b>&
48、lt;/p><p><b> P2=0.3mm</b></p><p><b> r=0.1mm</b></p><p><b> E≤0.07mm</b></p><p><b> 5、活塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>
49、 1)活塞材料選用45號鋼</p><p> 2)長度由冶金工業(yè)出版社編《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》表31-43查得l=60mm</p><p> 3)在活塞上開密封槽尺寸,化學(xué)工業(yè)出版社《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表6-134,6-136查得</p><p><b> 80處的動密封:</b></p><p> 6、油缸端蓋的連
50、接方式及強(qiáng)度計(jì)算</p><p><b> 油缸材料為45鋼</b></p><p> 它的端蓋聯(lián)接方式用法蘭連接</p><p> 優(yōu)點(diǎn):容易加工和裝卸</p><p> 缺點(diǎn):外徑和重量較大</p><p> 1)缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算:</p><p> 當(dāng)缸體與
51、缸蓋用法蘭連接時,螺釘除了應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度之外還要保證聯(lián)接的緊密性。</p><p> 查《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》天津科學(xué) 出版社。</p><p> 取缸蓋螺釘間的距離。</p><p><b> t=150mm</b></p><p> h—安全系數(shù) 取h為1.2~2.5</p>
52、<p> 在這種聯(lián)接中,每個螺釘在危險部石上承受的拉力,是工作載荷與剩余鎖緊為之和。</p><p> P—缸蓋受的合成液壓力</p><p><b> —剩余鎖緊力</b></p><p> 取螺釘直徑d1=10mm</p><p> 7、液壓缸的放置及固定形式</p><p
53、> 根據(jù)工作情況,豎直放置,其固定形式為外,法蘭安裝與導(dǎo)向板聯(lián)接。</p><p> 8、手臂下蓋世太保緩沖裝置的設(shè)計(jì)</p><p> 運(yùn)動部件的全部機(jī)械能E的計(jì)弱。</p><p> E=E液+E磨+E動+E+靜</p><p> 式中:P1—活塞的工作壓力取8×105Pa</p><p>
54、; F—活塞的有效工作面積</p><p><b> F=</b></p><p><b> L—緩沖行程</b></p><p> L=300mm=0.3m</p><p> 2)在緩沖過程中所具有的磨擦能:E磨</p><p> 由于E磨很小,可以忽略不計(jì)&l
55、t;/p><p> 3)參與運(yùn)動的部件所具有的動能:E動</p><p> V—運(yùn)動部件在緩沖下行時,所具有的速度為10m/s</p><p> G—參與運(yùn)動的重量,為1297N</p><p> g—重力加速度 為10m/s2</p><p> 4)當(dāng)油缸為非水平位置安裝時,作升降運(yùn)動的部件所具有的重力勢
56、能:E重</p><p> 當(dāng)油缸在水平方向安置時 E重=o</p><p> 9、節(jié)流孔直徑的確定</p><p> 式中:E—緩沖開始時,運(yùn)動部件所具有的全部機(jī)械能為7262.8N·m</p><p> L—緩沖行程,有時即為緩沖柱塞長度為0.3m</p><p> F—緩沖柱塞的活塞有
57、效面積</p><p> f為調(diào)恒節(jié)流時C取固定的2~3倍。</p><p> 取節(jié)流孔直徑d=10mm</p><p><b> 10、導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)</b></p><p> 導(dǎo)向套的選取主要是根據(jù)軸的直徑以及所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)來選取的。</p><p> 導(dǎo)向套的配合長度一般選取直徑的1.
58、5倍。</p><p> 引自《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》上冊,第二分冊,化學(xué)工業(yè)出版社。</p><p> 11、回轉(zhuǎn)缸軸的確定</p><p><b> 1)軸進(jìn)行校核</b></p><p> 軸的材料選用45鋼,經(jīng)調(diào)質(zhì)化處理。</p><p> ?。?)軸疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算</p>
59、<p><b> 扭矩:</b></p><p><b> 合成彎矩:</b></p><p><b> 軸的直徑: </b></p><p><b> 抗彎截面的系數(shù):</b></p><p><b> 扭轉(zhuǎn)截面系數(shù):
60、</b></p><p><b> 彎曲應(yīng)力幅:</b></p><p><b> 彎曲平均應(yīng)力:</b></p><p><b> 圖1.5</b></p><p> 圖1.6 </p><p><
61、;b> 彎曲扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度:</b></p><p> 彎曲和扭轉(zhuǎn)等效系數(shù):</p><p><b> 絕對尺寸:</b></p><p><b> 表面質(zhì)量系數(shù):</b></p><p> 彎曲時有效應(yīng)力集中系數(shù):</p><p> 扭轉(zhuǎn)時有效應(yīng)
62、力集中系數(shù):K2</p><p> 只考慮彎曲作用時的安全系數(shù):</p><p> 只考慮扭矩作用時的安全系數(shù)Za</p><p><b> 扭轉(zhuǎn)平均應(yīng)力</b></p><p><b> 安全系數(shù):</b></p><p> 安全系數(shù)Sp=1.5查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手
63、冊》國防出版社出版</p><p> 由于 S1>Sp 故滿足要求,安全</p><p><b> S2>Sp</b></p><p> ?。?)軸靜強(qiáng)度校核計(jì)算</p><p><b> bs=360MPa</b></p><p> 扭轉(zhuǎn)屈服強(qiáng)度極
64、限Zs:</p><p> Zs=208.8MPa</p><p><b> 抗彎截面系數(shù)W:</b></p><p> W1=34300mm3</p><p> W2=9940mm3</p><p><b> 扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)Wp:</b></p>&l
65、t;p> Wp1=60642.4mm3</p><p> Wp2=19800mm3</p><p><b> 最大瞬時彎矩:</b></p><p> Mmax=2M=2×38900=77800N·mm</p><p><b> 最大瞬時扭矩:</b></p
66、><p> Tmax=T=8190N·mm</p><p> 只考慮彎曲時安全系數(shù)</p><p> 只考慮扭轉(zhuǎn)時安全系數(shù)</p><p> 查手冊 Sp=1.4</p><p><b> 故:滿足要求</b></p><p><b>
67、靜強(qiáng)度足夠</b></p><p><b> 2.電器部分 </b></p><p> 2-1機(jī)械手電器部分的設(shè)計(jì)概述</p><p> 一、本設(shè)計(jì)的目的及意義</p><p> 工業(yè)機(jī)械手的動作過程控制系統(tǒng)按照預(yù)先整定好的程序來運(yùn)行。檢查元件及電子驅(qū)動裝置,克服了在設(shè)備上受到限位開關(guān),體積大,有觸電
68、磨損,壽命的不足。</p><p><b> 二、設(shè)計(jì)要求</b></p><p> 1、有工件啟動,機(jī)械手按工藝要求,順序完成各項(xiàng)工作,無工件停止。</p><p> 2、本電氣控制裝置要能保證使用壽命長,無觸電磨損,可靠性好,維修方便。</p><p> 3、外加電源電壓200v</p><
69、;p><b> 三、總體方案論證</b></p><p> 實(shí)現(xiàn)機(jī)械手自動電子控制系統(tǒng)主要有四種方式:</p><p><b> 1、數(shù)字電子技術(shù)</b></p><p><b> 2、工業(yè)控制計(jì)示機(jī)</b></p><p><b> 3、繼電器<
70、;/b></p><p><b> 4、可編程序控制器</b></p><p> 數(shù)字電路復(fù)雜,成本低,可以設(shè)計(jì)出數(shù)字控制裝置但是可靠性差。</p><p> 工業(yè)計(jì)示機(jī)快速,實(shí)時性強(qiáng),但人員技術(shù)水平要求高,應(yīng)具有一定的專業(yè)知識,在整機(jī)結(jié)構(gòu)上不能適應(yīng)惡劣工作環(huán)境,不如可編程易于推廣。</p><p> 繼電
71、器控制系統(tǒng)是針對一定生產(chǎn)機(jī)械,固定的生產(chǎn)工藝而設(shè)計(jì)的,采用硬接電線安裝而成,只能完成既定的邏輯控制,定時,計(jì)數(shù)等功能,即只能進(jìn)行開關(guān)量的控制,一旦改變生菜工藝過過程,繼電器控制系統(tǒng)必須重新配線,因而適應(yīng)性很差,且體積龐大,安裝維修均不方便。</p><p> 可編程序只要改變程序,就可適應(yīng)生產(chǎn)工藝過程的改變,適應(yīng)性強(qiáng),即可以進(jìn)行開關(guān)量控制又可進(jìn)行模擬量控制。</p><p> 可編程序
72、控制器體積小,重量輕,結(jié)構(gòu)緊湊,開發(fā)期短,安裝和維修工作量少,有自動診斷功能,可靠性高。</p><p> 綜上比較,本機(jī)械手采用可編程序控制器來實(shí)現(xiàn)自動控制。</p><p> 2-2 傳感器的選擇</p><p> 一、 傳感器的作用是將有無工件的情況轉(zhuǎn)換成電信號,將機(jī)械手到位與否裝換成電信號。</p><p> 該液壓機(jī)械手的位
73、置檢測傳感器有霍爾傳感器,自感傳感器,渦流傳感器,電位傳感器多種,它們各有優(yōu)缺點(diǎn),比較如下:</p><p> 霍爾傳感器是一種磁敏傳感器,具有使用壽命長,無觸電磨損,無火花干擾,無轉(zhuǎn)換抖動,工作效率高,溫度特性好,結(jié)構(gòu)簡單,體積小,輸出電動勢的變化范圍大等優(yōu)點(diǎn)。</p><p> 自感傳感器簡單可靠,輸出功率大的優(yōu)點(diǎn),缺點(diǎn)是輸出量于電源頻率有密切關(guān)系,要求有一個頻率穩(wěn)定的電源。<
74、;/p><p> 渦流傳感器測量的線性范圍大,靈敏度高,結(jié)構(gòu)簡單,抗干擾能力強(qiáng),但電測量位移的范圍較小,不適于機(jī)械手位移檢測。</p><p> 電位傳感器測量結(jié)構(gòu)簡單,價格便宜,有一定可靠性,輸出功率較大,但其粘度不夠。</p><p> 綜上比較,選擇霍爾傳感器。</p><p> 二、霍爾傳感器電路圖及工作原理。</p>
75、<p><b> 圖2.1</b></p><p><b> 圖2.2</b></p><p> 工作原理:當(dāng)外加磁場強(qiáng)度B上升到導(dǎo)通點(diǎn)Bop時,霍爾開關(guān)輸出由高降到低,當(dāng)B由大到小降至Brp時,霍爾開關(guān)輸出由低到高,霍爾位檢開關(guān)正是利用這一轉(zhuǎn)移特性,機(jī)械手適當(dāng)位置固定是一塊磁鋼,當(dāng)磁鋼和霍爾開關(guān)相靠近時,磁路導(dǎo)通,輸出為低電
76、平,當(dāng)磁鋼和霍爾相遠(yuǎn)離時磁路斷開,輸出為高電平。</p><p> 2-3 放射式紅外檢測開關(guān)</p><p><b> 圖2.3</b></p><p><b> 工作原理:</b></p><p> 無元件——光路通——T1導(dǎo)通——T2導(dǎo)通——V0為低電平——有工件——光路斷——T1截止
77、——T2截止——V0為高電平。</p><p> 2—4 根據(jù)工藝過程分析控制要求</p><p> 機(jī)械手的全部動作由液壓缸驅(qū)動,而液壓缸又由相應(yīng)的電磁閥控制,其中,上升/下降和直腕/轉(zhuǎn)腕分別由雙線圈兩位電磁閥控制,通電上升,斷電上升停止;通電下降,斷電下降停止;通電直腕,斷電直腕停止;通電轉(zhuǎn)腕,斷電轉(zhuǎn)腕停止,夾/松由單線圈兩位置電磁閥控制,通電加緊,斷電放松。</p>
78、<p> 機(jī)械手直腕并準(zhǔn)備下降時,為了準(zhǔn)保安全,必須在無工件時才能允許下降,也就是說上一次搬運(yùn)的工件未被搬走時,機(jī)械手應(yīng)自動停止。</p><p> 機(jī)械手的工作過程:從原點(diǎn)開始,按下啟動按鈕時,下降電磁閥通電,機(jī)械手下降,下降到底時,碰到下線位開關(guān),下降電磁閥斷電,下降停止;同時接通夾緊電磁閥,機(jī)械手夾緊,夾緊后,上升電磁閥斷電,上升停止;同時接通轉(zhuǎn)腕電磁閥,機(jī)械手轉(zhuǎn)腕,轉(zhuǎn)腕后,若此時工作地上無
79、工件,則光電開關(guān)接通,下降電磁閥斷電,下降停止;同時夾緊電磁閥斷電,機(jī)械手放松。放松后,上升電磁閥通電,機(jī)械手上升,上升到頂時,碰到上位開關(guān),上升電磁閥斷電,上升停止,同時接通知腕電磁閥,直腕時間停止。至此,機(jī)械手動作完成一個周期。</p><p> 為了滿足生產(chǎn)要求,機(jī)械手應(yīng)設(shè)置手動操作方式和自動操作方式。自動操作方式又分為單步,單周期,連續(xù)操作方式。</p><p> 手動操作方式
80、:就是用按鈕操作時對機(jī)械手的每一種動作單獨(dú)進(jìn)行控制。</p><p> 單步操作:每按一次啟動按鈕,機(jī)械手完成一步動作后自動停止。</p><p> 單周期操作:機(jī)械手從原點(diǎn)開始,按一下啟動按鈕,機(jī)械手自動完成一個周期的動作后停止。在工作中若按一下停止按鈕,則機(jī)械手動作停止,重新啟動時,須用手動操作方式將機(jī)械手移回原點(diǎn),然后按一下啟動按鈕,機(jī)械手有重新開始單周期操作。</p>
81、;<p> 連續(xù)操作:機(jī)械手從原點(diǎn)開始,按下啟動按鈕,機(jī)械手的動作將自動的,連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。</p><p> 在工作中肉按下停止按鈕,則機(jī)械手動作停止,重新啟動時需用手動操作方式將機(jī)械手移回原點(diǎn),然后按下啟動按鈕機(jī)械手又開始連續(xù)操作。</p><p> 在工作中按下復(fù)位按鈕,則機(jī)械手將繼續(xù)完成一個周期的動作后回到原點(diǎn)自動停止。</p><p&
82、gt; 2—5確定所需的用戶輸入/輸出設(shè)備及PC的選擇</p><p> 一:輸入設(shè)備——用以產(chǎn)生輸入控制信號</p><p> 輸出設(shè)備——由PC得輸出信號驅(qū)動的執(zhí)行元件。</p><p><b> I/O 表</b></p><p><b> 表2.1</b></p>&
83、lt;p> 所以PC共需14點(diǎn)輸入,6點(diǎn)輸出。</p><p><b> 二、PC選擇</b></p><p> 該機(jī)械手的控制為純開關(guān)控制,且所需的I/O點(diǎn)數(shù)不多,因此選擇一般的小型抵擋機(jī)即可</p><p> 由于所需的I/O點(diǎn)數(shù)為14/6點(diǎn),考慮到機(jī)械手操作的工藝固定,PC的I/O點(diǎn)基本上可留余量。</p>&
84、lt;p> 綜上所訴,選擇F1-40H,其主機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)為14/16點(diǎn)。</p><p><b> PC程序設(shè)計(jì)</b></p><p> 當(dāng)作方式選擇開關(guān)置于“手動”時,輸入點(diǎn)X406接通,其輸入繼電器常閉節(jié)點(diǎn)斷開,執(zhí)行手動操作。</p><p> 在操作選擇開關(guān)置于“單步”“單周期”“連續(xù)”時,其對應(yīng)的輸入X407,X410,
85、X411接通,其輸入繼電器常閉節(jié)點(diǎn)斷開,執(zhí)行自動操作程序。</p><p> 在執(zhí)行自動操作程序時,如操作選擇開關(guān)置于連續(xù)時,啟動后輔助繼電器M200同樣接通,程序自動循環(huán)。操作選擇開關(guān)置于“單步”時,M200同樣接通,程序也可以循環(huán),但必須是每按一次啟動按鈕執(zhí)行一步,如果操作選擇開關(guān)置于“單周期”或運(yùn)行過程中按下復(fù)位按鈕時,則輔助繼電器M200復(fù)位,程序執(zhí)行完一個周期時自動停止。</p><
86、;p> 由于直腕/轉(zhuǎn)腕,上/下運(yùn)動采用雙線圈兩位電磁閥控制,兩個線圈不能同時通電,因此在直腕/轉(zhuǎn)腕,上/下移動的電路中設(shè)置了互鎖環(huán)節(jié).</p><p><b> 一、步進(jìn)指令編程。</b></p><p> 1. 步進(jìn)指令是由狀態(tài)轉(zhuǎn)移設(shè)計(jì)梯形圖的一種步進(jìn)指令。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖直觀地表示了工藝流程。因此,采用步進(jìn)指令設(shè)計(jì)梯形圖具有簡單直觀地特點(diǎn),是順序控制變得容易
87、,大大縮短了設(shè)置者的設(shè)計(jì)時間。</p><p> 步進(jìn)指令STL和步進(jìn)返回指令RET與狀態(tài)寄存器S配合使用,能方便地編制出步進(jìn)控制程序</p><p><b> 圖2.4</b></p><p> 圖2.5用狀態(tài)寄存器編程的自動操作流程圖</p><p> 機(jī)械手在原點(diǎn)時,按下啟動按鈕后,狀態(tài)S600接通,執(zhí)行第
88、一程序,機(jī)械手完成第一步動作以后,每完成一步,原來的狀態(tài)自動復(fù)位,機(jī)械手完成下一步移動。</p><p> 在單周期操作方式下,狀態(tài)轉(zhuǎn)移到最后一步后不再轉(zhuǎn)移,機(jī)械手完成最后一步動作后自動停止在原點(diǎn)。</p><p> 在連續(xù)操作方式下,M200接通,當(dāng)機(jī)械手完成最后一步動作后,不再轉(zhuǎn)移,機(jī)械手完成最后一步動作后自動停止在原點(diǎn)。</p><p> 在運(yùn)行中,如按
89、復(fù)位按鈕,則X501接通,M200復(fù)位,機(jī)械手的動作繼續(xù)執(zhí)行完成第一個周期后,回到原點(diǎn)自動停止。</p><p> 在運(yùn)行中,如按停止按鈕后,則X405接通,狀態(tài)S600-S680全部復(fù)位,機(jī)械手動作停止,重新啟動時先用手動操作將機(jī)械手移回原點(diǎn),再按啟動按鈕,又重新開始自動操作。</p><p> 根據(jù)梯形圖,便可編出自動操作程序:</p><p> 0
90、 LD X401</p><p> 1 OUT Y435</p><p> 2 LD X400</p><p> 3 AND X401</p><p> 4 S S600</p><p> 5 STL S600</p>&
91、lt;p> 6 OUT Y430</p><p> 7 LD X402</p><p> 8 S S601</p><p> 9 STL S601</p><p> 10 S Y433 32 OUT T452
92、</p><p> 11 OUT T451 33 K3</p><p> 12 K3 34 LD T452</p><p> 13 LD T450 35 S
93、 S606</p><p> 14 S S602 36 STL S606</p><p> 15 STL S602 37 OUT Y432</p><p> 16 OUT Y432
94、 38 LD X401</p><p> 17 LD X401 39 S S607</p><p> 18 S S603 40 STL S607</p><p> 19 STL S603
95、 41 S Y434</p><p> 20 S Y431 42 OUT T453</p><p> 21 OUT T451 43 K3</p><p> 22 K3
96、 44 LD T453</p><p> 23 LD T451 45 S S608</p><p> 24 S S604 46 STL S608</p><p> 25
97、 STL S604 47 LOT X404</p><p> 26 LD X404 48 S X434</p><p> 27 OUT Y430 49 OUT T452</p><
98、;p> 28 LD X403 50 K3</p><p> 29 S S605 51 LD X404</p><p> 30 STL S605 52 AND T452
99、</p><p> 31 STL Y434 53 AND M200</p><p> 54 S S600 55 RET </p><p> 56 AND</p><p><b>
100、 外部電源</b></p><p> 為了保護(hù)可編程序控制器安全和負(fù)載的緊急停車,贏在可編程序控制器的外部負(fù)載供應(yīng)點(diǎn)的線路撒謊能夠裝上接觸器,用按鈕控制其接通,斷開。當(dāng)外部負(fù)載需要緊急斷開時,只要按下停止按鈕就可將電源斷開,而與可編程序控制器無關(guān)</p><p> 另外,電源恢復(fù)后,負(fù)載也不會馬上啟動,只有按下啟動按鈕后才會啟動。</p><p>&
101、lt;b> 總接圖線</b></p><p><b> 圖2.6</b></p><p><b> 結(jié) 論</b></p><p> 畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束了,經(jīng)過這次鍛煉,我對工程機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)步驟和設(shè)計(jì)方法有了新的認(rèn)識,加深了對理性知識的深入理解</p><p> 上料用液壓機(jī)
102、械手是一種典型的機(jī)電一體化設(shè)備,它終合了我三年來學(xué)習(xí)的多門專業(yè)課程,從某種意義上講,也是對我四年來學(xué)習(xí)效果的檢驗(yàn),所以,我始終都是抱著認(rèn)真,務(wù)實(shí)的態(tài)度來進(jìn)設(shè)計(jì)的,在設(shè)計(jì)過程中有成功的喜悅,也有困惑不解的苦悶,在指導(dǎo)教師和同組同學(xué)的幫助下,通過大量收集資料,進(jìn)行閱讀分析,對比論證,遇到的困難都得到了解決,暗示完成了指導(dǎo)教師布置的設(shè)計(jì)任務(wù)。并且,還額外擴(kuò)充了一些輔助功能的設(shè)計(jì)。并力爭做到優(yōu)化結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)選擇合理,計(jì)時準(zhǔn)確,設(shè)計(jì)先進(jìn)。但是,有待
103、于在今后的工作中進(jìn)一步完善。</p><p><b> 致 謝</b></p><p> 經(jīng)過半年的忙碌,本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲了。當(dāng)我快要完成老師下達(dá)給我的任務(wù)時,我仿佛經(jīng)過一次翻山越嶺,眼前豁然開朗,在此,我要特別感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師**老師,他給予了我太多太多的幫助,真的非常感謝**老師!</p><p> 畢業(yè)設(shè)計(jì)是檢驗(yàn)學(xué)
104、生實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對我們所學(xué)知識的綜合運(yùn)用和評定,對我們有著非常重要的意義。它也是一次鍛煉——對我們自身能力的鍛煉。增強(qiáng)了我們對所學(xué)專業(yè)知識的了解,開闊了我們的視野,使我了解到機(jī)械這門學(xué)問是深不可測的,還有好多等待我們?nèi)W(xué)習(xí),等待我們?nèi)?chuàng)新。</p><p> 我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是《機(jī)械手設(shè)計(jì)》,對于這次設(shè)計(jì),我感觸頗深,我不僅從中學(xué)到了很多新的知識,還讓我對于以前所學(xué)知識得到充分運(yùn)用,這使設(shè)計(jì)讓我收獲甚
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