壓鑄機自動澆鑄機械手設計說明書【帶cad裝配一張 雙擊可提取出】

1、<p>　　壓鑄機自動澆鑄機械手設計</p><p><b>　　摘　　要</b></p><p>　　機械手能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。</p>&l

2、t;p>　　壓鑄機自動澆鑄機械手，主要由手臂、回轉支架、傾倒機構、澆包 (即勺式手部)、傾倒油缸、回轉油缸、底座及升降油缸等組成。</p><p>　　手臂為一平行四邊形機構，它具有俯仰和回轉運動。手臂俯仰運動是通過鉸鏈支承的升降油缸來達到，使得平行四邊形機構的連桿 (它帶動澆包)作平面平行運動，即澆包有升降和橫移運動。手臂的回轉運動是由回轉油缸來實現的。</p><p>　　手臂上

3、安裝有彈簧，通過繩索和滑輪與傾倒機構連接，用來使傾倒機構復位，同時也起緩沖作用。壓鑄機澆鑄機械手備有4、6、8公斤三種容量的澆包，它們的結構相同，只是尺寸有異。該澆包的特點是底部進料，并有隔板以擋住氧化皮，其容積是定量的。</p><p>　　關鍵詞：機械手;澆鑄;壓鑄</p><p>　　Design of manipulator and automatic casting die ca

4、sting machine</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Manipulator arm to mimic the staff and some motor function, to crawl at a fixed procedure, handling objects or tools of the automatic

5、operation devices. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation can be harmful to the environment in the operation to protect the personal safety and therefore widely use

6、d in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors. </p><p>　　die casting machine automatically casting manipulator, mainly by the arm, rotating frame, the dumping of bo

7、dies, pouring package (that is, spoon-hand), the dumping of the fuel tank, the fuel tank of Rotary, the base and movements composed of the fuel tank. </p><p>　　Arm as a parallelogram, it is pitching and turn

8、ing motion. Pitching arm movement through the hinge supporting the movements to achieve the fuel tank, making the parallelogram linkage (which led poured packet), a parallel campaign plane, a package pouring movements an

9、d shifting movement. Arm of the Rotary movement is achieved by rotating the fuel tank. </p><p>　　Spring is installed on the arm by a rope and pulley connection with the dumping of bodies, used to dump bodies

10、 reduction, but also a buffer role. die casting machine casting manipulator with a capacity of three kilograms of 4,6,8 pouring package, the same as their structure, but there are different sizes. The package is characte

11、rized by pouring at the bottom of the feed, and a partition wall to block the oxidation skin, its volume is quantitative.</p><p>　　KeyWords：Manipulator;Cast; Srike</p><p><b>　　目錄</b>

12、</p><p><b>　　1緒論IV</b></p><p>　　1.1選題背景IV</p><p>　　1.2機械手概述IV</p><p>　　1.3機械手的組成V</p><p>　　1.4國內外發(fā)展狀況VII</p><p>　　1.5課題的提出及主要

13、任務VIII</p><p>　　1.5.1課題的提出VIII</p><p>　　1.5.2課題的主要任務IX</p><p>　　2 總體技術方案及系統組成X</p><p>　　2.1 原始數據X</p><p>　　2.2機械手的配置及工作原理：X</p><p>　　2.

14、3機械手的組成與結構XI</p><p>　　2.4總體技術方案XII</p><p>　　2.4.1坐標形式的選擇XII</p><p>　　2.4.2驅動機構的選擇XIII</p><p>　　3 手部機構設計XIV</p><p>　　3.1 手部機構設計要求XIV</p><p

15、>　　3.2手部結構分類XIV</p><p>　　3.3自動澆鑄機械手結構設計XV</p><p>　　4 手腕的結構設計XVI</p><p>　　4.1 腕部總體設計XVI</p><p>　　4.2腕部的設計要求XVI</p><p>　　4.3腕部的結構尺寸XVII</p>

16、<p>　　4.4手臂傾倒液壓缸的設計XX</p><p>　　4.4.1傾倒運動驅動力的計算XX</p><p>　　4.4.2傾倒液壓缸工作壓力和結構的確定：XX</p><p>　　5 手臂和機身的尺寸設計及校核XXII</p><p>　　5.1 臂部和機身的簡介XXII</p><p>

17、　　5.4手臂升降液壓缸的設計XXIV</p><p>　　5.5液壓缸壁厚和外徑的計算XXVI</p><p>　　6 腰部與底座及回轉液壓缸的設計XXVII</p><p>　　6.1 底座的設計XXVII</p><p>　　6.2 回轉液壓缸的設計XXVII</p><p>　　6.3 回轉液壓缸的

18、尺寸校核XXVIII</p><p>　　6.4回轉軸的設計XXIX</p><p>　　6.5上軸的設計XXIX</p><p>　　結 論XXXII</p><p>　　致 謝XXXIII</p><p>　　參考文獻XXXIV</p><p><b>　　1緒論&

19、lt;/b></p><p><b>　　1.1選題背景</b></p><p>　　澆鑄，在不加壓或稍加壓的情況下，將液態(tài)單體、樹脂或其混合物注入模內并使其成為固態(tài)制品的方法。塑料的鑄塑成型類似于金屬的澆鑄，它是將配制好的液態(tài)原料澆入模具，固化后得到與模腔形狀和尺寸相近的塑料制件，這種方法稱為塑料的鑄塑成型。</p><p>　　澆鑄法

20、分為靜態(tài)澆鑄、嵌鑄、離心澆鑄、搪塑、旋轉鑄塑、滾塑和流延鑄塑等。 在現代工業(yè)中，生產過程中的自動化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現代化加工車間，常配有機械手。在沖床上采用送料機械手取代人工送料已成為最有效防止工傷事件的安全生產措施。機械手不但可以實現安全操作，也提高了產品品質和生產效率，降低了廢品率。機械手是在自動化生產過程中使用的一種具有抓取和移動工件功能的自動化裝置，它是在機械化、自動化生產過程中發(fā)展起來的一種新型

21、裝置。近年來，隨著電子技術特別是電子計算機的廣泛應用，機器人的研制和生產已成為高技術領域內迅速發(fā)展起來的一門新興技術，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現與機械化和自動化的有機結合。機械手能代替人類完成危險、重復枯燥的工作，減輕人類勞動強度，提高勞動生產力。機械手越來越廣泛的得到了應用，在機械行業(yè)中它可用于零部件組裝，加工工件的搬運、裝卸，特別是在自動化數控機床、組合機床上使用更普遍。目前，機械手已發(fā)展成為柔性制造系統FMS

22、和柔性制造單元FMC中一個重要組成部分。把機床設備和機械手共同構成一個柔性加工系統或柔性制造單元，它適應于中、小批</p><p><b>　　1.2機械手概述</b></p><p>　　工業(yè)機器人由操作機(機械本體)、控制器、伺服驅動系統和檢測傳感裝置構成，是一種仿人操作，自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產設備。特別適合于多品種、

23、變批量的柔性生產。它對穩(wěn)定、提高產品質量，提高生產效率，改善勞動條件和產品的快速更新換代起著十分重要的作用。機器人技術是綜合了計算機、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術，是當代研究十分活躍，應用日益廣泛的領域。機器人應用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標志。機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應和分析判斷能力，又有

24、機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產物，它是工業(yè)以及非產業(yè)界的重要生產和服務性設各，也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備.機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產中應用的機械手被稱為“工業(yè)機械手”。生產中應用機械手可以提高生產的自動化水平和勞動生產率:可以減輕勞動</p><p><b>

25、　　1.3機械手的組成</b></p><p>　　機械手主要由手部、運動機構和控制系統三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使手部完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。為了抓取空

26、間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機 械手設計的關 鍵參數。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般專用機械手有2～3個自由度。控制系統是通過對機械手每個自由度的電機的控制，來完成特定動作。同時接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡到y的核心通常是由單片機或dsp等微控制芯片構成，通過對其編程實現所要功能。工業(yè)機械于的結構有簡單的也有復雜的。但從結構形式分析，主要有執(zhí)行機構驅動系統、位置

27、檢測裝置和控制系統等組成。圖l.1是其示意圖。</p><p>　　圖1.1 機械手組成示意圖</p><p><b>　　1執(zhí)行機構</b></p><p>　　它包括手部、腕部、臂部、立柱等基本結構組成：</p><p>　　1)手部——是夾持工件的構件。它由于爪和夾緊裝置兩部分組成。手爪有夾緊和松開動作。夾持式手爪

28、的形式與人兇手指相仿。另外還有真空和電磁吸盤(相當于手爪)，用來吸取表面光滑的零41：或薄板。有的手爪還可夾持一些專用工具，如噴槍、扳手、焊接工具等。</p><p>　　2)腕部——是聯接于部和臂部的構件，起文撐手部的作用。它可以有俯仰、左右擺勸和回轉三個運動。特殊情況可以增加一個橫向移動。有的機械于沒有手腕動作。</p><p>　　3)臂部——是文撐手部、腕部的構件。機械于的臀部是為

29、取代人的手臂而研究設計的，但它卻達不到象人密的靈巧和適應功能。因此，只有把結構簡化，把運動軌跡分為沿三坐標軸線方向往復移動和繞三坐標軸線進行回轉。一般手何又有前后伸縮、左右回轉、上下升降或上下擺動等幾個運動。根據需要可選其中一個、二個或三個運動。</p><p>　　4)立柱——是支撐手臂等構件的。一般機械于的立往為固定不動的，也有的因工作需要立往作橫向移孔此種稱可移動式立柱。</p><p&

30、gt;　　5)行走機構——在機械手要求完成較遠距離的操作時，可增加滾輪、軌道等行走機構。</p><p>　　6) 機座—是機械手的基礎部分，機械手執(zhí)行機構的各部件和驅動系統均安裝于機座上，故起支撐和連接的作用。</p><p><b>　　2 驅動系統</b></p><p>　　驅動系統是驅動臂部、腕部、手部的動力沉。它有氣動、種形式由直線

31、缸、回轉缸、各種閥、管及管接頭等組成。驅動系統是驅動工業(yè)機械手執(zhí)行機構運動的動力裝置，通常由動力源、控制調節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅動系統有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機械傳動等四種形式。</p><p><b>　　3 控制系統</b></p><p>　　控制系統是機械手的重要組成部分，它是支配機械手按規(guī)定程序、行程和速度進行運動的裝置。它必須保存或記憶人們

32、給予機械手的指令信息(如動作順序，到達位置和時間信息)。機械手工作時根據這些信息對機械手的執(zhí)行機構按程序發(fā)出控制指令，必要時還可對機械手的動作進行監(jiān)機當動作錯誤或發(fā)生故障時可發(fā)出管報信號。目前工業(yè)機械手的控制系統一般由程序控制系統和電器（或機械擋塊定位）系統組成?？刂葡到y有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機械手按規(guī)定程序運動。</p><p>　　4 行程位置檢測裝置</p><p>　　

33、行程位置檢測裝置的作用是控制機械手每個動作的運動位置，或將運動系統的位置反饋約控制系統，再由控制系統進行調節(jié)，使機械手實現位置精度的要求?？刂茩C械手執(zhí)行機構的運動位置，并隨時將執(zhí)行機構的實際位置反饋給控制系統，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統進行調整，從而使機構以一定的精度達到設定位置。</p><p>　　1.3.5 輔助裝置</p><p>　　1)基體——是機械手的基礎部分基

34、體上，它起支承作用。</p><p>　　2)油箱——用來存獨和供油的裝置，并使油散熱和雜質沉淀</p><p>　　3)氣瞞——貯存壓縮空氣。</p><p>　　1.4國內外發(fā)展狀況</p><p>　　它是在早期出現的古代機器人基礎上發(fā)展起來的，機械手研究始于20世紀中期，隨著計算機和自動化技術的發(fā)展，特別是1946年第一臺數字電子計算

35、機問世以來，計算機取得了驚人的進步，向高速度、大容量、低價格的方向發(fā)展。同時，大批量生產的迫切需求推動了自動化技術的進展，又為機器人的開發(fā)奠定了基礎。另一方面，核能技術的研究要求某些操作機械代替人處理放射性物質。在這一需求背景下，美國于1947年開發(fā)了遙控機械手，1948年又開發(fā)了機械式的主從機械手.機械手首先是從美國開始研制的。1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機器人的概念，并申請了專利。該專利的要點是借助伺服技術控制機器人的關節(jié)，利

36、用人手對機器人進行動作示教，機器人能實現動作的記錄和再現。這就是所謂的示教再現機器人?，F有的機器人差不多都采用這種控制方式。1958年美國聯合控制公司研制出第一臺機械手鉚接機器人。作為機器人產品最早的實用機型（示教再現）是1962年美國AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。這些工業(yè)機器人主要由類似人的手和臂組成它可代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操</p&g

37、t;<p>　　我國的工業(yè)機器人從80年代“七五”科技攻關開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關，目前己基本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規(guī)劃技術，生產了部分機器人關鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人;其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產線(站)上獲得規(guī)模應用，弧焊機器人己應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國

38、的工業(yè)機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如:可靠性低于國外產品；機器人應用工程起步較晚，應用領域窄，生產線系統技術與國外比有差距;在應用規(guī)模上，我國己安裝的國產工業(yè)機器人約200臺，約占全球已安裝臺數的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產業(yè)，當前我國的機器人生產都是應用戶的要求，“一客戶，一次重新設計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產業(yè)化前

39、期的關鍵技術，對產品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設計，積極推進產業(yè)化進程.我國的智能機器人和特種機器人在“863”計劃的支持下，也取得了不</p><p>　　1.5課題的提出及主要任務</p><p>　　1.5.1課題的提出</p><p>　　澆鑄是高溫、高危的，人類無法直接接觸高溫鋼鐵溶液，只能通過機械來代替人類的活動。這樣就必須開始設計一種機器

40、能夠在高溫環(huán)境下仍能正常工作，還有就是澆鑄本身出在一個污染嚴重的、躁聲大的環(huán)境當中，一般的機器可能在此環(huán)境下不能正常工作或壽命難以保證，總之要澆鑄用機械要耐高溫，壽命和安全系數要高。壓鑄機自動澆鑄機械手，就是本著這一目的設計的。</p><p>　　1.5.2課題的主要任務</p><p>　　本課題將要完成的主要任務如下：</p><p>　　1）運動功能設計：即

41、自由度設計，應盡可能的靈活運動和大的工作空間，分析各關節(jié)運動的性質以及排列順序等。 </p><p>　　2）傳動功能設計：機械手操作機是由若干個構件和關節(jié)組成的多自由度空間機構，傳動功能中驅動器安排和機構要合理。 </p><p>

42、;　　3）機械結構設計：滿足強度和剛度情況下，要充分考慮機器人的結構緊湊、重量輕、體積小等特點。同時滿足裝卸方便，便于維修、調整。</p><p>　　2 總體技術方案及系統組成</p><p><b>　　2.1 原始數據</b></p><p>　　用途：用于冷室壓鑄機澆鑄鋁合金溶液。</p><p><b&

43、gt;　　規(guī)格參數：</b></p><p>　　澆包最大容量： 8公斤</p><p>　　自由度數： 3個</p><p>　　坐標形式： 類似球坐標</p><p><b>　　

44、手臂運動參數： </b></p><p>　　回轉（&）： 110 ° </p><p>　　俯仰（θ）： 54° </p><p>　　澆包最大傾斜角（θ1）：

45、 70°</p><p>　　驅動方式： 液壓</p><p>　　控制方式： 繼電器固定程序控制</p><p>　　2.2機械手的配置及工作原理：</p><p>　　壓鑄機自動澆鑄機械手和保溫爐等的配置如圖2-2-1所示。澆鑄機械手

46、(即澆包1)的初始位置，停在保溫爐坩堝2內熔融金屬液面的上方，在此進行保溫，等待澆鑄。當壓鑄機慢速合模時，壓鑄機的電控裝置發(fā)信，使機械手升降油缸6動作，澆包(即勺式手部)開始下降并浸入液態(tài)金屬內，直到電極B接觸金屬液面，電壓繼電器2XT發(fā)信，澆包停止下降，并用時間繼電器控制澆包，以裝滿液態(tài)金屬，爾后澆包上升，在提升過程中將多余的金屬熔液從澆包的后擋板上溢出，直到澆包底面超過保溫爐坩堝的最高點，碰限位開關1 XWK，提升結束。同時，澆鑄機

47、械手手臂3慢速回轉(由回轉油缸5驅動)，當碰到限位開關5XWK后，手臂變?yōu)榭焖倩剞D。當碰到限位開關6 XW K后，又轉變?yōu)槁倩剞D，直到碰限位開關3XW K后停止回轉。此時，壓鑄機模具合嚴，機械手的傾倒油缸4動作，經過繩索拉動傾倒機構，帶動澆包翻轉倒料，經延時后，控制傾倒油缸復位，并使手臂反向回轉，當碰限位開關4XW K后手臂反轉結束，同時升降油缸活塞上升，澆包下降，直至電極A接觸金屬液面，電壓繼電器1XJ發(fā)信，使升降油缸動作停止，澆包

48、就停在熔融金屬液而上一定距離處保溫，準備第二次動作循環(huán)</p><p>　　圖 2.2 澆鑄機工作原理</p><p>　　2.3機械手的組成與結構</p><p>　　機械手的結構主要由手部、手臂回轉支架、傾倒機構、澆包(即勺式手部)、傾倒油缸、回轉油缸、底座及升降油缸等組成。</p><p>　　手臂為一平行四邊形機構，它具有俯仰和回轉運

49、動。手臂俯仰運動是通過鉸鏈支承的升降油缸來達到，使得平行四邊形機構的連桿 (它帶動澆包)作平面平行運動，即澆包有升降和橫移運動。手臂的回轉運動是由回轉油缸來實現的。手臂上安裝有彈簧，通過繩索和滑輪與傾倒機構聯接，用來使傾倒機構復位，同時也起緩沖作用。為適應壓鑄機壓鑄不同零件或控制零件最佳加工余量的需要，澆鑄機械手的澆包容量可以調節(jié)。對于大容量調節(jié)采用凋換澆包的辦法，松開螺釘 (共四只)，便能更換澆包。對于小容量調節(jié)，可調節(jié)電極B與金屬液

50、面的間距。另外，也可以調節(jié)螺釘，使?jié)舶什煌膬A斜角度達到微量調節(jié)。壓鑄機澆鑄機械手備有4、6、8公斤三種容量的澆包，它們的結構相同，只是尺寸有異。它的特點是底部進料，并有隔板以擋住氧化皮，其容積是定量的。</p><p><b>　　2.4總體技術方案</b></p><p>　　畢業(yè)設計的目的就是要把我們所學的比較分散的只是綜合起來，并進行靈活運用?，F在的發(fā)展趨勢

51、是機電一體化，因此，我們畢業(yè)設計就是要將“機”、“電”“液”三者結合起來。“機”是指機械，機械手的動作過程可以分五部分，即機械手的上升下降、機械手的上升、傾倒、回轉都要靠機械方面來完成。</p><p>　　2.4.1坐標形式的選擇 </p><p>　　坐標形式是指執(zhí)行機構的手臂在運動時所取的參考坐標系的形式。</p><p><b>　　1) 直角坐標

52、式</b></p><p>　　直角坐標機械手的末端執(zhí)行器在空間位置的改變是通過三個互相垂直的軸線移動來實現的，即沿X 軸的縱向移動、沿Y 軸的橫向移動及沿Z 軸的升降。這種機械手位置精度最高，控制無耦合，比較簡單，避障性好，但結構較龐大，動作范圍小，靈活性差。</p><p><b>　　2) 圓柱坐標式</b></p><p>

53、　　圓柱坐標機械手通過兩個移動和一個轉動來實現末端執(zhí)行器空間位置的改變，其手臂的運動由在垂直立柱的平面伸縮和沿立柱升降兩個直線運動及手臂繞立柱轉動復合而成。這種機械手位置精度較高，控制簡單，避障性好，但結構也較龐大。</p><p>　　3) 極坐標式(球坐標式)</p><p>　　極坐標機械手的運動由一個直線運動和兩個轉動組成，即沿手臂方向X軸的伸縮，繞Y軸的俯仰和繞Z軸的回轉。這種機

54、械手占地面積小，結構緊湊，位置精度尚可，但避障性差，有平衡問題。</p><p><b>　　4) 關節(jié)坐標式</b></p><p>　　關節(jié)坐標機械手主要是由立柱、大臂和小臂組成，立柱繞Z軸旋轉，形成腰關節(jié)，立柱和大臂形成肩關節(jié)，大臂和小臂形成肘關節(jié)，大臂和小臂作俯仰運動。這種機械手工作范圍大，動作靈活，避障性好，但位置精度低，有平衡問題，控制耦合比較復雜，目前應

55、用越來越多。 </p><p>　　由于本設計中精度要求較高，首先排除了直角坐標式和關節(jié)坐標式，而且它們還存在平衡問題，直角坐標式靈活性差，不利于提高工作效率。因此為了使其工作方式更加簡單直觀，機械手坐標類型選擇為類似球坐標式機械手。</p&g

56、t;<p>　　2.4.2驅動機構的選擇</p><p>　　驅動機構主要有四種：液壓驅動、氣壓驅動、電氣驅動和機械驅動。其中以液壓,氣壓用的最多，占90%以上，電動、機械驅動用的較少。</p><p><b>　　1) 液壓驅動</b></p><p>　　是以液壓的壓力來驅動執(zhí)行機構運動的機械手。其主要特點是:抓重可達幾百公斤

57、以上、傳動平穩(wěn)、結構緊湊、動作靈敏。但對密封裝置要求嚴格，不然油的泄漏對機械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機械手采用電液伺服驅動系統，可實現連續(xù)軌跡控制，使機械手的通用性擴大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴格，成本高。</p><p><b>　　2)氣壓驅動</b></p><p>　　是以壓縮空氣的壓力來驅動執(zhí)行機構運動的機械手

58、。其主要特點是:介質源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結構簡單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機械手的結構大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。</p><p><b>　　3)機械驅動</b></p><p>　　即由機械傳動機構(如凸輪、連

59、桿、齒輪和齒條、間歇機構等)驅動的機械手。它是一種附屬于工作主機的專用機械手，其動力是由工作機械傳遞的。它的主要特點是運動準確可靠，用于工作主機的上、下料。動作頻率大，但結構較大，動作程序不可變。</p><p><b>　　4)電氣驅動</b></p><p>　　即有特殊結構的感應電動機、直線電機或功率步進電機直接驅動執(zhí)行機構運動的械手，因為不需要中間的轉換機構，

60、故機械結構簡單。其中直線電機機械手的運動速度快和行程長，維護和使用方便。此類機械手目前還不多，但有發(fā)展前途。</p><p>　　綜上所述，由于本次設計機械手負載較小，對體積有一定要求，又考慮到機械手的特點和各驅動方式的優(yōu)缺點,綜合考慮自己所學的知識和實際要求，本機械手選用液壓驅動</p><p><b>　　3 手部機構設計</b></p><

61、p>　　3.1 手部機構設計要求</p><p>　　1)手部應有足夠的夾緊力。除工件的重力外，還要能不使工件在傳送過程中松動或脫落；</p><p>　　2)夾持范圍要與工件相適應。手爪的開閉角度(于爪張開或閉合時兩個極限位置所擺動的角度)應能適應夾緊較大的直徑范圍；</p><p>　　3)夾持精度要高。既要求工件在于爪內定位準確，又不夾壞工件表面。一般齋

62、根據工件的形狀選扦相應的手爪結構：如元住形工件應采用帶v形格的手爪來定位；對于工件炭面光潔度較高的，應在手爪上鑲銅、央布膠木或其他軟質墊片等；</p><p>　　4)夾持動作要迅速、靈活；</p><p>　　5)手部結構耍簡單緊湊、剛性好、自重輕、易磨損處應便于更換，在腕部或臀部上安裝要方便，更換要迅速。手腕是連接手部和手臂的部件它的作用是調整工件的方位，因而它具有獨立的自由度，以使機

63、械手適應復雜的動作要求。手腕自由度的選用與機械手的通用性、加工工藝要求、工件放置方位和定位精度等諸多因素有關。由于本機械手水平放置，同時考慮到通用性，因此給手腕設以繞X軸的回轉運動才可以滿足工作的要求，目前實現回轉運動的機構，使用最多的是回轉液壓缸，因此我們選用回轉液壓缸。它結構緊湊，但回轉角度小于360°，并且要求嚴格的密封。</p><p><b>　　3.2手部結構分類</b>

64、;</p><p>　　手爪的類型大致分為下列三種：</p><p>　　1)夾持式手爪：根據手爪的功作可分為回轉型和平移型；根據手指的數量可分為雙指和多指式；根據夾持工件的方法又可分為外卡式和內脹式兩種。</p><p>　　2)吸附式手爪；分為真空吸盤式和電磁吸盤式兩種。真空吸盤式義分為真空泵式和氣流焚壓式。真空吸盤是用橡膠或塑料制成杯狀，在吸盤內部邊緣處，加上

65、2—3個同心元皺折，以保證吸附的可靠性。電磁式手爪用予夾持式手爪與真空泵式手爪難以抓取的工件或細小的工件。它可采用電磁鐵，其結構形式類同于真空吸盤式；也有如同夾持式的結構，手爪內裝磁鐵。采用永久磁鐵吸附工件，需要用外力釋放工件，因此，一般不用它為好。</p><p>　　3)帶觸覺或視覺的手爪:除了幾種帶傳感器的手爪外，還有根據工件所在位置，控制手臂移動，逐步使兩手爪同時夾緊工件的帶傳感器機械手。</p&g

66、t;<p>　　3.3自動澆鑄機械手結構設計</p><p>　　根據設計的工作需要，要澆鑄液體，所以采取勺式結構，以便盛取液體，由于要傾倒、復位，所以需設計拉桿傾倒機構。本課題液壓機械手的手部結構如圖3-2所示：</p><p><b>　　圖3.2 澆包</b></p><p>　　根據經驗設計澆包各部位尺寸如下：</p

67、><p>　　澆包半徑： 55</p><p>　　澆包橫長： 265</p><p>　　澆包高度： 245</p><p>　　進液體擋板高度：

68、 200</p><p>　　進液體口： 邊長為40的正方形</p><p>　　隔板高度： 215</p><p>　　壁厚：

69、 7</p><p>　　支撐耳朵直徑： 160</p><p>　　4 手腕的結構設計</p><p>　　4.1 腕部總體設計</p><p>　　手腕部件設置于手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運動的基礎上進一步改變或調整其在空間的方位，以擴大機械手的動作范

70、圍，并使機械手變得更靈巧，適應性更強,腕部是連接手部和臂部的構件，它具有獨立的自由度，使機械手適應復雜動作的要求。腕部的動作有繞x軸轉動稱為回轉；繞丫抽轉動稱為俯仰；繞Z軸轉動稱為左右擺動；還可有沿Y軸方向移動的自由度，圖4.1為其運動示意圖。</p><p>　　圖4.1 腕部運動示意圖</p><p>　　4.2腕部的設計要求</p><p>　　1)腕部自由度

71、的選取</p><p>　　在臂部運動的范圍內，當可以滿足抓取工件和傳送工件等要求時，應盡可能不設計腕部的運動。這樣，則可使機械手結構簡單、制造方便和成本降低。根據抓取對象和機械手的坐標形式的需要，可增加腕部的自出度。如腕部的回轉運動，這是在手爪夾持工件后，需要翻轉角度，或者機械手從一個工位轉到另一個工位時，需要工件翻轉。若是采用臀部購則使機械于的穩(wěn)定性降低，因為，臂部長度大，回轉時稍有偏心(特別是高速回轉時)，

72、使機械手的離心力增加，臂部振動加大，影響定垃精度。因此，應設計腕部的回轉,若機械手是球坐標形式，腕部應設計具有梢仰運動，以保持手爪處于水平位置，不影響手爪的工作。還要根據加工工藝的要求，設計骯部在丫軸方向的移動運動。如機械手將工件送到某—工位后，需要把工件定位夾緊，為使機床運動簡化，而要求腕部沿丫袖方向做少量的移位的運動。如用項尖支承的軸類零件，在用機械手取下土件時，為脫離主軸頂尖而需要有骯部的橫移運動?？傊?，腕部自由度的選取應在臂部自

73、由度確定以后，再根據工件的料道位置、工藝要求、應用范圍及制造成本等方面綜合分析，以確定最佳的方案，確定出腕部合適的自由度數。</p><p>　　2)腕部的動作要靈活、自重要輕</p><p>　　在設計腕部結構時，應力求結構簡單緊湊，減輕結構的重量。機械手配合機器運轉，腕部的動作時間往往在幾秒鐘以內，甚至不超過一秒，所以腕部一定要靈活，在保證構件的強度和剛度的條件下，回轉件盡量采用滾動軸

74、承或滾校，減少阻力，降低摩擦。</p><p>　　3)腕部運動位要淮確</p><p>　　手腕的回轉、俯仰與左右擺動等運動位置都要求準確，除對零部件配合精度嚴格要求以外，要采取措施消除傳動部件之間的間隙。根據需要可設置位置檢測元件，來控制手腕的準確位置。</p><p>　　4.3腕部的結構尺寸</p><p>　　1 腕部回轉運動結構&

75、lt;/p><p>　　用回轉證實現小于360。的回轉運動</p><p>　　2 腕部左右擺動結構</p><p>　　根據工件的工藝要求，需要手腕做左右擺動運動。對于抓取非中心對稱的工件，當手臂回轉時，工件方位變化，往往需要用于腕左右擺動予以補償。</p><p>　　3 腕部俯仰運動結構</p><p>　　它是通過

76、安裝在手臂上的液壓缸，拉動于腕上的鋼絲，使之向下傭仰一定角度，放置工件，然后活塞稈向左移動，使手爪恢復平直狀態(tài)，再去抓取工件。</p><p>　　4 腕部的回轉與俯仰復合運動結構</p><p>　　為了擴大機械手的應用范圍，同時要減少結構中的零件數量，使結構簡單、自重輕，設計腕部具有兩個自由度的結構。</p><p>　　根據澆包的尺寸大小，與腕部的工作需要，暫

77、定腕部支撐結構尺寸為如下：</p><p><b>　　圖4.2支架</b></p><p>　　支撐件寬： 285</p><p>　　支撐件高： 375</p>&

78、lt;p>　　支撐件厚： 180</p><p>　　吊環(huán)高度： 375</p><p>　　4.4手臂傾倒液壓缸的設計</p><p>　　4.4.1傾倒運動驅動力的計算</p>&

79、lt;p>　　手臂作伸縮運動時，除克服摩擦阻力和慣性力之外，還要克服澆包和液態(tài)金屬的重力，故其驅動力 </p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　密封裝置處的摩擦阻力：不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設計中，采用O型密封，當液壓缸工作壓力小于10Mpa。液壓缸處密封的總摩擦阻力可以近似為： （4-2）</

80、p><p>　　傾倒液壓缸慣性力的計算：本設計要求活塞運動速度，在計算慣性力時，設置啟動時間</p><p><b>　　（4-3）</b></p><p>　　4.4.2傾倒液壓缸工作壓力和結構的確定：</p><p>　　經過上面的計算，確定了液壓缸驅動力 ，選擇液壓缸的工作壓力，</p><p>

81、;　　確定液壓缸結構尺寸：</p><p><b>　　當油進入無桿腔,</b></p><p>　　………… （4-4）</p><p>　　當油進入有桿腔中， </p><p>　　………… (4-5)</p><p><b>　　液壓缸的有效面積：</b>&

82、lt;/p><p>　　………… (4-6)</p><p>　　故有 （無桿腔）………… (4-7)</p><p>　?。ㄓ袟U腔）………… (4-8)</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　選擇機械效率</b></p>

83、;<p><b>　　將有關數據代入：</b></p><p>　　4.4.3傾倒機構的壁厚設計</p><p>　　液壓缸的壁厚由液壓缸的強度條件來計算。液壓缸的壁厚一般是指缸筒結構中最薄處的厚度。從材料力學可知，承受內壓力的圓筒，其內應力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。計算時可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。</p><p>　　液壓缸的

84、內徑 D 與其壁厚δ的比值D／ δ≥10 的圓筒稱為薄壁圓筒。起重運輸機械和工程機械的液壓缸，一般用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結構，其壁厚按薄壁圓筒公式計算。</p><p>　　由 ………… (4-9)</p><p>　　式中　— — —液壓缸壁厚 （ m）</p><p>　　— — —液壓缸內徑 （ m）；</p><p>　　

85、— —試驗壓力，一般取最大工作壓力的 （ 1．25 ～1．5） 倍（ M Pa ) — — —缸筒材料的許用應力。其值為：鑄鋼：</p><p>　　…………………………………(4-10)</p><p><b>　?。剑?</b></p><p>　　在中低壓液壓系統中，按上式計算所得液壓缸的壁厚往往

86、很小，使缸體的剛度往往不夠，如在切削加工過程中的變形、安裝變形等引起液壓缸工作過程卡死或漏油。因一般不作計算，按經驗選取，必要時按上式進行校核。</p><p>　　所以按有關標準圓整為壁厚δ＝6㎜，液壓缸外徑為D1＝75㎜。</p><p>　　5 手臂和機身的尺寸設計及校核</p><p>　　5.1 臂部和機身的簡介</p><p>

87、　　手臂部件是機械手的主要握持部件。它的作用是支承腕部和手部（包括工件或工具)．并帶動它們作空間運動。臂部運動的目的；把手部送到空間運動范圍內的任意一點。如果改變手部的姿態(tài)(方位)，則用腕部的自由度加以實現。因此，一般來說臂部具有三個自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右回轉和升降(或俯仰)運動。手臂的各種運動通常用驅動機構(如液壓缸或氣缸：)和各種傳動機構來實現，從鎢部的受力情況分析，它在工作中既直接承受腕部、手部和工件的靜、動載

88、荷，而且自身運動又較多，故受力復雜。因而，它的結構、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度等直接影響機械手的工作性能。機身是直接支承和驅動手臂的部件。一般實現臂部的升降、回轉或俯仰等驅動裝置或傳動件都安裝在機身上，或者直接構成機身的軀干與底座相連。團此，臀部的洋動愈多，機身的結構和受力情況就愈復雜。機身既可以足固定的，也可以是行定的，既可以沿地而或架空軌道遠動。臀部—般有下列幾部分組成：</p><p>　　1)

89、動作元件：如直線缸、回轉缸、齒條齒輪、連桿凸輪……等，它是驅動手部運動的元件。動作元件與驅動元相配合，就能實現手臂的各種運動。</p><p>　　2)導向裝置手臂在靜止狀態(tài)，要承受由央持工件重量所產生的彎曲力F 彎，以及由于載荷不平衡而產生的扭轉力矩M。在運動時又有一個慣性力。為保證手爪的正確位置和動作元件不受較大的彎曲力，手貿必須設置導向裝置。</p><p>　　3)臂：手臂上的動作

90、元件、導向裝置和其他裝置都要安裝在臂上，起支承、 連接和承受外力的作用。所以要求臂具有足夠的剛性，以免承重后發(fā)生變形產生顫動。</p><p>　　4)其他裝置：如管路、冷卻裝置、位置檢測機構……等。</p><p>　　5.2臂部設計的基本要求</p><p>　　1)能力大、剛度好、自重輕</p><p>　　對于機械手臂部或機身的承載能

91、力，通常取決于其剛度。以臀部為例，—般結構上較多采用懸伸梁形式(水平或垂直懸伸)。顯然伸縮臂桿的懸伸長度愈大，則剛度愈差。而且其剛度隨著臂桿的伸縮不斷變化。對機械手的運動性能、位置精度和負荷能力等影響很大。為提高剛度，除盡可能縮短臂扦的懸伸長度外，尚應注意以下幾方面。</p><p>　　a根據受力情況，合理選持截面形狀和輪廓尺寸</p><p>　　b提高支承剛度和合理選擇支承間的距離&

92、lt;/p><p>　　c合理布置作用力的位置和方向</p><p><b>　　c注意簡化結構</b></p><p><b>　　d提高配合精度</b></p><p>　　2)臂部運動應該速度要高，慣性要小</p><p>　　機棧手手臂的遠動速度是機械手的主要參數之一，它

93、反映機械手的生產水平，一般根據生產節(jié)拍的要求來決定。明定了生產節(jié)拍和行程范圍，就確定了手密的運行速度(或角速度)。在一般情況下，手臂的移功和回轉、俯仰均要求勻速運動(V和W為常數)，但在手臂的起動和終止瞬間，運動是變化的，為了減少沖擊，要求起動時間的加速度和終止前減速度不能太大，否則引起沖擊和振動。</p><p><b>　　3)手臂動作應靈活</b></p><p&g

94、t;　　為減少手臂運動件之間的摩擦阻力，盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦。對于懸臂式的機械手，其傳動件、導向件和記位件布置應合理，使手臂運動過程盡可能平衡，以減少對升降支承軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生“卡死“的現象(自鎖現象)。</p><p><b>　　4)位置精度更高</b></p><p>　　一般來說，直角和圓柱坐標式機械手位置精度較高，關節(jié)式機械手的位置最難

95、控制，故精度差：在手臂土加設定位裝置和檢測機構，能較好地控制位置精度，檢測裝置最好裝在最后的運動環(huán)節(jié)以減少或消除傳動、嚙合件的間隙。</p><p>　　5.3手臂的尺寸設計</p><p>　　依此次設計的需要，根據經驗，先設定手臂的基本尺寸如圖5.1下：</p><p>　　1).長桿的示意圖：</p><p><b>　　圖5

96、.1長臂桿</b></p><p><b>　　2).短桿示意圖：</b></p><p><b>　　圖5.2短臂桿</b></p><p><b>　　3)組裝后的形式：</b></p><p>　　長臂桿長度：

97、 1950</p><p>　　短臂桿長度： 1600</p><p>　　長、短臂桿寬度： 53</p><p>　　長、短臂桿高度： 105</p

98、><p>　　彎頭角度： 120°</p><p>　　支點位置： 1500</p><p>　　5.4手臂升降液壓缸的設計</p><p>　　手臂作垂直運動時，除克服摩擦阻力Fm和慣性力F

99、g之外，還要克服臂部運動部件的重力，故其驅動力Pq可按下式計算：</p><p>　　…………… (5-1)</p><p>　　式中 ——各支承處的摩擦力（N）；</p><p>　　——啟動時慣性力（N）可按臂伸縮運動時的情況計算； </p><p>　　——臂部運動部件的總重量（N）；</p><p>

100、　　——上升時為正，下降時為負。</p><p>　　當Fm=40N，Fg=100N，W =1098N時</p><p>　　…………… (5-2)</p><p>　　當油進入有桿腔中， </p><p>　　…………… (5-3)</p><p><b>　　液壓缸的有效面積：</b>

101、</p><p>　　…………… (5-4)</p><p>　　故有 （無桿腔） …………… (5-5)</p><p>　　（有桿腔）…………… (5-6)</p><p><b>　　，選擇機械效率</b></p><p><b>　　將有關數據代入：</b&g

102、t;</p><p>　　選擇標準液壓缸內徑系列，選擇D=100mm.按活塞桿直徑系列選取活塞桿直徑d＝32㎜。</p><p>　　5.5液壓缸壁厚和外徑的計算</p><p>　　液壓缸的壁厚由液壓缸的強度條件來計算。液壓缸的壁厚一般是指缸筒結構中最薄處的厚度。從材料力學可知，承受內壓力的圓筒，其內應力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。計算時可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。

103、液壓缸的內徑 D 與其壁厚δ的比值D／ δ≥10 的圓筒稱為薄壁圓筒。起重運輸機械和工程機械的液壓缸，一般用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結構，其壁厚按薄壁圓筒公式計算。</p><p>　　由 ……………(5-7)</p><p>　　式中— — —液壓缸壁厚 （ m）</p><p>　　— — —液壓缸內徑 （ m）；</p><p>

104、　　— —試驗壓力，一般取最大工作壓力的 （ 1．25 ～1．5） 倍（ M Pa）；</p><p>　　— — —缸筒材料的許用應力。其值為：鑄鋼：＝100MPa</p><p><b>　　＝＞ </b></p><p>　　在中低壓液壓系統中，按上式計算所得液壓缸的壁厚往往很小，使缸體的剛度往往不夠，如在切削加工過程中的變形、安裝變

105、形等引起液壓缸工作過程卡死或漏油。因一般不作計算，按經驗選取，必要時按上式進行校核。</p><p>　　所以按有關標準圓整為壁厚δ＝7㎜，液壓缸外徑為D1＝114㎜。</p><p>　　6 腰部與底座及回轉液壓缸的設計</p><p><b>　　6.1 底座的設計</b></p><p>　　根據經驗，初步暫定底

106、座的尺寸為如下圖6.1： </p><p><b>　　圖6.1 底座</b></p><p>　　底座園板直徑： 620</p><p>　　底座圓筒直徑： 37

107、5</p><p>　　圓筒壁厚： 10</p><p>　　底座高度： 450</p><p>　　底座板厚度1：

108、30</p><p>　　底座板厚度2: 40</p><p>　　6.2 回轉液壓缸的設計</p><p>　　液壓機械手一般采用單泵或雙泵供油，手臂伸縮、手臂俯仰和手臂旋轉等機構采用并聯供油，這樣可有效降低系統的供油壓力，此時為了保證多缸運動的系統互不干擾，實現同步或非同步運動，換

109、向閥需采用中位“o”型換向閥。整個液壓系統只用單泵或雙泵工作，各液體汛所需的流量相差較大，各液壓缸部用液壓泵的全流量工作是無法滿足設計要求的。盡管有的液壓缸是單一速度工作，但也需要進行節(jié)施調速，用以保證液壓缸運行的平穩(wěn)運行。各級可選擇進泊路或問油路節(jié)流凋速，因為系統液壓缸的壁厚由液壓缸的強度條件來計算。液壓缸的壁厚一般是指缸筒結構中最薄處的厚度。從材料力學可知，承受內壓力的圓筒，其內應力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。計算時可分為薄壁圓筒和

110、厚壁圓筒。液壓缸的內徑 D 與其壁厚δ的比值D／ δ≥10 的圓筒稱為薄壁圓筒。起重運輸機械和工程機械的液壓缸，一般用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結構，其壁厚按薄壁圓筒公式計算。</p><p>　　…………………………………………………..(6-1)</p><p>　　根據經驗，暫設液壓缸長度設計為150㎜，液壓缸內徑D1＝220㎜，R1＝110㎜,軸的套筒徑為d＝130㎜，液壓缸內

111、徑r1＝65㎜，設加速度時間為△t＝1s，壓強P＝0.4MPa</p><p><b>　　則驅動力矩：</b></p><p>　　………………………………………(6-2)</p><p>　　＝0.4×106×0.15×﹙0.112－0.0352﹚</p><p>　?。?36.25 N

112、·m</p><p>　　6.3 回轉液壓缸的尺寸校核</p><p>　　測定參與腰身回轉部件的質量M1＝80㎏，M2＝15㎏， M3＝106㎏， M4 ＝453㎏，L1＝1.5 ， L2＝0.45</p><p>　　…………………………………….(6-3)</p><p>　　設機床等加速運動 ，</p>