水壓機專用機械手設計

水壓機專用機械手設計,水壓機,專用,機械手,設計 沈陽理工大學應用技術學院畢業(yè)設計說明書 摘 要 射性和其他有毒、有污染環(huán)境條件上進行操作。更顯其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。在中國工業(yè)韌帶發(fā)展中，很多高生產率高精度的機械加工設備從國外引進，比如數(shù)控車床和銑床等，還有把幾種機床的功能集中在一起的加工中心等。總之這類 CNC機床大大的提高了工作速度，產品的加工精度，降低了工作的勞動強度，所以大受歡迎。但是這類設備引進費用也是相當?shù)陌嘿F，所以國內很多企業(yè)的技術人員在原先的舊機床上進行改進，來達到提高生產率和降低工人的勞動強度，實現(xiàn)工業(yè)自動化，這類改進同樣也大受歡迎。 我由引想到為普通機床配套設計一套上料機械手，來起到減少上料的時間，減輕工人勞動強度的目的。機械手是一種模仿人體上肢運動的機器，它能按照預定要求輸送工種或握持工具進行操作的自動化技術設備，對實現(xiàn)工業(yè)生產自動化，推動工業(yè)生產的進一步發(fā)展起著重要作用。因而具有強大的生命力，受到人們的廣泛重視和歡迎。 工業(yè)機械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強度，提高 勞動生產率和自動化水平。工業(yè)生產中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運和長期頻繁，單調的操作，如果沒有機械手那么工人的勞動強度是很高的，有時候還要用行車員工件，生產速度大大延緩，這種情況采用機械手是很有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、反 關鍵詞：加工工藝；機床；機械手 Ⅰ 沈陽理工大學應用技術學院畢業(yè)設計說明書 前言 工業(yè)機械手是近幾年來出現(xiàn)的一種技術裝備，它能夠仿人體上肢的某些動作，在生產中代替人搬運物體或操持工具進行操作。因此，機械手的應用越來越普遍，并有著廣泛的發(fā)展前途。 為了提高生產的自動化水平和勞動生產率，減輕工人的勞動，并且可保證產品的質量。 在設計機械手之前，我們到工廠進行了實地考察對其結構、運動形式進行研究和分析。回校之后，通過查找有關資料進行機械手的初步設計和計算。 通過這次設計，培養(yǎng)了我們綜合運用所學的理論知識掌握了工程設計的一般程序，建立了正確的設計思想，使我們學到了許多在課堂上沒有學到的知識，為我們將來的工作奠定了一定的基礎。 在設計過程中得到了老師的指導和幫助，在此向您表示感謝。 由于我們的能力有限，在計算和結構中難免會出現(xiàn)缺點錯誤，真誠期待各位領導和各位老師給予批評指正。 1． 機械部分 1-1 確定機械手的結構及擬定工作原理圖 一、設計要點 1、130，152大炮藥筒壓底工序上，下料機械手完成頂料、抓料、提開、轉腕、下降、放料。 2、手臂行程分為兩個行程：提開和放料：1000mm 3、傳動方式：液壓傳動 4、抓持工件的重量：130、16.15kg ；152、12.48kg 二、傳動方案的確定 1、驅動方式的確定： 該機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： 1) 能得到較大的輸出力和力矩。 2) 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，傳動中沖擊較大，不利于精確定位。 3) 輸出力和運動速度控制比較容易，輸出力和運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，通過調節(jié)相應的壓力和流量，能比較方便地控制輸出功率。 4)可達到較高的定位精度，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。 2、運動路線的確定 根據(jù)其工作循環(huán)，確定運動路線 傳料——下降——抓料——上升——轉腕——下降——松指——上升——直腕 三、機械手的基本參數(shù) 1) 抓重：根據(jù)任務所給質量，抓料的質量為16.15kg、12.47kg兩種工件。 2) 自由度數(shù)為兩個，手臂的豎直方向向上的直線往復運動，腕部回轉油缸的擺動。 3) 工作時間：任務是要求機械手在一分鐘內完成兩個工作循環(huán)，根據(jù)其循環(huán)時間可分配如下： 手臂上升時間：5秒 手臂下降時間：4秒 轉腕時間：3秒 抓料時間：2秒 放料時間：1秒 4)定位精確：機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)本身的結構，抓重工作速度以及驅動方式和緩沖定位方式來確定。本機械手的定位精度為±1mm。 四、機械手的結構設計 根據(jù)任務書的要求和工作地的要求，升降系統(tǒng)設計成雙作用單桿活塞式油缸，它完成工件的放料任務。考慮它的體積要求和轉矩要求，采用雙葉片回轉油缸，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45°，采用單導向結構。 1-2 夾緊油缸的設計 一．夾緊油缸的設計 1、夾緊缸的結構設計選擇 采用滑頭結構，這種形式結構簡單、可靠，并在夾緊工作后能自鎖。 2、手指選擇 根據(jù)工作形狀結構和工藝要求，采用三指式結構，這樣在轉腕時比較平穩(wěn)，三指式120°，對稱分布。 3、三指夾緊力的計算 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。 工件夾緊力的計算： 銅和橡膠的摩擦系數(shù) =0.2 (查手冊) 工件的重力： =16.15×10=161.5（） 3 = ==269（） 由于,故 夾緊力傳給滑塊，滑塊通過活塞桿的斜塊，將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： 圖1.1 理論驅動力：p` f為鋼與鋼的摩擦系數(shù)，取f=0.15 故 實際驅動力P 安全系數(shù)，1.5~2 ——0.85~0.9 所以 4.夾緊缸的計算： 1﹚指部夾緊缸的運動形式是直線王府運動，常選用單桿活塞油缸。 2﹚液壓缸尺寸的確定 缸的推力： 取工作壓力: 液壓缸活塞有效工作體積： 3）無桿腔： 4）活塞桿直徑的確定 根據(jù)上式和速度比Φ確定 由于抓料時間與放料行程相等，所以時間比等于速度比，即 ：放料所需的速度 ：抓料所需的速度 由《工業(yè)機械手冊設計基礎》天津科學技術出版社，差得 活塞桿直徑的驗算： 故安全 5.實際液壓的計算： 缸的推力： 實際壓力： 6．夾緊缸的結構設計 1）液壓缸的密封均采用O型密封圈密封。 2）活塞桿結構設計。 圖1.2 材料：選45鋼 密封圈外徑：D=100mm 溝槽寬度：B=6.4±0.2mm 往復運動距離：H=5.4mm 溝槽外徑：D`=100mm 溝槽內徑d`=100mm 內因角半徑R=0.4mm 外因角半徑r=0.2mm 不同軸度E≤0.1mm 7.頂料桿設計 1)材料選35鋼 2)桿長的計算，腕部回轉45o,根據(jù)其結構形式來確定其長度. 圖1.3 o為回轉缸中心；A為夾緊缸的中心；B為頂料桿的接點；C為頂料桿的位置。 由結構可知 AB=95mm OB=198mm OC=630mm 則： 即：頂料桿與豎直方向的角度為 1-3腕部的計算 1、腕部總重力 腕部選用回轉桿，材料查手冊《機械設計手冊》上冊，第一分冊第二版，比重選鋼對鋼 1)手指按矩形：a=20，b=3.5 c=3.5 有三個手指 2)鉤耳：a=5.4cm b=1.4cm c=7.7cm 有六個鉤耳 3）氣抓體： 4) 抓料缸體： 5）手部缸重：m5=m2+m3+m4=2.7+11.17+21.42=35.29(kg) 6）工件重：m6=16.15(kg) 7）緊固板： 8）回轉缸所能達到的總質量：m=m1+m5+m6+m7=63kg 總重力： 2、回轉缸的轉矩驗算 圖1.4 設回轉缸驅動中心為其幾何中心 S1：連板重心到回轉軸的距離 S1=7mm S2：手部缸的重心到回轉軸距離 S2=70mm S3：手指重心到回轉軸的距離 S3=180mm S4：工件重心到回轉軸距離 S4=800mm Sx：回轉缸所能達到的重心 由圖可知： 3、驅動力矩的計算 M=163.8 4、回轉缸內徑的計算 P1：回轉油缸的工作壓力 p1=20×105Pa d：輸出軸與動片聯(lián)接處的直徑，初設計時可按 選取，根據(jù)《工業(yè)機械手冊設計基礎》天津科學技術出版社查得 驗算轉動缸的轉矩： 查《工業(yè)機械手冊設計基礎》天津科學技術出版社 P99 3-13 5、回轉缸的壁厚可根據(jù)腕部結構和工藝性選取 6、選用的軸承 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，由于結構的限制采用超輕窄系列的軸承，軸承型號7000110 7、回轉油缸密封形式的確定 回轉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，以保證密封性，并延長密封圈的使用壽命。 8、回轉缸螺栓的驗算 引自《機械零件設計手冊》國防工業(yè)出版社編。 1）螺栓受力分析： 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《機械零件設計手冊》國防工業(yè)出版社編。 每個螺栓受的軸向載荷為： 2）求螺栓工作時總拉伸載荷 3）校核螺栓的許用應力 螺栓材料：選45鋼 由《機械零件設計手冊》國防版查3.1-5.3取，設裝配時可控制預緊力，按表3.1-53暫取安全系數(shù)SP=2，引自表3.5-56得螺栓的許用應力為： 4）確定螺栓直徑 由表3.1-47得： 設計時選用M8的螺栓。 9、花鍵的強度校核 引自《機械零件設計手冊》國防工業(yè)出版社 工作面的擠壓或磨損 靜聯(lián)接： 式中：T——轉矩N·mm T=163800N·mm ——各齒間載荷分面均勻系數(shù)通常取=0.7~0.8 取=0.8 Z——齒數(shù) 取Z=8 h——齒的工作高度 c~c=0.25倒角尺寸 L——齒的工作長度 L=28mm  1-4手臂缸的設計和計算 1、手臂缸內徑的確定 查《工業(yè)機械手設計手冊》天津科學技術出版社 取D=80mm 活塞的有效工作面積 2、油缸的壁厚 D—缸筒內徑 []—油缸材料的許用應力[]=（1000~1100）×105P 校核：[]= 只有在（4000~4400）×105之間，才滿足條件，為4000×105滿足條件。 3、活塞桿的計算及驗算 活塞桿的尺寸要滿足活塞運動的要求和強度要求，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）。 1）按強度條件決定活塞桿d = 式中：P-活塞桿上所受的總機橫載荷，為1296.5N d-活塞桿直徑，為40mm 由于 大柔度桿或稱為細長桿的臨界力Pk 當 —活塞桿的計算柔度。 i—活塞桿的橫截面的慣性半徑 l—活塞桿的計算長度 h—長度計算系數(shù) i= —特定柔度值 = E—活塞桿材料的彈性模量 E=2.1×1011Pa —活塞桿材料的比例極限 由于= > hk—安全系數(shù)，取為2 P—軸向壓力 P為1297N 4、缸蓋的設計 1）缸蓋的材料選用ZG35，根據(jù)其結構可能性參考《機械零件設計手冊》冶金工業(yè)出版表3-1-56設計的上、下蓋由法蘭聯(lián)接，下蓋的結構有緩沖裝置。 2）密封的結構 （1）均采用O型密封圈密封 O型密封圈具有結構簡單，密封性良好，動磨擦阻力小，溝槽尺寸小，結構緊湊，制造容易，成本低，安裝方便等優(yōu)點，因此，O型密封圈應用較廣泛。 按化學工業(yè)出版社《機械設計手冊》 表6-134，6-136，6-137查得 80處的靜密封為： 斷面的直徑： 溝槽寬度： 運動的距離： 溝槽外徑：D1=80mm 溝槽內徑： P2=0.3mm r=0.1mm 不同軸度： B=3.9+0.15mm H=3.3mm D1=d2+2H=46.6mm d1=40mm P2=0.3mm r=0.1mm E≤0.07mm 5、活塞的結構設計 1）活塞材料選用45號鋼 2）長度由冶金工業(yè)出版社編《機械零件設計手冊》表31-43查得l=60mm 3）在活塞上開密封槽尺寸，化學工業(yè)出版社《機械設計手冊》表6-134，6-136查得 80處的動密封： 6、油缸端蓋的連接方式及強度計算 油缸材料為45鋼 它的端蓋聯(lián)接方式用法蘭連接 優(yōu)點：容易加工和裝卸 缺點：外徑和重量較大 1）缸蓋螺釘?shù)挠嬎悖? 當缸體與缸蓋用法蘭連接時，螺釘除了應具有足夠的強度之外還要保證聯(lián)接的緊密性。 查《工業(yè)機械手設計基礎》天津科學 出版社。 取缸蓋螺釘間的距離。 t=150mm h—安全系數(shù) 取h為1.2~2.5 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—缸蓋受的合成液壓力 —剩余鎖緊力 取螺釘直徑d1=10mm 7、液壓缸的放置及固定形式 根據(jù)工作情況，豎直放置，其固定形式為外，法蘭安裝與導向板聯(lián)接。 8、手臂下蓋世太保緩沖裝置的設計 運動部件的全部機械能E的計弱。 E=E液+E磨+E動+E+靜 式中：P1—活塞的工作壓力取8×105Pa F—活塞的有效工作面積 F= L—緩沖行程 L=300mm=0.3m 2）在緩沖過程中所具有的磨擦能：E磨 由于E磨很小，可以忽略不計 3）參與運動的部件所具有的動能：E動 V—運動部件在緩沖下行時，所具有的速度為10m/s G—參與運動的重量，為1297N g—重力加速度 為10m/s2 4）當油缸為非水平位置安裝時，作升降運動的部件所具有的重力勢能：E重 當油缸在水平方向安置時 E重=o 9、節(jié)流孔直徑的確定 式中：E—緩沖開始時，運動部件所具有的全部機械能為7262.8N·m L—緩沖行程，有時即為緩沖柱塞長度為0.3m F—緩沖柱塞的活塞有效面積 f為調恒節(jié)流時C取固定的2~3倍。 取節(jié)流孔直徑d=10mm 10、導向套的設計 導向套的選取主要是根據(jù)軸的直徑以及所設計的結構來選取的。 導向套的配合長度一般選取直徑的1.5倍。 引自《機械設計手冊》上冊，第二分冊，化學工業(yè)出版社。 11、回轉缸軸的確定 1）軸進行校核 軸的材料選用45鋼，經(jīng)調質化處理。 （1）軸疲勞強度校核計算 扭矩： 合成彎矩： 軸的直徑： 抗彎截面的系數(shù)： 扭轉截面系數(shù)： 彎曲應力幅： 彎曲平均應力： 圖1.5 圖1.6 彎曲扭轉疲勞強度： 彎曲和扭轉等效系數(shù)： 絕對尺寸： 表面質量系數(shù)： 彎曲時有效應力集中系數(shù)： 扭轉時有效應力集中系數(shù)：K2 只考慮彎曲作用時的安全系數(shù)： 只考慮扭矩作用時的安全系數(shù)Za 扭轉平均應力 安全系數(shù)： 安全系數(shù)Sp=1.5查《機械零件設計手冊》國防出版社出版 由于 S1>Sp 故滿足要求，安全 S2>Sp （2）軸靜強度校核計算 bs=360MPa 扭轉屈服強度極限Zs: Zs=208.8MPa 抗彎截面系數(shù)W： W1=34300mm3 W2=9940mm3 扭轉截面系數(shù)Wp: Wp1=60642.4mm3 Wp2=19800mm3 最大瞬時彎矩： Mmax=2M=2×38900=77800N·mm 最大瞬時扭矩： Tmax=T=8190N·mm 只考慮彎曲時安全系數(shù) 只考慮扭轉時安全系數(shù) 查手冊 Sp=1.4 故：滿足要求 靜強度足夠 2．電器部分 2-1機械手電器部分的設計概述 一、本設計的目的及意義 工業(yè)機械手的動作過程控制系統(tǒng)按照預先整定好的程序來運行。檢查元件及電子驅動裝置，克服了在設備上受到限位開關，體積大，有觸電磨損，壽命的不足。 二、設計要求 1、有工件啟動，機械手按工藝要求，順序完成各項工作，無工件停止。 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。 3、外加電源電壓200v 三、總體方案論證 實現(xiàn)機械手自動電子控制系統(tǒng)主要有四種方式： 1、數(shù)字電子技術 2、工業(yè)控制計示機 3、繼電器 4、可編程序控制器 數(shù)字電路復雜，成本低，可以設計出數(shù)字控制裝置但是可靠性差。 工業(yè)計示機快速，實時性強，但人員技術水平要求高，應具有一定的專業(yè)知識，在整機結構上不能適應惡劣工作環(huán)境，不如可編程易于推廣。 繼電器控制系統(tǒng)是針對一定生產機械，固定的生產工藝而設計的，采用硬接電線安裝而成，只能完成既定的邏輯控制，定時，計數(shù)等功能，即只能進行開關量的控制，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，因而適應性很差，且體積龐大，安裝維修均不方便。 可編程序只要改變程序，就可適應生產工藝過程的改變，適應性強，即可以進行開關量控制又可進行模擬量控制。 可編程序控制器體積小，重量輕，結構緊湊，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。 綜上比較，本機械手采用可編程序控制器來實現(xiàn)自動控制。 2-2 傳感器的選擇 一、 傳感器的作用是將有無工件的情況轉換成電信號，將機械手到位與否裝換成電信號。 該液壓機械手的位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，比較如下： 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，無轉換抖動，工作效率高，溫度特性好，結構簡單，體積小，輸出電動勢的變化范圍大等優(yōu)點。 自感傳感器簡單可靠，輸出功率大的優(yōu)點，缺點是輸出量于電源頻率有密切關系，要求有一個頻率穩(wěn)定的電源。 渦流傳感器測量的線性范圍大，靈敏度高，結構簡單，抗干擾能力強，但電測量位移的范圍較小，不適于機械手位移檢測。 電位傳感器測量結構簡單，價格便宜，有一定可靠性，輸出功率較大，但其粘度不夠。 綜上比較，選擇霍爾傳感器。 二、霍爾傳感器電路圖及工作原理。 圖2.1 圖2.2 工作原理：當外加磁場強度B上升到導通點Bop時，霍爾開關輸出由高降到低，當B由大到小降至Brp時，霍爾開關輸出由低到高，霍爾位檢開關正是利用這一轉移特性，機械手適當位置固定是一塊磁鋼，當磁鋼和霍爾開關相靠近時，磁路導通，輸出為低電平，當磁鋼和霍爾相遠離時磁路斷開，輸出為高電平。 2-3 放射式紅外檢測開關 圖2.3 工作原理： 無元件——光路通——T1導通——T2導通——V0為低電平——有工件——光路斷——T1截止——T2截止——V0為高電平。 2—4 根據(jù)工藝過程分析控制要求 機械手的全部動作由液壓缸驅動，而液壓缸又由相應的電磁閥控制，其中，上升/下降和直腕/轉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；通電轉腕，斷電轉腕停止，夾/松由單線圈兩位置電磁閥控制，通電加緊，斷電放松。 機械手直腕并準備下降時，為了準保安全，必須在無工件時才能允許下降，也就是說上一次搬運的工件未被搬走時，機械手應自動停止。 機械手的工作過程:從原點開始，按下啟動按鈕時，下降電磁閥通電，機械手下降，下降到底時，碰到下線位開關，下降電磁閥斷電，下降停止；同時接通夾緊電磁閥，機械手夾緊，夾緊后，上升電磁閥斷電，上升停止；同時接通轉腕電磁閥，機械手轉腕，轉腕后，若此時工作地上無工件，則光電開關接通，下降電磁閥斷電，下降停止；同時夾緊電磁閥斷電，機械手放松。放松后，上升電磁閥通電，機械手上升，上升到頂時，碰到上位開關，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，機械手動作完成一個周期。 為了滿足生產要求，機械手應設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。 手動操作方式：就是用按鈕操作時對機械手的每一種動作單獨進行控制。 單步操作：每按一次啟動按鈕，機械手完成一步動作后自動停止。 單周期操作：機械手從原點開始，按一下啟動按鈕，機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，則機械手動作停止，重新啟動時，須用手動操作方式將機械手移回原點，然后按一下啟動按鈕，機械手有重新開始單周期操作。 連續(xù)操作：機械手從原點開始，按下啟動按鈕，機械手的動作將自動的，連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。 在工作中肉按下停止按鈕，則機械手動作停止，重新啟動時需用手動操作方式將機械手移回原點，然后按下啟動按鈕機械手又開始連續(xù)操作。 在工作中按下復位按鈕，則機械手將繼續(xù)完成一個周期的動作后回到原點自動停止。 2—5確定所需的用戶輸入/輸出設備及PC的選擇 一：輸入設備——用以產生輸入控制信號 輸出設備——由PC得輸出信號驅動的執(zhí)行元件。 I/O 表 輸入信號 序號 輸入信號 序號 啟動按鈕 X400 單步 X407 上限位開關 X401 單周期 X410 下限位開關1 X402 連續(xù) X411 下限位開關2 X403 直腕/轉腕 X412 光電開關 X404 夾/松 X413 停止按鈕 X405 上/下 X500 手動 X406 復位 X501 輸出信號 序號 輸出信號 序號 下降電磁閥 X430 夾緊電磁閥 X433 轉腕電磁閥 X431 直腕電磁閥 X434 上升電磁閥 X432 原點指示 X435 表2.1 所以PC共需14點輸入，6點輸出。 二、PC選擇 該機械手的控制為純開關控制，且所需的I/O點數(shù)不多，因此選擇一般的小型抵擋機即可 由于所需的I/O點數(shù)為14/6點，考慮到機械手操作的工藝固定，PC的I/O點基本上可留余量。 綜上所訴，選擇F1-40H，其主機I/O點數(shù)為14/16點。 2—6 PC程序設計 當作方式選擇開關置于“手動”時，輸入點X406接通，其輸入繼電器常閉節(jié)點斷開，執(zhí)行手動操作。 在操作選擇開關置于“單步”“單周期”“連續(xù)”時，其對應的輸入X407,X410,X411接通，其輸入繼電器常閉節(jié)點斷開，執(zhí)行自動操作程序。 在執(zhí)行自動操作程序時，如操作選擇開關置于連續(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，如果操作選擇開關置于“單周期”或運行過程中按下復位按鈕時，則輔助繼電器M200復位，程序執(zhí)行完一個周期時自動停止。 由于直腕/轉腕，上/下運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/轉腕，上/下移動的電路中設置了互鎖環(huán)節(jié). 一、步進指令編程。 1. 步進指令是由狀態(tài)轉移設計梯形圖的一種步進指令。狀態(tài)轉移圖直觀地表示了工藝流程。因此，采用步進指令設計梯形圖具有簡單直觀地特點，是順序控制變得容易，大大縮短了設置者的設計時間。 步進指令STL和步進返回指令RET與狀態(tài)寄存器S配合使用，能方便地編制出步進控制程序 圖2.4 圖2.5用狀態(tài)寄存器編程的自動操作流程圖 機械手在原點時，按下啟動按鈕后，狀態(tài)S600接通，執(zhí)行第一程序，機械手完成第一步動作以后，每完成一步，原來的狀態(tài)自動復位，機械手完成下一步移動。 在單周期操作方式下，狀態(tài)轉移到最后一步后不再轉移，機械手完成最后一步動作后自動停止在原點。 在連續(xù)操作方式下，M200接通，當機械手完成最后一步動作后，不再轉移，機械手完成最后一步動作后自動停止在原點。 在運行中，如按復位按鈕，則X501接通，M200復位，機械手的動作繼續(xù)執(zhí)行完成第一個周期后，回到原點自動停止。 在運行中，如按停止按鈕后，則X405接通，狀態(tài)S600-S680全部復位，機械手動作停止，重新啟動時先用手動操作將機械手移回原點，再按啟動按鈕，又重新開始自動操作。 根據(jù)梯形圖，便可編出自動操作程序： 0 LD X401 1 OUT Y435 2 LD X400 3 AND X401 4 S S600 5 STL S600 6 OUT Y430 7 LD X402 8 S S601 9 STL S601 10 S Y433 32 OUT T452 11 OUT T451 33 K3 12 K3 34 LD T452 13 LD T450 35 S S606 14 S S602 36 STL S606 15 STL S602 37 OUT Y432 16 OUT Y432 38 LD X401 17 LD X401 39 S S607 18 S S603 40 STL S607 19 STL S603 41 S Y434 20 S Y431 42 OUT T453 21 OUT T451 43 K3 22 K3 44 LD T453 23 LD T451 45 S S608 24 S S604 46 STL S608 25 STL S604 47 LOT X404 26 LD X404 48 S X434 27 OUT Y430 49 OUT T452 28 LD X403 50 K3 29 S S605 51 LD X404 30 STL S605 52 AND T452 31 STL Y434 53 AND M200 54 S S600 55 RET 56 AND 2-7 外部電源 為了保護可編程序控制器安全和負載的緊急停車，贏在可編程序控制器的外部負載供應點的線路撒謊能夠裝上接觸器，用按鈕控制其接通，斷開。當外部負載需要緊急斷開時，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 另外，電源恢復后，負載也不會馬上啟動，只有按下啟動按鈕后才會啟動。 總接圖線 圖2.6 結 論 畢業(yè)設計結束了，經(jīng)過這次鍛煉，我對工程機械設備的設計步驟和設計方法有了新的認識，加深了對理性知識的深入理解 上料用液壓機械手是一種典型的機電一體化設備，它終合了我四年來學習的多門專業(yè)課程，從某種意義上講，也是對我四年來學習效果的檢驗，所以，我始終都是抱著認真，務實的態(tài)度來進設計的，在設計過程中有成功的喜悅，也有困惑不解的苦悶，在指導教師和同組同學的幫助下，通過大量收集資料，進行閱讀分析，對比論證，遇到的困難都得到了解決，暗示完成了指導教師布置的設計任務。并且，還額外擴充了一些輔助功能的設計。并力爭做到優(yōu)化結構，數(shù)據(jù)選擇合理，計時準確，設計先進。但是，有待于在今后的工作中進一步完善。 由于初次設計，本人能力有限，見解不多，設計中也許存在著缺點，甚至是錯誤。請閱讀者給予批評指正。 致 謝 經(jīng)過半年的忙碌，本次畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲了。當我快要完成老師下達給我的任務時，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)設計指導老師張老師，他給予了我太多太多的幫助，真的非常感謝張老師！ 畢業(yè)設計是檢驗學生實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對我們所學知識的綜合運用和評定，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。增強了我們對所學專業(yè)知識的了解，開闊了我們的視野，使我了解到機械這門學問是深不可測的，還有好多等待我們去學習，等待我們去創(chuàng)新。 我的畢業(yè)設計的課題是《某產品專用上下料機械手設計》，對于這次設計，我感觸頗深，我不僅從中學到了很多新的知識，還讓我對于以前所學知識得到充分運用，這使設計讓我收獲甚多，受益匪淺。 然而由于我的水平有限，設計中尚有許多不足，也可能有些疏漏，希望各位老師批評指教。 最后，再次感謝張老師的指導與幫助！ 參考文獻 1.《機械液壓傳動》 于啟榮主編 2.《工業(yè)機械設計基礎》 天津科學技術出版社 3.《機械零件設計手冊》 編讀液壓傳動和氣動傳動 4.《機械設計手冊》 石油化學出版社 5.《機械零件設計手冊》 國防工業(yè)出版社 6.《機械設計手冊》 上，中，下，化學工業(yè)出版設 7.《可編程學序控制及應用》 重慶大學出版社 35 沈陽理工大學應用技術學院畢業(yè)設計說明書 目 錄 摘 要······································································································································Ⅰ Abstract····································································································································Ⅱ 前言··········································································································································· 1 1．機械部分 1-1 確定機械手的結構及擬定工作原理·················································································2 1-2 夾緊油缸的設計·················································································································3 一．夾緊缸的設計·················································································································3 1．夾緊缸的結構設計············································································································3 2．手指選擇···························································································································3 3. 三指夾緊力計算················································································································3 4. 夾緊缸計算························································································································4 5. 實際液壓力的計算······ ·····································································································5 6.夾緊缸的結構設計··············································································································5 7.頂料杯的計算 ····················································································································6 1-3腕部計算······························································································································7 1.腕部總重力··························································································································7 2.回轉油缸的轉矩驗算··········································································································7 3.驅動力矩的計算··················································································································8 4.回轉缸內徑的計算··············································································································8 5回轉缸壁厚可根據(jù)腕部結構和工藝性選擇······································································9 6.選用的軸承··························································································································9 7.回轉油缸密封形式的確定··································································································9 8.回轉缸螺栓的驗算··············································································································9 9.花鍵的強度校核················································································································10 1-4手臂缸的設計和計算·········································································································12 1.手臂缸內徑的確定············································································································12 2.油缸的壁厚························································································································12 3.活塞桿的計算及驗算········································································································13 4.缸蓋的設計························································································································14 5.活塞的結構設計················································································································15 6.油缸端蓋的連接方式及強度計算····················································································16 7.液壓缸的固定形式及放置································································································17 8.手臂下蓋緩沖裝置的設計································································································17 9.節(jié)流孔直徑的確定············································································································18 10.導向套的設計··················································································································19 11.回轉缸軸的校核··············································································································19 2．電氣部分 2-1機械手電氣部分的設計概述·····························································································24 2-2傳感器的選擇·····················································································································24 2-3放射式紅外檢測開關·········································································································26 2-4根據(jù)工藝過程分析控制要求·····························································································27 2-5確定用戶輸入/輸出設備及pc的選擇···············································································28 2-6 pc程序設計························································································································28 2-7外部電源·····························································································································32 結論··········································································································································33 致謝··········································································································································34 參考文獻···································································································································35 VIII