立式精鍛機(jī)自動上料機(jī)械手及其控制系統(tǒng)設(shè)計

揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）設(shè)計（論文）題目：立式精鍛機(jī)自動上料機(jī)械手 及其控制系統(tǒng)設(shè)計系 別：機(jī) 械 工 程 系專 業(yè)：機(jī)械制造與自動化 班 級 09機(jī)械（2）班 姓 名： 唐 國 軍 學(xué) 號： 0901010224 指導(dǎo)老師： 南 麗 霞 完成時間： 12 年 05 月 目 錄摘 要1第一章 緒論21.1 機(jī)械手的基本概念21.2 機(jī)械手的分類及簡史21.2.1機(jī)械手的分類31.2.2機(jī)械手的簡史41.3 機(jī)械手的應(yīng)用簡況51.4 機(jī)械手的發(fā)展趨勢51.5 機(jī)械手的組成61.5.1.執(zhí)行機(jī)構(gòu)61.5.2.驅(qū)動機(jī)構(gòu)71.5.3.控制系統(tǒng)81.6 應(yīng)用機(jī)械手的意義8第二章 系統(tǒng)設(shè)計方案102.1 機(jī)械手的設(shè)計參數(shù)102.2 機(jī)械手的工藝流程112.3 機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)112.4 機(jī)械手的工作過程112.5 機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度選擇132.6 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計132.7 機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計132.8 機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計132.9 機(jī)械手的驅(qū)動方案設(shè)計132.10 機(jī)械手的控制方案設(shè)計13第三章 機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計143.1機(jī)械手手部設(shè)計計算143.1.1手部設(shè)計要求143.1.2拉緊裝置設(shè)計153.2腕部設(shè)計計算163.2.1計算扭矩M1173.2.2油缸（伸縮）及其配件的估算扭矩M2173.2.3擺動缸的摩擦力矩M摩173.3手臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計183.4機(jī)身和機(jī)座的設(shè)計計算203.4.1電機(jī)的選擇203.4.2減速器的選擇213.4.3螺桿的設(shè)計與校核22第四章 機(jī)械手的液壓系統(tǒng)設(shè)計244.1 液壓系統(tǒng)簡介244.1.1 液壓系統(tǒng)的工作原理244.1.2 液壓傳動的工作特性244.1.3 液壓系統(tǒng)的組成244.1.4 液壓系統(tǒng)的優(yōu)、缺點254.1.5 液壓傳動的主要缺點：254.2自動上料機(jī)械手液壓系統(tǒng)264.2. 1機(jī)械手的動作順序264.2.2液壓控制原理264.3大臂升降油缸設(shè)計計算304.3.1 工作載荷的計算304.3.2主要尺寸的確定304.4 液壓缸主要部件的設(shè)計和材料選擇314.4.1 缸筒314.4.2 活塞324.4.3 缸蓋及活塞桿導(dǎo)向套324.5 液壓缸的緩沖、排氣與密封32第五章 機(jī)械手的PLC控制設(shè)計335.1 PLC的簡介335.1.1PLC的基本組成335.1.2 PLC的工作過程365.2 可編程序控制器的選擇及工作過程385.2.1 可編程序控制器的選擇385.2.2 可編程序控制器的工作過程385.3機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計395.3.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計395.3.2 PLC程序設(shè)計41總結(jié)51參考文獻(xiàn)52摘 要本文介紹了立式精鍛機(jī)自動上料機(jī)械手與其它設(shè)備的配置關(guān)系及工作過程，并對機(jī)械手的動作進(jìn)行了分析，詳細(xì)論述了機(jī)械手總體方案的設(shè)計，特別是對實現(xiàn)預(yù)期要求動作的各種方案進(jìn)行了比較分析，進(jìn)而得出最終方案。根據(jù)手臂的動作要求，采用圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手；機(jī)械手的自由度數(shù)為四個，它們是大臂的升降和回轉(zhuǎn)運(yùn)動，小臂的伸縮運(yùn)動，手腕的回轉(zhuǎn)運(yùn)動；機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)采用兩支點回轉(zhuǎn)型；機(jī)械手驅(qū)動方式采用液壓驅(qū)動?？刂品绞綖辄c位程序控制。本次設(shè)計主要進(jìn)行大臂升降及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計、手臂及伸縮結(jié)構(gòu)設(shè)計、手部結(jié)構(gòu)設(shè)計，并且對液壓系統(tǒng)進(jìn)行理論分析和比較。關(guān)鍵詞：雙作用式油缸；點位控制；液壓系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)設(shè)計1第一章 緒論機(jī)械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民生活提供耐用消費(fèi)品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機(jī)械裝備，機(jī)械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對國民經(jīng)濟(jì)各部門技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益有很大的和直接的影響。機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國家經(jīng)濟(jì)實力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。因此，世界各國都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點之一。工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手的是工業(yè)機(jī)器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。機(jī)械手是在機(jī)械化，自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動生產(chǎn)線中，機(jī)械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)展起來的一門新興的技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實現(xiàn)與機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用。機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。機(jī)械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機(jī)器，它有多個自由度，可用來搬運(yùn)物體以完成在各個不同環(huán)境中工作。1.1 機(jī)械手的基本概念機(jī)械手是在機(jī)械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。機(jī)械手是一種能模擬人的手臂的部分動作，按預(yù)定的程序、軌跡及其它要求，實現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工件或操縱工具的自動化裝置。我國國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 12643-90)對機(jī)械手的定義;“具有和人手臂相似的動作功能，可在空間抓放物體，或進(jìn)行其它操作的機(jī)械裝置。1.2 機(jī)械手的分類及簡史工業(yè)機(jī)械手的種類很多，關(guān)于分類的問題，目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類。1.2.1機(jī)械手的分類（一）按用途分機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種：1、專用機(jī)械手它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專用機(jī)械手具有動作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價低等特點，適用于大批量的自動化生產(chǎn)的自動換刀機(jī)械手，如自動機(jī)床、自動線的上、下料機(jī)械手和“加工中心”。2、通用機(jī)械手它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機(jī)械手。格性能范圍內(nèi)，其動作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場合使用，驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。通用機(jī)械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化的生產(chǎn)。通用機(jī)械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種:簡易型以“開一關(guān)”式控制定位，只能是點位控制:可以是點位的，也可以實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，一般的伺服型通用機(jī)械手屬于數(shù)控類型。(二)按驅(qū)動方式分1、液壓傳動機(jī)械手是以液壓的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的機(jī)械手。其主要特點是:抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏。但對密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對機(jī)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(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴(yán)格，成本高。2、氣壓傳動機(jī)械手是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的機(jī)械手。其主要特點是:介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結(jié)構(gòu)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(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。3、機(jī)械傳動機(jī)械手即由機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等)驅(qū)動的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動力是由工作機(jī)械傳遞的。它的主要特點是運(yùn)動準(zhǔn)確可靠，用于工作主機(jī)的上、下料。動作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動作程序不可變。4、電力傳動機(jī)械手即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的械手，因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動速度快和行程長，維護(hù)和使用方便。此類機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。(三)按控制方式分1、點位控制它的運(yùn)動為空間點到點之間的移動，只能控制運(yùn)動過程中幾個點的位置，不能控制其運(yùn)動軌跡。若欲控制的點數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。2、連續(xù)軌跡控制它的運(yùn)動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點是設(shè)定點為無限的，整個移動過程處于控制之下，可以實現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。這類工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計算機(jī)進(jìn)行控制。1.2.2機(jī)械手的簡史械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機(jī)械手。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一個回轉(zhuǎn)長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。1962年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為Unimate（即萬能自動）。運(yùn)動系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲裝置。不少球坐標(biāo)通用機(jī)械手就是在這個基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司,專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。1962年美國機(jī)械制造公司也實驗成功一種叫Vewrsatran機(jī)械手。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降采用液壓驅(qū)動控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。1978年美國Unimate公司和斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種Unimate-Vicarm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于1毫米。聯(lián)邦德國機(jī)械制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。聯(lián)邦德國KnKa公司還生產(chǎn)一種點焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自1969年從美國引進(jìn)兩種機(jī)械手后大力從事機(jī)械手的研究。前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應(yīng)用機(jī)械手，至1977年底，其中一半是國產(chǎn)，一半是進(jìn)口。目前，工業(yè)機(jī)械手大部分還屬于第一代，主要依靠工人進(jìn)行控制；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計算控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，是機(jī)械手具有感覺機(jī)能。第三代機(jī)械手則能獨(dú)立完成工作中過程中的任務(wù)。它與電子計算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中的重要一環(huán)。1.3 機(jī)械手的應(yīng)用簡況現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化，自動化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過程的自動化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。因此，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。有資料統(tǒng)計：美國偏重于毛坯生產(chǎn)，日本偏重于機(jī)械加工。隨著機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用的對象還會有所改變。機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動條件。國內(nèi)機(jī)械手工業(yè)、鐵路工業(yè)中首先在單機(jī)、專機(jī)上采用機(jī)械手上下料，減輕工人的勞動強(qiáng)度。國外鐵路工業(yè)中應(yīng)用機(jī)械手以加工鐵路車軸、輪等大、中批零件。并和機(jī)床共同組成一個綜合的數(shù)控加工系統(tǒng)。采用機(jī)械手進(jìn)行裝配更始目前研究的重點，國外已研究采用攝象機(jī)和力傳感裝置和微型計算機(jī)連在一起，能確定零件的方位達(dá)到鑲裝的目的。1.4 機(jī)械手的發(fā)展趨勢目前工業(yè)機(jī)械手主要用于機(jī)床加工、鑄造、熱處理等方面，無論數(shù)量、品種和性能方面還是不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要。在國內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，重點發(fā)展鑄造、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動強(qiáng)度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)以及根據(jù)不同類型的加緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計成典型的通用機(jī)構(gòu)，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類型的基加緊機(jī)構(gòu)，即可組成不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)計制造，有便于更換工件，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機(jī)械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機(jī)械手，并考慮與計算機(jī)連用，逐步成為整個機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。在國外機(jī)械制造業(yè)中工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機(jī)床、橫鍛壓力機(jī)的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。此外，國外機(jī)械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機(jī)械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時，即能更正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績。視覺功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測距儀（即距離傳感器）以及微型計算機(jī)。工作是電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號，然后送給計算機(jī)，以便分析物體的種類、大小、顏色和位置，并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。觸覺功能即是在機(jī)械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機(jī)械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通過裝在手指內(nèi)的敏感元件來控制，達(dá)到自動調(diào)整握力的大小?？傊?，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展機(jī)械手裝配作業(yè)的能力也將進(jìn)一步提高。更重要的是將機(jī)械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。1.5 機(jī)械手的組成機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。其組成及相互關(guān)系如下圖：1.5.1.執(zhí)行機(jī)構(gòu)（1）手部手部安裝在手臂的前端。手臂的內(nèi)孔裝有轉(zhuǎn)動軸，可把動作傳給手腕，以轉(zhuǎn)動、伸屈手腕，開閉手指。本課所指的機(jī)械手僅需開閉手指。機(jī)械手手部的機(jī)構(gòu)系模仿人的手指，分為無關(guān)節(jié)，固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三種。手指的數(shù)量又可以分為二指、三指和四指等，其中以二指用的最多?？梢愿鶕?jù)夾持對象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應(yīng)操作需要。本課所做的機(jī)械手采用二指形狀。（2）手臂手臂有無關(guān)節(jié)和有關(guān)節(jié)手臂之分本課所做的機(jī)械手的手臂采用無關(guān)節(jié)臂手臂的作用是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確的抓住工件，并運(yùn)送到所需要的位置上。為了使機(jī)械手能夠正確的工作，手臂的三個自由度都需要精確的定位。本課題所做的機(jī)械手在手臂的上升、下降、前伸、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)三個方向的定位均采用行程開關(guān)控制，以保證定位的精度。總括機(jī)械手的運(yùn)動離不開直線移動和轉(zhuǎn)動二種，因此，它采用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是直線油缸、擺動油缸、電液脈沖馬達(dá)、伺服油馬達(dá)、直流伺服馬達(dá)和步進(jìn)馬達(dá)等。軀干是安裝手臂、動力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支架。(如圖1.5.1所示) 圖1.5.11.5.2.驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動機(jī)構(gòu)主要有四種：液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、電氣驅(qū)動和機(jī)械驅(qū)動。其中以液壓氣動用的最多，占90%以上，電動、機(jī)械驅(qū)動用的較少。液壓驅(qū)動主要是通過油缸、閥、油泵和油箱等實現(xiàn)傳動。它利用油缸、馬達(dá)加上齒輪、齒條實現(xiàn)直線運(yùn)動；利用擺動油缸、馬達(dá)與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動。液壓驅(qū)動的優(yōu)點是壓力高、體積小、出力大、運(yùn)動平緩，可無級變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點是需要配備壓力源，系統(tǒng)復(fù)雜成本較高。氣壓驅(qū)動所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達(dá)、氣閥等。一般采用4-6個大氣壓，個別的達(dá)到8-10個大氣壓。它的優(yōu)點是氣源方便，維護(hù)簡單，成本低。缺點是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。為了減少停機(jī)時產(chǎn)生的沖擊，氣壓系統(tǒng)裝有速度控制機(jī)構(gòu)或緩沖機(jī)構(gòu)。電氣驅(qū)動采用的不多?，F(xiàn)在都用三相感應(yīng)電動機(jī)作為動力，用大減速比減速器來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)；直線運(yùn)動則用電動機(jī)帶動絲杠螺母機(jī)構(gòu)；有的采用直線電動機(jī)。通用機(jī)械手則考慮用步進(jìn)電機(jī)、直流或交流的伺服電機(jī)、變速箱等。電氣驅(qū)動的優(yōu)點是動力源簡單，維護(hù)，使用方便。驅(qū)動機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)可以采用統(tǒng)一形式的動力，出力比較大；缺點是控制響應(yīng)速度比較慢。機(jī)械驅(qū)動只用于固定的場合。一般用凸輪連桿機(jī)構(gòu)實現(xiàn)規(guī)定的動作。它的優(yōu)點是動作確實可靠，速度高，成本低；缺點是不易調(diào)整。1.5.3.控制系統(tǒng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的要素，包括工作順序、到達(dá)位置、動作時間和加速度等?？刂葡到y(tǒng)可根據(jù)動作的要求，設(shè)計采用數(shù)字順序控制。它首先要編制程序加以存儲，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機(jī)械手進(jìn)行工作。1.6 應(yīng)用機(jī)械手的意義隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手也越來越多的地被應(yīng)用。在機(jī)械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機(jī)械加工、裝配、檢驗、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實理。其他部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國防工業(yè)等工作中也均有所應(yīng)用。在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的意義可以概括如下：1.以提高生產(chǎn)過程中的自動化程度應(yīng)用機(jī)械手有利于實現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動化的程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。2.以改善勞動條件，避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。在一些簡單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。3.可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)應(yīng)用機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。因此，在自動化機(jī)床的綜合加工自動線上，目前幾乎都沒有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。綜上所述，有效的應(yīng)用機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢第二章 系統(tǒng)設(shè)計方案2.1 機(jī)械手的設(shè)計參數(shù)抓重：60kg；自由度數(shù)：4個；坐標(biāo)形式：圓柱坐標(biāo)；最大工作半徑：1700毫米；手臂最大中心高：2300毫米；手臂運(yùn)動參數(shù)；手臂伸縮范圍：0500毫米手臂伸縮速度：伸出176毫米每秒；縮回233毫米每秒；手臂升降范圍：0600毫米；手臂升降速度：上升102毫米每秒；下降152毫米每秒；手臂回轉(zhuǎn)范圍：00 2000 (實際使用為950)；手臂回轉(zhuǎn)速度：630每秒；手腕運(yùn)動參數(shù)：手腕回轉(zhuǎn)范圍:001800；手腕回轉(zhuǎn)速度：2010每秒；手指夾持范圍： 30-120毫米；緩沖方式及定位方式：手臂伸縮：伸出時由行程開關(guān)適時切斷油路，手臂緩沖，縮回時由行程開關(guān)控制返回終了位置。手臂升降：上升時是靠可調(diào)碰鐵觸動行程開關(guān)而發(fā)信，使電液換向閥變?yōu)椤皁”型滑閥機(jī)能，切斷油路而實現(xiàn)緩沖定位，下降時靠油缸端部節(jié)流緩沖，由行程開關(guān)控制終了位置。手臂回轉(zhuǎn)：采用行程節(jié)流閥（雙向使用）減速緩沖，用定位油缸驅(qū)動定位銷而定位。手腕回轉(zhuǎn)：采用行程開關(guān)發(fā)信，切斷油路滑行緩沖，死擋塊定位。驅(qū)動方式：液壓控制方式：點位程序控制2.2 機(jī)械手的工藝流程待料（起始位置；手爪閉合；待夾料立放）插定位銷手臂前伸手爪張開手爪夾料手臂上升手臂縮回手腕回轉(zhuǎn)180度拔定位銷手臂回轉(zhuǎn)95度插定位銷手臂前伸手爪松料手爪閉合手臂下降手腕反轉(zhuǎn)（復(fù)位）拔定位銷手臂復(fù)位待料卸荷2.3 機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)本機(jī)械手系統(tǒng)由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。執(zhí)行系統(tǒng)包括手部、手臂、手腕。驅(qū)動系統(tǒng)包括動力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。控制系統(tǒng)由程序控制系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)組成。2.4 機(jī)械手的工作過程立式精鍛機(jī)和自動上料機(jī)械手等的配置如圖2-4-1所示。被加熱的坯料由運(yùn)輸車2送到上料位置后，自動上料機(jī)械手3將熱坯料搬運(yùn)到立式精鍛機(jī)1上鍛打，其成品鍛件由下料機(jī)械手4送立式精鍛機(jī)上取下并送到轉(zhuǎn)換機(jī)械手5上，轉(zhuǎn)換機(jī)械手先把鍛件翻轉(zhuǎn)90成水平位置，由丙烷切割裝置6將兩端切齊，切割完畢，轉(zhuǎn)換機(jī)械手5的手臂再水平回轉(zhuǎn)87，將鍛件水平放置到下料運(yùn)輸裝置7上，運(yùn)送到車間外面的料倉處進(jìn)行冷卻。自動上料機(jī)械手3在此精鍛生產(chǎn)線上可以完成取料、喂料和變換工位等動作。522.5 機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度選擇按機(jī)械手手臂的不同運(yùn)動形式及其組合情況，其座標(biāo)型式可分為直角座標(biāo)式、圓柱座標(biāo)式、球座標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。由于本機(jī)械手在上下料時手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運(yùn)動，因此，采用圓柱座標(biāo)型式。相應(yīng)的機(jī)械手具有三個自由度，為了彌補(bǔ)升降運(yùn)動行程較小的缺點，增加手臂擺動機(jī)構(gòu)，從而增加一個手臂上下擺動的自由度。2.6 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計為了使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)，把機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計成可更換結(jié)構(gòu)，當(dāng)工件是棒料時，使用夾持式手部。2.7 機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計考慮到機(jī)械手的通用性，同時由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動才可滿足工作的要求。因此，手腕設(shè)計成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓缸。2.8 機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計按照抓取工件的要求，本機(jī)械手的手臂有三個自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和降(或俯仰)運(yùn)動。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動是通過立柱來實現(xiàn)的，立柱的橫向移動即為手臂的橫移。手臂的各種運(yùn)動由液壓缸來實現(xiàn)。2.9 機(jī)械手的驅(qū)動方案設(shè)計由于液壓壓傳動系統(tǒng)的動作迅速，反應(yīng)靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉因此本機(jī)械手采用液壓壓傳動方式。2.10 機(jī)械手的控制方案設(shè)計考慮到機(jī)械手的通用性，同時使用點位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC)對機(jī)械手進(jìn)行控制。當(dāng)機(jī)械手的動作流程改變時，只需改變PLC程序即可實現(xiàn)，非常方便快捷。第三章 機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1機(jī)械手手部設(shè)計計算3.1.1手部設(shè)計要求1、有適當(dāng)?shù)膴A緊力手部在工作時，應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力，以保證夾持穩(wěn)定可靠，變形小，且不損壞工件的已加工表面。對于剛性很差的工件夾緊力大小應(yīng)該設(shè)計得可以調(diào)節(jié)，對于笨重的工件應(yīng)考慮采用自鎖安全裝置。2、有足夠的開閉范圍夾持類手部的手指都有張開和閉合裝置。工作時，一個手指開閉位置以最大變化量稱為開閉范圍。對于回轉(zhuǎn)型手部手指開閉范圍，可用開閉角和手指夾緊端長度表示。手指開閉范圍的要求與許多因素有關(guān)，如工件的形狀和尺寸，手指的形狀和尺寸，一般來說，如工作環(huán)境許可，開閉范圍大一些較好。 圖3-1 機(jī)械手開閉示例簡圖3、力求結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小手部處于腕部的最前端，工作時運(yùn)動狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)，重量和體積直接影響整個機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運(yùn)動速度等性能。因此，在設(shè)計手部時，必須力求結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小。4、手指應(yīng)有一定的強(qiáng)度和剛度5、其它要求因此送料，夾緊機(jī)械手，根據(jù)工件的形狀，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，夾緊方式用常閉史彈簧夾緊，松開時，用單作用式液壓缸。此種結(jié)構(gòu)較為簡單，制造方便。3.1.2拉緊裝置設(shè)計如圖4.1.2-1所示：油缸右腔停止進(jìn)油時，彈簧力夾緊工件，油缸右腔進(jìn)油時松開工件。圖3-2油缸示意圖1、右腔推力為FP=（4）DP （3.1）=（4）0.52510=4908.7N2、根據(jù)鉗爪夾持的方位，查出當(dāng)量夾緊力計算公式為：F1=（2ba）（cos）N （3.2） 其中 N=498N=392N，帶入公式3.2得：F1=（2ba）（cos）N =(2150/50)（cos30）392 =1764N則實際加緊力為 F1實際=PK1K2/ （3.3）=17641.51.1/0.85=3424N經(jīng)圓整F1=3500N3、計算手部活塞桿行程長L,即L=（D/2）tg （3.4） =25tg30 =23.1mm經(jīng)圓整取l=25mm4、確定“V”型鉗爪的L、。取L/Rcp=3 （3.5）式中： Rcp=P/4=200/4=50 （3.6）由公式（2.5）（2.6）得：L=3Rcp=150取“V”型鉗口的夾角2=120，則偏轉(zhuǎn)角按最佳偏轉(zhuǎn)角來確定，查表得：=22395、機(jī)械運(yùn)動范圍（速度）（1）伸縮運(yùn)動 Vmax=500mm/sVmin=50mm/s（2）上升運(yùn)動 Vmax=500mm/sVmin=40mm/s（3）下降Vmax =800mm/sVmin =80mm/s（4）回轉(zhuǎn)Wmax=90/sWmin=30/s所以取手部驅(qū)動活塞速度V=60mm/s 6、手部右腔流量Q=sv （3.7）=60r=603.1425=1177.5mm/s7、手部工作壓強(qiáng)P= F1/S=3500/1962.5=1.78Mpa （3.8） 3.2腕部設(shè)計計算腕部是聯(lián)結(jié)手部和臂部的部件，腕部運(yùn)動主要用來改變被夾物體的方位，它動作靈活，轉(zhuǎn)動慣性小。本課題腕部具有回轉(zhuǎn)這一個自由度，可采用具有一個活動度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。要求：回轉(zhuǎn)90角速度W=45/s以最大負(fù)荷計算：當(dāng)工件處于水平位置時，擺動缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重10kg，長度l=650mm。3.2.1計算扭矩M1設(shè)重力集中于離手指中心200mm處，即扭矩M1為：M1=FS （3.9）=109.80.2=19.6（NM） 工件 F S F S F圖3-3 腕部受力簡圖3.2.2油缸（伸縮）及其配件的估算扭矩M2F=5kg S=10cm帶入公式3.9得M2=FS=59.80.1 =4.9（NM） 3.2.3擺動缸的摩擦力矩M摩 F摩=300（N）（估算值）S=20mm （估算值）M摩= F摩S=6（NM）4、擺動缸的總摩擦力矩MM=M1+M2+ M摩=30.5（NM） （3.10）5.由公式（4.2）T=Pb（A1-mm）106/8 （3.11）其中： b葉片密度，這里取b=3cm；A1擺動缸內(nèi)徑, 這里取A1=10cm；mm轉(zhuǎn)軸直徑, 這里取mm=3cm。所以代入（3.11）公式P=8T/b（A1-mm ）106=830.5/0.03（0.1-0.03）106=0.89Mpa又因為W=8Q/（A1-mm ）b所以 Q=W（A1-mm）b/8A1 =（/4）（0.1-0.03）0.03/8 =0.2710-4m/s =27ml/s3.3手臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計手臂是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支撐腕部和手部，并帶動它們在空間運(yùn)動。臂部運(yùn)動的目的，一般是把手部送達(dá)空間運(yùn)動范圍內(nèi)的任意點上，從臂部的受力情況看，它在工作中即直接承受著腕部、手部和工件的動、靜載荷，而且自身運(yùn)動又較多，故受力較復(fù)雜。 機(jī)械手的精度最終集中在反映在手部的位置精度上。所以在選擇合適的導(dǎo)向裝置和定位方式就顯得尤其重要了。手臂的伸縮速度為200m/s行程L=500mm1、手臂右腔流量，公式（3.7）得： Q=sv=20040=1004800mm/s=0.1/10m/s=1000ml/s2、手臂右腔工作壓力，公式（3.8） 得： P=F/S （3.12）式中：F取工件重和手臂活動部件總重，估算 F=10+20=30kg， F摩=1000N。所以代入公式（3.12）得： P=（F+F摩）/S =（309.8+1000）/40 =0.26Mpa3、繪制機(jī)構(gòu)工作參數(shù)表如圖3.3-1所示：圖3-4機(jī)構(gòu)工作參數(shù)表4、由初步計算選液壓泵所需液壓最高壓力 P=1.78Mpa所需液壓最大流量 Q=1000ml/s選取CB-D型液壓泵（齒輪泵）此泵工作壓力為10Mpa，轉(zhuǎn)速為1800r/min，工作流量Q在3270ml/r之間，可以滿足需要。5、驗算腕部擺動缸：T=PD（A1-mm）m106/8 （3.13）W=8v/（A1-mm）b （3.14）式中： m機(jī)械效率?。?0.850.9v容積效率取： 0.70.95所以代入公式（3.13）得：T=0.890.03（0.1-0.03）0.85106/8 =25.8（NM）T<M=30.5（NM）代入公式（3.14）得：W=（82710-6）0.85/（0.1-0.03）0.03 =0.673rad/sW</40.785rad/s因此，取腕部回轉(zhuǎn)油缸工作壓力 P=1Mpa 流量 Q=35ml/s圓整其他缸的數(shù)值：手部抓取缸工作壓力P=2Mpa 流量Q=120ml/s小臂伸縮缸工作壓力P=0.25Mpa 流量Q=1000ml/s3.4機(jī)身和機(jī)座的設(shè)計計算機(jī)身的直接支承和傳動手臂的部件。一般實現(xiàn)臂部的升降、回轉(zhuǎn)或俯仰等運(yùn)動的驅(qū)動裝置或傳動件都安裝在機(jī)身上，或者就直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。因此，臂部的運(yùn)動愈多，機(jī)身的結(jié)構(gòu)和受力情況就愈復(fù)雜，機(jī)身既可以是固定式的，也可以是行走式的,臂部和機(jī)身的配置形式基本上反映了機(jī)械手的總體布局。本課題機(jī)械手的機(jī)身設(shè)計成機(jī)座式，這樣機(jī)械手可以是獨(dú)立的，自成系統(tǒng)的完整裝置，便于隨意安放和搬動，也可具有行走機(jī)構(gòu)。臂部配置于機(jī)座立柱中間，多見于回轉(zhuǎn)型機(jī)械手。臂部可沿機(jī)座立柱作升降運(yùn)動，獲得較大的升降行程。升降過程由電動機(jī)帶動螺柱旋轉(zhuǎn)。由螺柱配合導(dǎo)致了手臂的上下運(yùn)動。手臂的回轉(zhuǎn)由電動機(jī)帶動減速器軸上的齒輪旋轉(zhuǎn)帶動了機(jī)身的旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到了自由度的要求。3.4.1電機(jī)的選擇機(jī)身部使用了兩個電機(jī)，其一是帶動臂部的升降運(yùn)動；其二是帶動機(jī)身的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。帶動臂部升降運(yùn)動的電機(jī)安裝在肋板上，帶動機(jī)身回轉(zhuǎn)的電機(jī)安裝在混凝土地基上。（1）、帶動臂部升降的電機(jī)： 初選上升速度 V=100mm/s P=6KW所以n=（100/6）60=1000轉(zhuǎn)/分選擇Y90S-4型電機(jī)，屬于籠型異步電動機(jī)。采用B級絕緣，外殼防護(hù)等級為IP44，冷卻方式為I（014）即全封閉自扇冷卻，額定電壓為380V，額定功率為50HZ。如圖4.4.1-1 Y90S-4電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示：型號額定功率KW滿載時堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩電流A轉(zhuǎn)速r/min效率%功率因素額定電流額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩Y90S-41.12.71400790.786.52.22.2圖3-6 Y90S-4電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)（2）、帶動機(jī)身回轉(zhuǎn)的電機(jī)：初選轉(zhuǎn)速 W=60/s n=1/6轉(zhuǎn)/秒=10轉(zhuǎn)/分由于齒輪 i=3減速器 i=30所以n=10330=900轉(zhuǎn)/分選擇Y90L-6型籠型異步電動機(jī)電動機(jī)采用B級絕緣。外殼防護(hù)等級為IP44，冷卻方式為I（014）即全封閉自扇冷卻，額定電壓為380V，額定功率為50HZ。如圖3-7 Y90L-6電動機(jī)技術(shù)所示：圖3=7 Y90L-6電動機(jī)技術(shù)3.4.2減速器的選擇減速器的原動機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動裝置。用來降低轉(zhuǎn)速和增轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要。初選WD80型圓柱蝸桿減速器。WD為蝸桿下置式一級傳動的阿基米德圓柱蝸桿減速器。蝸桿的材料為38siMnMo調(diào)質(zhì)蝸輪的材料為ZQA19-4中心矩a=80Msq=4.011 （3.15）傳動比I=30傳動慣量0.26510kgm3.4.3螺桿的設(shè)計與校核螺桿是機(jī)械手的主支承件，并傳動使手臂上下運(yùn)動。螺桿的材料選擇：從經(jīng)濟(jì)角度來講并能滿足要求的材料為鑄鐵。螺距 P=6mm 梯形螺紋螺紋的工作高度 h=0.5P （3.16）=3mm螺紋牙底寬度 b=0.65P=0.656=3.9mm （3.17）螺桿強(qiáng)度 = s/35 （3.18）=150/35=3050Mpa螺紋牙剪切=40彎曲b=4555（1）、當(dāng)量應(yīng)力 (3.19)式中 T傳遞轉(zhuǎn)矩Nmm螺桿材料的許用應(yīng)力 所以代入公式（4.19）得：= （42009.8/d1）+3（2009.80.6/0.2d1） = （2495/ d1）+3（61.2/ d1）3050106=（2495/ d1）+3（61.2/ d1）90025001012 =6225025/d14+11236/d1690025001012=6225025d12+11236900d161012=62250250.0292+112369000.02961012即16471pa535340pa合格（2）、剪切強(qiáng)度Z=H/P=160/6 （旋合圈數(shù)） （3.20）=F/d1bz （3.21） =2009.8/0.0293.9（160/6）10-3 =206.8103pa =0.206Mpa=40Mpa（3）、彎曲強(qiáng)度b=3Fh/d1b2z =32009.83/2.93.92（160/6） =0.48Mpa=45Mpa合格第四章 機(jī)械手的液壓系統(tǒng)設(shè)計液壓系統(tǒng)相對于機(jī)械傳動來說，是一門新興的技術(shù)。人類使用水力機(jī)械及液壓技術(shù)雖然已有很長的歷史，但是液壓技術(shù)在機(jī)械領(lǐng)域中得以應(yīng)用并取得迅速發(fā)展則是本世紀(jì)，特別是第二次世界大戰(zhàn)以來的事。由于液壓傳動具有許多突出的優(yōu)點，因而目前已廣泛的應(yīng)用在工、農(nóng)業(yè)機(jī)械、機(jī)床、交通運(yùn)輸、路地行走設(shè)備、船舶控制、火炮控制、飛機(jī)、導(dǎo)彈等各方面。4.1 液壓系統(tǒng)簡介4.1.1 液壓系統(tǒng)的工作原理所謂液壓系統(tǒng)就是以液體為介質(zhì)，依靠運(yùn)動者的液體的壓力能來傳遞力的。液壓系統(tǒng)工作是，液壓泵把電動機(jī)傳來的回轉(zhuǎn)式機(jī)械能轉(zhuǎn)變成油液的壓力能：油液被輸送到液壓缸（或液壓馬達(dá)）后，又由液壓缸（或液壓馬達(dá)）把油液的壓力能變?yōu)橹本€式（或回轉(zhuǎn)式）的機(jī)械能輸出。液壓系統(tǒng)中的油液在受調(diào)節(jié)、控制的狀態(tài)下進(jìn)行工作的因此液壓傳動和液壓控制在這個意義上來說難以截然分開。液壓系統(tǒng)必須滿足其執(zhí)行元件在力和速度方面的要求。4.1.2 液壓傳動的工作特性液壓系統(tǒng)工作是外界負(fù)載越大（在有效承壓面積一定的前提下）所需要的壓力也越大，反之亦然。因此液壓系統(tǒng)的由壓力（簡稱系統(tǒng)的壓力，下同）大小取決于外界負(fù)載。負(fù)載大，系統(tǒng)壓力大；負(fù)載小，系統(tǒng)壓力??；負(fù)載為零，系統(tǒng)壓力為零。另外，活塞或工作臺的運(yùn)動速度（簡稱系統(tǒng)的速度，下同）取決于單位時間通過節(jié)流閥進(jìn)入液壓缸中油液的體積即流量。流量越大（在有效承壓面積一定的前提下）系統(tǒng)的速度越快，反之亦然。流量為零，系統(tǒng)的速度亦為零。液壓系統(tǒng)的壓力和外在負(fù)載，速度和流量的這兩個關(guān)系稱作液壓傳動的兩個工作特性。4.1.3 液壓系統(tǒng)的組成液壓系統(tǒng)由以下五個部分組成：（1）動力元件 它是將原動機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能的裝置。液壓泵即為動力元件。（2）執(zhí)行元件 它是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，以驅(qū)動部件。液壓缸和液壓馬達(dá)即為執(zhí)行元件。（3）控制調(diào)節(jié)元件 控制調(diào)節(jié)元件是指各種閥類元件，它們的作用是控制液壓系統(tǒng)中油液的壓力、流量和方向，以保證執(zhí)行元件完成預(yù)期的工作運(yùn)動。（4）輔助元件 輔助元件是指油箱、油管、管接頭、濾油器、壓力表、流量表等。（5）工作介質(zhì) 在液壓系統(tǒng)中使用液壓油（通常為礦物油）。4.1.4 液壓系統(tǒng)的優(yōu)、缺點液壓系統(tǒng)與機(jī)械、電力等傳動相比。有以下特點：（1）能方便的進(jìn)行無級調(diào)速，調(diào)速范圍大。（2）體積小，、重量輕、功率大。一方面，在相同輸出功率的前提下，其體積小、重量輕、慣性小、動作靈敏，這對于液壓自動控制系統(tǒng)有重要的意義。另一方面，在體積或重量相近的情況下，其輸出功率大，能傳遞較大的扭矩或推力（如萬噸水壓力等）。（3）控制和調(diào)節(jié)簡單、方便、省力，易實現(xiàn)自動化控制和過載保護(hù)。（4）可實現(xiàn)無間隙傳動，運(yùn)動平穩(wěn)。（5）因為傳動介質(zhì)為油液，故液體元件有自我潤滑作用，使用壽命長。(6）液壓元件實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、便于設(shè)計、制造和推廣使用。（7）可以采用大推力的液壓缸和大扭矩的液壓馬達(dá)直接帶動負(fù)載，從而失去了中間的減速裝置，使傳動簡化。4.1.5 液壓傳動的主要缺點：（1）漏 由于作為傳動介質(zhì)的液體是在一定的壓力下，有時是在較高的壓力下工作的，因此在有相對運(yùn)動的表面間不可避免要產(chǎn)生泄漏。同時，由于油液并不是不可以壓縮的，油管等也回產(chǎn)生彈性變形，所以液壓傳動不宜用在傳動比要求較嚴(yán)格的場合。（2）震 液壓傳動中的“液壓沖擊和空穴現(xiàn)象”會產(chǎn)生很大的震動和噪聲。（3）熱 在能量轉(zhuǎn)換和傳遞過程中，由于存在機(jī)械摩擦、壓力損失、泄漏損失，因而易使油液發(fā)熱，總效率降低，故液壓傳動不宜遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)動。（4）液壓傳動性能對溫度比較敏感，故不宜在高溫及低溫下工作。液壓傳動裝置對油液的污染也較敏感，故要求有良好的過濾設(shè)施。（5）液壓元件加工要求高一般情況下又要求有獨(dú)立的能源（如液壓泵站），這些可能使產(chǎn)品成本提高。（6）液壓系統(tǒng)出現(xiàn)鼓故障時不宜追查原因，不宜迅速排除。綜上所述，液壓傳動由于其優(yōu)點比較突出，故在工、農(nóng)業(yè)各個部門獲得廣泛的應(yīng)用。它的某些缺點隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展、提高，正在逐步得到克服。由于液壓傳動相對于機(jī)械傳動有以上幾個突出的優(yōu)點，所以確定機(jī)械手的前伸后退、左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)、夾緊放松三部分動作用液壓傳動來實現(xiàn)。4.2自動上料機(jī)械手液壓系統(tǒng)4.2. 1機(jī)械手的動作順序機(jī)械手的動作順序：待料（起始位置；手爪閉合；待夾料立放）插定位銷手臂前伸手爪張開手爪夾料手臂上升手臂縮回手腕回轉(zhuǎn)180度拔定位銷手臂回轉(zhuǎn)95度插定位銷手臂前伸手爪松料手爪閉合手臂下降手腕反轉(zhuǎn)（復(fù)位）拔定位銷手臂復(fù)位待料卸荷。上述動作均由電磁換向閥實現(xiàn)，用行程開關(guān)和時間繼電器、步進(jìn)選線器等電器控制電磁鐵線圈通斷電，使電磁鐵按程序動作，實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的自動控制。4.2.2液壓控制原理此系統(tǒng)選用功率N=7.5千瓦的電動機(jī)，帶動雙聯(lián)葉片泵YB-35/18，公稱壓力為63公斤/厘米，流量為35升/分+18升/分=53升/分，系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)為30公斤力/厘米，油箱容積選為250升。手臂的升降油缸及伸縮油缸工作時，兩個油泵同時供油；手臂及手腕的回轉(zhuǎn)油缸和手爪松緊夾用的拉緊油缸及手臂回轉(zhuǎn)定位油缸工作時，只有小泵供油，大泵自動卸荷。手臂前伸、升降、回轉(zhuǎn)和手腕回轉(zhuǎn)油路采用單向調(diào)速閥（QI-63B，QI-25B，QI-10B）回程節(jié)流，因而速度可調(diào)，工作平穩(wěn)。升降缸支路設(shè)置有單向順序閥（XI-63B），可以調(diào)整順序閥的彈簧力，使之在活塞、活塞桿及其所支承的手臂等自重所引起的油液壓力作用下仍保持?jǐn)嗦贰９ぷ鲿r，油泵輸出的壓力油進(jìn)入升降油缸上腔，作用在順序閥的壓力增加，使之接通，活塞便向下運(yùn)動。當(dāng)活塞要上升時，壓力油液經(jīng)單向閥進(jìn)入升降油缸下腔，這樣采用單向順序閥克服機(jī)身（全部參與升降運(yùn)動的部件）自重，防止了下滑，性能穩(wěn)定可靠。手爪夾緊油缸支路裝有液控單向閥（1Y-25B），使手爪夾緊工件時不受系統(tǒng)壓力波動的影響（尤其是系統(tǒng)壓力下降時，壓力油缸內(nèi)的壓力油不能反向流動），保證手爪夾持工件牢靠，當(dāng)反向進(jìn)油時，油液通過控制油路將單向閥芯頂開，使回油路接通，油液流回油箱。在手臂回轉(zhuǎn)后，定位所用的定位油缸支路的壓力需比系統(tǒng)壓力低，為此在定位油缸支路前串有減壓閥（J-10），使定位油缸獲得適應(yīng)壓力為15-18公斤力/厘米，同時還給電液換向閥（34DY-63B）的控制油路供油。液壓系統(tǒng)的雙聯(lián)葉片泵的卸荷，均用二位二通的換向閥（22D-10B）打開溢流閥（Y-18-J和Y-35-J）來實現(xiàn)，空載卸荷不致使油溫升的太高。系統(tǒng)中的三個單向閥（兩個I-25和一個I-40），其中一個單向閥（I-25）和單向閥（I-40）是在油泵停止工作時，防止液壓系統(tǒng)的油液倒流而進(jìn)入空氣，否則影響再啟動時油缸工作的平穩(wěn)性。另一個單向閥是為了將需要的油液量大小不同的主油路分開，同時在大泵自動卸荷時，不使大泵卸荷油路影響小泵的工作油路。先介紹其動作循環(huán)如下：當(dāng)電動機(jī)起動時，帶動雙聯(lián)葉片泵回轉(zhuǎn)，油液從油箱中通過網(wǎng)式濾油器，經(jīng)過葉片泵被送到工作油路中去，如果機(jī)械手還未起動，則油液通過二為二通電磁閥（電磁鐵12DT和13DT有電）進(jìn)行卸荷。當(dāng)棒料由運(yùn)輸車運(yùn)到上料位置時。由于1100度的熱棒料使光電繼電器發(fā)出電信號，經(jīng)步進(jìn)選線器跳步，使機(jī)械手開始按程序動作，此時卸荷停止（二位二通電磁閥和電磁鐵斷電）。電磁鐵5DT通電，壓力油進(jìn)到定位油缸左腔進(jìn)行定位動作，定位后此支油路系統(tǒng)壓力升高，壓力繼電器發(fā)出電訊號，經(jīng)步進(jìn)選線器跳步使電磁鐵7DT通電，電液換向閥變成通路，壓力油經(jīng)油泵和單向閥，通過電液換向閥右邊的通道，進(jìn)入手臂伸縮油缸的右腔，使缸體前伸運(yùn)動（因活塞桿固定），手臂前伸到適應(yīng)位置，裝在手臂上的碰塊碰行程開關(guān)發(fā)出電訊號，經(jīng)過步進(jìn)選線器跳步和時間繼電器，延時使電磁鐵8DT通電，手爪張開；手臂靠慣性滑行到待上料的中心位置，在延時結(jié)束時，8DT斷電，手爪夾緊棒料；并同時發(fā)訊、跳步，使電磁鐵1DT通電，壓力油從工作油路經(jīng)電液換閥右邊通過，單向調(diào)速閥的單向閥及單向順序閥的單向閥進(jìn)入手臂升降油缸的下腔，推動手臂上升，在手臂上升到預(yù)定位置，碰行程開關(guān)，使電磁鐵1DT斷電，電液換向閥復(fù)位成“O”型滑閥機(jī)能狀態(tài)；并發(fā)出電訊號經(jīng)步進(jìn)選線器跳步，使電磁鐵6DT通電，電液換向閥右邊接通油路，壓力油從電液換向閥右邊通過，經(jīng)過單向調(diào)速閥的單向閥，進(jìn)入手臂伸縮油缸右腔，使手臂縮回。當(dāng)手臂上的碰鐵碰行程開關(guān)，使6DT斷電，并發(fā)出電訊號和跳步，使3DT通電，則換向閥右邊接通油路，壓力油通過QI的單向閥進(jìn)入手腕回轉(zhuǎn)油缸一腔，使手腕回轉(zhuǎn)180度，手腕上的碰鐵碰行程開關(guān)，使10DT斷電，換向閥復(fù)位成“O”型滑閥機(jī)能狀態(tài)，同時亦使5DT斷電，定位油缸復(fù)位（拔銷）；壓力繼電器復(fù)位，發(fā)出電訊號，并經(jīng)步進(jìn)選線起跳步，使電磁鐵9DT通電，電磁換向閥右邊通路接通油路，壓力油經(jīng)QI的單向閥進(jìn)入手臂回轉(zhuǎn)油缸一腔，使手臂回轉(zhuǎn)95度。當(dāng)手臂的回轉(zhuǎn)碰鐵碰行程開關(guān)，使3DT斷電，換向閥復(fù)位成“O”型滑閥機(jī)能狀態(tài)；并發(fā)出電訊號，經(jīng)步進(jìn)選線器跳步，使5DT通電，定位油缸工作，插定位銷，壓力繼電器發(fā)出電訊號，經(jīng)步進(jìn)選線器跳步，使電磁鐵7DT通電，手臂前伸；當(dāng)手臂將棒料送到工作臺和夾頭軸線前的適當(dāng)距離處，并發(fā)出電訊號、步進(jìn)選線器跳步、使工作機(jī)夾頭下降，行程開關(guān)發(fā)信，通過時間繼電器使夾頭閉合，將棒料夾牢，電控系統(tǒng)發(fā)訊，經(jīng)步進(jìn)選線器跳步，時間繼電器延時使8DT通電，機(jī)械手手爪松開，延時到8DT斷電手爪閉合，并發(fā)出電訊號，步進(jìn)選線器跳步，電磁鐵6DT通電，手臂縮回，當(dāng)手臂碰鐵碰行程開關(guān)時，6DT斷電（下降停），并發(fā)出電訊號、跳步，使11DT通電，電磁換向閥的左邊通道接通油路，壓力油經(jīng)QI的單向閥進(jìn)入手腕回轉(zhuǎn)油缸的另一油腔，使手腕反轉(zhuǎn)180度；手腕上的碰鐵碰行程開關(guān)，使7DT斷電，并發(fā)出電訊號，步進(jìn)選線器跳步，使電磁鐵4DT通電，電磁換向閥左邊的通道接通油路，壓力油經(jīng)QI的單向閥和行程節(jié)流閥進(jìn)入手臂回轉(zhuǎn)油缸的另一油腔，使手臂反轉(zhuǎn)90度（機(jī)械手復(fù)位）。當(dāng)手臂上的回轉(zhuǎn)碰鐵碰行程開關(guān)時，4DT斷電（機(jī)械手停在原始位置上），并發(fā)出電訊號、步進(jìn)選線器跳步，使12DT和13DT通電（兩個油