數(shù)控機床自動夾持搬運裝置的液壓系統(tǒng)設(shè)計【6張CAD圖紙和文檔所見所得】【JS系列】

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Driven by hydraulic achievable moves automatically cycle for automation and high efficiency. Mechanical hand for various processes and equipment, including the digital automation system composed soft metal cutting machine tools. Industrial robots are equipped with automatic convertible rescue devices, including devices used to ensure that double-rescue devices at the same time and in the processing operation blank parts. The design of the hydraulic system mainly mechanical hand, identifying the functions of the various parts of the hydraulic system, and implementation of various components in the calculation of analysis, and ultimately complete hydraulic principles maps.Keywords: Convertible rescue devices ; Hydraulic components; Double-rescue vehicles目 錄1 概述 11.1課題背景 11.2課題內(nèi)容 11.3課題的意義 21.4課題的創(chuàng)新點 22 機械手的功能設(shè)計 22.1機械手液壓系統(tǒng)的各部分功能 22.2 機械手液壓系統(tǒng)的功能綜合52.3機械手電磁鐵動作循環(huán)表 62.4 機械手液壓系統(tǒng)方案設(shè)計 63 機械手液壓系統(tǒng)機構(gòu)設(shè)計計算 63.1負載分析 63.2 液壓馬達的負載93.3 執(zhí)行元件主要參數(shù)的確定103.4 計算液壓缸各工作階段的工作壓力、流量、功率113.5 擬定液壓原理圖113.6選擇液壓元件123.7液壓缸基本參數(shù)的確定143.8液壓缸結(jié)構(gòu)強度計算和穩(wěn)定校驗173.9液壓傳動用油的選擇224 驗算系統(tǒng)液壓性能234.1壓力損失的驗算及泵壓力的調(diào)整234.2液壓系統(tǒng)發(fā)熱和溫升驗算264.3濾油器的選擇26結(jié)論 30致謝 31參考文獻321概述11 課題背景 現(xiàn)在工業(yè)機器人集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。自從1962年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機器人以來，機器人技術(shù)極其產(chǎn)品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(tǒng)（FMS）、自動化工廠（FA）、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）的自動化工具。廣泛采用工業(yè)機器人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。和計算機、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，工業(yè)機器人的廣泛應(yīng)用正在日益改善著人類的生產(chǎn)和生活方式。工業(yè)機器人是最典型的機電一體化數(shù)字化裝備，技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很廣，作為先進制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息化社會的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起著越來越重要的作用。國外專家預(yù)測，機器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計算機之后出現(xiàn)的一種新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。據(jù)聯(lián)合國歐洲委員會（UNECE）和國際機器人聯(lián)合會（IFR）的統(tǒng)計，世界機器人市場前景看好，從20世紀下半葉起，世界機器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長的良好勢頭。進入20世紀90年代，機器人產(chǎn)品發(fā)展速度較快，年增長率平均在10%左右。2004年增長率達到闖記錄的20%。其中，亞洲機器人增長幅度最為突出，高達43%。在自動化生產(chǎn)領(lǐng)域中，工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的。工業(yè)機械手的是從工業(yè)機器人中分支出來的。 其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器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機械手作業(yè)具有準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力。 機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器，它有多個自由度，可用來搬運物體以完成在各個不同環(huán)境中工作。 機械手由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動-傳動機構(gòu)、控制系統(tǒng)、智能系統(tǒng)、遠程診斷監(jiān)控系統(tǒng)五部分組成。驅(qū)動-傳動機構(gòu)與執(zhí)行機構(gòu)是相輔相成的，在驅(qū)動系統(tǒng)中可以分：機械式、電氣式、液壓式和復(fù)合式，其中液壓操作力最大。本課題是數(shù)控機床上專用于工件和零件的夾持和自動運轉(zhuǎn)的裝置，其運動自由度多，且有嚴格的動作順序要求、用液壓驅(qū)動可實現(xiàn)動作自動循環(huán)，利于自動化和高效率等要求。12課題內(nèi)容本課題的基本內(nèi)容是：1）功能原理方案分析2）液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計3）液壓系統(tǒng)的計算4）油箱與執(zhí)行元件工作圖設(shè)計5）編寫計算說明書13課題的意義本課題所研究的數(shù)控機床的裝夾裝置屬于工業(yè)機器人這一范疇，對它的研究實際上就是對工業(yè)機器人的研究?，F(xiàn)在工業(yè)機器人集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。自從1962年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機器人以來，機器人技術(shù)極其產(chǎn)品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(tǒng)（FMS）、自動化工廠（FA）、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）的自動化工具。廣泛采用工業(yè)機器人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。和計算機、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，工業(yè)機器人的廣泛應(yīng)用正在日益改善著人類的生產(chǎn)和生活方式。隨著加工行業(yè)在我國的迅速發(fā)展，各行各業(yè)的自動化裝備水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常常配有機械手，以提高生產(chǎn)效率，代替工人完成惡劣環(huán)境下危險、繁重的勞動。14課題的創(chuàng)新點采用手動換向閥變換夾持方式，既可以雙夾持也可以單夾持。2機械手的功能設(shè)計21機械手液壓系統(tǒng)的各部分功能2.1.1 液壓站圖2-1液壓站液壓原理圖1蓄能器 2精過濾器 3.壓力繼電器 4.減壓閥 5.冷卻器 6.液壓馬達本設(shè)計應(yīng)用液壓站供應(yīng)小車，滑板和機器人手臂位移電液步進式驅(qū)動裝置以及手腕轉(zhuǎn)動、擺動機構(gòu)和夾持器夾緊機構(gòu)驅(qū)動裝置。同時液壓站能夠相應(yīng)于在主干線恒壓下進入液壓系統(tǒng)的耗油量來自動變化可調(diào)泵的供給量。液壓站還進行油的冷卻，并能防止在斷路狀態(tài)下液壓系統(tǒng)中漏油。2.1.2小車驅(qū)動裝置圖2-2小車驅(qū)動裝置液壓原理圖1.液壓馬達M1 2.單向閥 3.液壓分配器 4.步進電動機 小車的驅(qū)動裝置由液壓馬達M1和成套步進驅(qū)動系統(tǒng)組成。當信號傳遞到步進馬達M5時，其轉(zhuǎn)子通過螺旋傳動推動液壓分配器的滑閥，他連接著壓力管和溢流管與相應(yīng)的液壓馬達腔。液壓馬達之間的連接使其在軸上的力矩方向相反，以保持在齒輪齒條傳動中的無隙嚙合。在電液步進驅(qū)動裝置的液壓馬達傳動時，其與分配器滑閥剛性相連的軸，使得滑閥回到初始位置，從而實現(xiàn)位置反饋。 手臂滑板移動用線性電液步進式驅(qū)動裝置和手臂擺動用線性電液步進驅(qū)動裝置是由步進電動機（M3和M4）、隨動分配器和液壓缸組成，液壓缸活塞桿內(nèi)裝有位置反饋螺旋機構(gòu)。在信號傳遞到步進電動機時，其轉(zhuǎn)子通過螺旋傳動推動液壓分配器滑閥，開啟進入液壓缸油通道。液壓缸活塞平行運動通過螺旋傳動變?yōu)榻z桿傳動，而通過齒輪傳動和螺旋副變?yōu)榛y軸向移動。單向閥的作用是用來防止液壓設(shè)備斷路時手臂桿件自然下垂。2.1.3 機械手腕轉(zhuǎn)動（擺動）圖2-3機械手手腕擺動（轉(zhuǎn)動）液壓原理圖1.定位器 2.液壓缸液壓操縱盤控制手腕轉(zhuǎn)動（擺動），取決于電磁鐵Y7或Y8及Y6，由取決于手腕（頭部）擺動方向的旋轉(zhuǎn)指令控制。此時定位器的活塞克服彈簧力向上運動，并通過杠桿推動隨動滑閥，開啟油道通路，油通過分配器P2到液壓馬達M2的腔內(nèi)。此后，當液壓馬達達到所需的轉(zhuǎn)速時，信號進入電磁鐵斷路，從而使手腕固定和分配器P2斷路。液壓馬達轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)。在指令傳遞到液壓滑閥上的分配器P3和P4時，液壓馬達M3使手腕轉(zhuǎn)動。在電磁鐵P4接通時，油在壓力下進入控制液壓缸左腔。此時電磁鐵Y5斷開，則活塞移動到極右位置，通過杠桿17推動隨動閥，并且開啟油通道，使油進入液壓馬達M3腔內(nèi)。杠桿17的另一端安裝在手腕傳動部分的靠模保持接觸。這樣當手腕轉(zhuǎn)動一定角度時（例如在極右位置）杠桿17使隨動閥回到中間位置，且液壓馬達M3停止轉(zhuǎn)動。當電磁鐵Y5接通，Y4斷開，油在壓力下進入控制液壓缸右腔，而其左腔與排油孔相連；活塞移動到左邊位置，且液壓馬達M3將手腕轉(zhuǎn)動到靠模的相應(yīng)突緣上。在電磁鐵Y2和Y5接通時，液壓缸2兩腔均與壓力管路相連，而由于活塞面積，使他停在套筒擋塊所確定的中間位置上。液壓馬達轉(zhuǎn)動手腕到靠模中間凸緣上。2.1.4夾持器驅(qū)動裝置圖2-4夾持裝置液壓原理圖1.手動換向閥 2.單向閥液壓缸的驅(qū)動裝置不但用于帶雙夾持器，又用于單夾持器。按夾持器型式，液壓操縱盤的閥式分配器用手動擺放在左面或右面的位置。用單夾持器工作時用液壓分配器P5進行控制。在接通電磁鐵Y2時，夾持器張開；而在斷開Y2時，夾持器產(chǎn)生壓緊動作。裝在液壓操縱盤上的單向閥防止在系統(tǒng)中壓力下降時，夾持器迅速松開。在雙夾持工作時，通過接通電磁鐵Y2或Y3來傳遞給每一只手臂的松開指令。當兩個磁鐵接通時（或斷開），夾持器同時被彈簧壓緊。22 機械手液壓系統(tǒng)的功能綜合總之，本次設(shè)計的機械手的總的功能如以下圖所示：圖2-5機械手總功能示意圖 小車，滑板和機器人手臂位移電液步進式驅(qū)動裝置以及手腕轉(zhuǎn)動、擺動機構(gòu)和夾持器夾緊機構(gòu)驅(qū)動裝置都需要液壓系統(tǒng)來調(diào)控。23機械手電磁鐵動作循環(huán)表表2-1機械手工作狀態(tài)以及動作控制目標工作狀態(tài)電 磁 鐵Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8液壓站啟動-工作+夾持器傳動裝置夾緊+-+松開+-中間位置+-手腕（頭部）回轉(zhuǎn)傳動裝置向右+-向左+-+中間位置+停止+-手腕（頭部）擺動傳動裝置向右+-向左+-+停止+-2.4 機械手液壓系統(tǒng)方案設(shè)計液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸或液壓馬達。前者實現(xiàn)直線運動，后者實現(xiàn)回旋運動，對于單純并且簡單的直線運動或回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)，可以分別采用液壓缸或液壓馬達直接驅(qū)動。根據(jù)設(shè)計目標及現(xiàn)有條件,在查閱有關(guān)資料和實物調(diào)研的基礎(chǔ)上,構(gòu)建本機械手的總本設(shè)計方案如下:1.設(shè)計成一個數(shù)控機床搬運機械手,用于將工件從工位I搬運到工位。2.本機械手包含手指夾緊工件,手臂轉(zhuǎn)位,手指松開卸料,手臂復(fù)位四個基本動作,采用手動上下料等功能。3.具備自動與手動操作兩種工作方式并能快速靈活地切換且互鎖.手動方式下操作者可以隨意地完成這四個基本動作的任意組合;自動方式下機械手的一個工作循環(huán)包括夾緊,轉(zhuǎn)位,卸料,復(fù)位,能夠穩(wěn)定可靠地重復(fù)循環(huán)工作。3機械手液壓系統(tǒng)機構(gòu)設(shè)計計算31負載分析311載荷的組成和計算如圖1表示一個以液壓缸為執(zhí)行元件的液壓系統(tǒng)計算簡圖。各參數(shù)標注圖上，其中Fw是作用在活塞桿上的外部載荷，F(xiàn)m是活塞與缸壁以及活塞桿遇導(dǎo)向套之間的密封阻力。作用在活塞桿上的外部載荷Fg，導(dǎo)軌的摩擦力Ff和由速度變化而產(chǎn)生的慣性力Fa。圖3-1液壓缸受力簡圖（1）工作載荷Fd常見的工作載荷有作用于活塞桿上的重力、切削力、擠壓力等，這些作用力與活塞的運動方向相同為負相反為正。（2）導(dǎo)軌摩擦載荷摩擦阻力是指液壓缸驅(qū)動工作機構(gòu)工作時所克服的機械摩擦阻力，對于機床來說，即導(dǎo)軌摩擦阻力，其值與導(dǎo)軌的形式，放置情況和運動狀態(tài)有關(guān)。在機床上經(jīng)常使用的平導(dǎo)軌和V型導(dǎo)軌水平放置。對于平道軌 f （3-1）對于V型導(dǎo)軌 f/sin（/2） （3-2）式中Fn作用在導(dǎo)軌上的法向力 V型導(dǎo)軌夾角 f導(dǎo)軌摩擦因數(shù)圖3-2 平導(dǎo)軌圖3-3 V型導(dǎo)軌本課題采用平軌，故：ff取滑動導(dǎo)軌（材料鑄鐵對鑄鐵）低速（v10cm滿足最底速度的要求。3.4計算液壓缸各工作階段的工作壓力，流量，功率根據(jù)液壓缸的負載圖和速度圖以及液壓缸的有效面積，可以算出液壓缸工作過程各階段的壓力，在計算時工進時的背壓力按Pb810Pa代入，快退時按Pb510Pa代入公式和計算結(jié)果如下表：表3-1各工作階段的工作壓力，流量，功率工作循環(huán)計算公式負載 進油壓力回油壓力所需流量輸入功率F(N)P(Pa)Pn (Pa)L/minP(KW)差動快進Pjqv(A1A2)PP550.28.51013.51012.50.174工進479.138.5108100.320.021快退40813.11051012.90.218注：1.差動連接時，液壓缸的回油口到進油口之間的壓力損失P510Pa，而PnPP2快退時，液壓缸有桿腔進油。壓力為P，無桿腔回油，壓力為Pn。3.5 擬定液壓系統(tǒng)原理圖3.5.1 選擇液壓基本回路1確定調(diào)速方式及供油形式在液壓缸的初步計算前，已經(jīng)確定了采用調(diào)速閥的進口節(jié)流調(diào)速，因此相應(yīng)采用開式循環(huán)系統(tǒng)，這種調(diào)速回路具有較好的低速穩(wěn)定性和速度負載特性。2快速運動回路和速度換接回路根據(jù)本設(shè)計的運動方式和要求，采用差動連接和雙泵供油，兩種快速回路來實現(xiàn)快速運動，即快進時，由大小泵同時供油，液壓缸實現(xiàn)差動連接。采用二位三通電磁閥的速度換接回路，控制由快進轉(zhuǎn)為工進，與采用行程閥相比，電磁閥可直接安裝在液壓站上，由工作臺行程開關(guān)控制，管路較簡單，行程大小餓容易調(diào)整，另外采用液壓控制順序閥與單項閥來切斷差動油路，因此速度換接回路為形成和壓力聯(lián)合控制形式。3換向回路選擇本系統(tǒng)對換向的平穩(wěn)性沒嚴格的要求，所以選用電磁換向閥的換向回路。為提高換向的位置精度，采用壓力繼電器的行程終點反程控制。3.5.2 組成液壓系統(tǒng)將選定的液壓回路進行組合，并做出休整，即組成液壓系統(tǒng)圖。3.6選擇液壓元件3.6.1選擇液壓泵液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油，再無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是采用變量泵供油。對長時間所需油量較小的情況，可增設(shè)蓄能器作輔助油源。 工進階段液壓缸工作壓力最大。若取壓力損失510 Pa壓力繼電器可靠動作需要壓力差為510 Pa液壓泵最高工作液壓可按：因此泵的額定壓力可取Pa工進所需的流量最小是0.32L/min，設(shè)備流量最小流量為2.5L/min，則小流量泵的流量按公式即2.85L/min快進快退時液壓缸所需的最大流量是12.9L/min，則泵的總流量為：即大流量泵的流量：根據(jù)上面計算的壓力和流量，查產(chǎn)品樣本選用YB-4/12型的雙聯(lián)葉片泵，該泵的額定壓力為6.3MP，額定轉(zhuǎn)速為960r/min。3.6.2電動機的選擇系統(tǒng)為雙泵供油系統(tǒng)，其中小泵1的流量為：大泵的流量為：差動快進快退時兩個泵同時向系統(tǒng)供油，工進時，小泵向系統(tǒng)供油，大泵卸載，下面計算三個階段所需要的電動機功率P。1.差動快進 差動快進時，大泵2m出口油經(jīng)單向閥與小泵匯合，然后經(jīng)單向閥2，三位五通閥3，二位三通閥4進入液壓缸大腔，大腔的壓力查樣本可知，小泵的出口壓力損失，于是計算可得小泵的出口壓力（總效率），大泵出口壓力（總效率）。電動機效率為：2工進考慮到調(diào)速閥所需最小壓力壓力繼電器可靠動作所需壓力差因此工進時小泵的出口壓力而大泵的卸載壓力取（小泵的總效率）電動機功率：綜合比較 快退時所需功率最大，因此選用Y90l-6異步電動機，電動機功率1.1KW，額定轉(zhuǎn)速910r/min.3.6.3 選擇液壓閥根據(jù)液壓閥在系統(tǒng)中最高的工作壓力與通過的最大流量，可選出這些元件的型號及規(guī)格，本設(shè)計中所有閥是壓力為6310額定流量根據(jù)通過的流量是確定為10L/min，30L/min和63L/min三種規(guī)格。表3-2液壓閥的流量、型號和規(guī)格序號元件名稱通過流量（L/min）額定流量（L/min）額定壓力（MPa）額定壓降（MPa）型號、規(guī)格1過濾器34.8631.60.07XU-A63502單向閥34.8306.30.2I-30B3溢流閥3306.3Y-30B4節(jié)流閥22.2306.30.3L-30B5節(jié)流閥3.78/2.4/1106.30.3L-10B6三位四通電磁閥22.2306.30.434D-30B7二位四通電磁閥2.4106.30.424D-10B8二位二通電磁閥3.78106.30.422D-10B9減壓閥22.2306.3J-30B10三位四通電磁閥3.78/0.96106.30.434D-10B11減壓閥2.4106.3J-10B3.7 液壓缸基本參數(shù)的確定3.7.1 工作負載液壓缸的工作負載是指工作機構(gòu)在滿負載情況下，以一定的加速度啟動時對液壓缸產(chǎn)生的總阻力。F=K （3-7）工作機構(gòu)的要求的負載力； K考慮缸本身的各種負載力的系數(shù)； K=1.2F缸的輸出力。由原始參數(shù)F=1.83N,則F=1.21.8310=2.210N3.7.2 定活塞桿直徑按簡單拉伸或壓縮的受力條件來確定活塞桿的直徑。 （3-8）材料的許用應(yīng)力。計算出的d 值如果太小，允許根據(jù)結(jié)構(gòu)要求加大。若遇到明顯過細過長的活塞桿，活塞桿又受壓，則須按壓桿穩(wěn)定的條件來確定活塞桿直徑。計算出的活桿直徑查GB2348-80圓整。=108.2 mm 圓整后,取桿徑d=110mm.3.7.3 根據(jù)速比定出缸筒直徑D速比根據(jù)工作機構(gòu)的要求提出作為已知參數(shù)。若工作機構(gòu)對無明顯要求可按表3-1選取。表3-3速比的推薦值1.061.121.251.41.622.55缸內(nèi)徑公式： 取=2， =155.56（mm）計算出的D值按表3-3 圓整表3-4 缸內(nèi)徑D系列（GB2348-80）(mm)810121620253240506380100125160200250320400圓整后取港的內(nèi)徑D=160mm。3.7.4 選擇設(shè)計壓力p 液壓件的額定壓力是在指定的運轉(zhuǎn)條件下液壓件能長期正常工作的壓力。又叫公稱壓力。液壓件的工作壓力是指在真實系統(tǒng)中承受的壓力。若負載變化工作壓力的大小也會發(fā)生變化。系統(tǒng)的額定壓力可參照和現(xiàn)正設(shè)計的主機相同或類似的機器的系統(tǒng)壓力來選定缸的設(shè)計壓力。參見表3-5。表3-5 各類主機常用系統(tǒng)壓力主 機 類 型系統(tǒng)壓力（MPa）精加工機床半精加工機床精加工或重型機床農(nóng)業(yè)機械，小型工程機械、工程機械的輔助機構(gòu)液壓機、重型機械、超重機、大中型工程機械0.8-23-55-1010-1620-32表3-6 液壓缸公稱壓力系列（GB2346-80）(MPa)0.6311.62.546.310162540本設(shè)計中選設(shè)計壓力為p=10MPa.3.7.5 最小導(dǎo)向長度的確定當活塞桿全部外伸時，從活塞支撐面中點到導(dǎo)向套滑動面中點的距離稱為最小導(dǎo)向長度 H（圖3-4）。圖3-4 最小導(dǎo)向長度 H示意圖如果導(dǎo)向長度過小，將使液壓缸的初始饒度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此在設(shè)計時必須保證有一定的最小導(dǎo)向長度。 對于一般的液壓缸，其最小導(dǎo)向長度應(yīng)滿足下式要求：（m） （3-9）式中 L液壓缸最大工作行程(m)； D缸筒內(nèi)徑（m）.本設(shè)計中，L=1750mm=1.75m; D=160mm=0.16m.=0.1675m 符合要求。3.8 液壓缸結(jié)構(gòu)強度計算和穩(wěn)定校驗3.8.1 缸筒外徑計算缸內(nèi)徑確定之后，由強度條件來計算缸筒壁厚，然后計算出缸筒的外徑，按JB2183-77或其它相應(yīng)標準圓整為標準外徑。1.缸筒壁厚的計算(1)薄壁缸筒缸筒壁厚與內(nèi)徑D之比小于1/10者，稱為薄壁缸筒，壁厚按薄壁筒公式計算，則 (m) （3-10）式中 p液壓缸的最大工作壓力（Pa）; D缸筒內(nèi)徑（m）; 缸筒材料的許用應(yīng)力（Pa）;= 缸筒材料的抗拉強度極限（Pa）; n安全系數(shù)，一般取n=5.本設(shè)計中：=47 MPa 圓整后，取2.缸筒外徑的確定: 3.8.2 缸底厚度缸底為平底時，可由材料力學(xué)中圓盤計算公式導(dǎo)出。缸底厚度: 取3.8.3 液壓缸的穩(wěn)定性和活塞桿強度的驗算 前面對活塞桿直徑僅按速比作了初步確定，活塞直徑還必須同時滿足液壓缸的穩(wěn)定性及其本身的強度要求。 1.液壓缸穩(wěn)定性驗算 根據(jù)材料力學(xué)概念，液壓缸的穩(wěn)定條件為 （N） （3-11） 式中 P活塞桿的最大推力（N）; 液壓缸穩(wěn)定臨界力（N）; 穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取=2-4。液壓缸的穩(wěn)定臨界力值與活塞桿和缸體的材料、長度、剛度以及兩端承狀況有關(guān)。一般l/d大于10以后就要進行穩(wěn)定校驗。圖3-5 液壓缸的安裝形式和活塞桿計算長度用歐拉公式計算=110/4=27.5 mm=101.8當時，由歐拉公式 （N） （3-12）式中 活塞桿計算柔度（柔性系數(shù)）； 長度折算系數(shù)，取決于液壓缸的支承在狀況，如圖4-5所示； l活塞桿計算長度（即液壓缸安裝長度，m）； E活塞桿材料的縱向彈性模數(shù)，E=20.59； i活塞桿橫斷面回轉(zhuǎn)半徑， （m），其中A為斷面面積（）,I為斷面最小慣性矩（）。對圓斷面，； 柔性系數(shù)（按表3-7選?。?，表3-7 柔性系數(shù)表材料ab鋼(A3)鋼(A5)硅鋼鑄鐵310046005890770011.4036.1738.1712010510010080616060- 本設(shè)計中，1，l=1.750m, E=20.59,I=iA=7.18=N故=N,完全符合穩(wěn)定性要求。3.8.4 活塞組件活塞組件活塞和活塞桿。這部分的結(jié)構(gòu)活塞和活塞桿的聯(lián)結(jié)，活塞桿頭部的結(jié)構(gòu)兩方面的問題。根據(jù)工作壓力、安裝形式及工作條件的不同，活塞組件也有多種結(jié)構(gòu)形式。1.活塞與活塞桿的聯(lián)結(jié)活塞和活塞桿的聯(lián)結(jié)可采用螺紋連接和非螺紋連接兩種形式。非螺紋連接常用于大工作壓力的場合，本設(shè)計中采用的是螺紋連接。2.活塞桿頭部結(jié)構(gòu)活塞桿頭部直接和工作機械聯(lián)系，根據(jù)與負載連接的要求不同，活塞桿頭部主要有如下幾種結(jié)構(gòu)：（1）單耳環(huán)不帶襯套式；（2）單耳環(huán)帶襯套式；（3）單耳環(huán)式；（4）雙耳環(huán)式；（5）球頭式；（6）外螺紋式；（7）內(nèi)螺紋式。本設(shè)計中考慮到液壓缸和機械裝置的連接形式，采用單耳環(huán)帶襯套式的頭部結(jié)構(gòu)。3.8.5 密封裝置液壓缸在工作時，缸內(nèi)壓力較缸外的壓力高的很多；缸內(nèi)的進油腔壓力較回油腔壓力也高的很多，這樣，油液就可能通過固定件的聯(lián)結(jié)處和相對運動的配合間隙處泄漏，這種泄漏既有內(nèi)泄也有外泄，外泄不但使油液損失影響環(huán)境，而且有著火的危險。內(nèi)泄則能使油液發(fā)熱，液壓缸的容積效率降低，從而使液壓缸的工作性能變壞。因此應(yīng)最大限度的減少泄漏?；钊透淄矁?nèi)壁之間的滑動和密封，目前主要有這樣幾種方案：第一種方案是靠活塞直接與缸壁接觸滑動，密封由O型圈來實現(xiàn)，這種方案構(gòu)造簡單摩擦阻力小，但密封壽命低，而且工藝要求高；第二種方案是采用V型密封圈，這種密封圈的特點是可以支承一定的徑向力，但活塞運動時的磨擦阻力大；第三種方案是目前工程機械上用的最普遍的一種，活塞上套一個用耐磨材料（尼龍或聚四氟乙烯）制成的支承環(huán)，用以代替活塞與缸壁的磨擦，可降低摩擦系數(shù)和提高液壓缸的壽命，它不起密封作用，密封靠一對小Y型密封圈，本設(shè)計即采用第三種方案。3.8.6 緩沖裝置液壓缸一般都設(shè)有緩沖裝置，特別是活塞運動速度較高和運動部件較大時，為了防止活塞在行程終點與缸蓋或缸底發(fā)生機械碰撞，引起噪聲、沖擊，甚至造成液壓缸或被驅(qū)動件的損壞，則必須設(shè)置緩沖裝置。 a)固定節(jié)流孔緩沖器 b)節(jié)流槽緩沖機構(gòu) c)溢流閥緩沖機構(gòu)圖3-6 節(jié)流緩沖裝置 本設(shè)計中采用的緩沖裝置為溢流閥的緩沖裝置，如果不考慮溢流閥的壓力超調(diào)值，則該緩沖裝置為恒壓等減速緩沖裝置。優(yōu)點是隨運動部件的質(zhì)量和初速度V。的不同，緩沖壓力可以調(diào)節(jié)。3.8.7 油管的選擇根據(jù)選定的液壓閥連接油口尺寸確定管道尺寸。液壓缸進出油管按輸出，排出的流量來計算。由于系統(tǒng)液壓缸差動連接快進快退時，油管內(nèi)通油量最大其實際流量為泵的額定流量的兩倍達32L/min，則液壓缸進出油口直徑d按產(chǎn)品樣本，選用內(nèi)徑為15mm，外徑為19mm的10號冷拔鋼管。3.8.8 油箱容積的確定取油箱的有效容積為泵每分鐘排除液體體積的1.2倍，上述的有效容積是指油箱中油所占據(jù)的容積，其實際含義是系統(tǒng)正常工作時油箱中的油所占據(jù)的容積，和系統(tǒng)中的油全部流回油箱所占的容積，這兩部分之總和，油箱的總?cè)莘e是指油箱的有效容積和油箱中空氣所占據(jù)的容積的總和，空氣的體積約為油箱總?cè)莘e的10%。本設(shè)計中，液壓泵的流量為230L/min，即每分鐘流量為230升。圓整后取280升。擬定油箱的長、寬、高為。3.9液壓傳動用油的選擇油液在液壓系統(tǒng)中實現(xiàn)潤滑與傳遞動力的雙重功能,必須根據(jù)使用環(huán)境和目的慎重選擇。3.9.1 工作介質(zhì)的選擇根據(jù)液壓工作介質(zhì)的使用要求，選取L-HL型液壓油。該液壓油的特征和主要應(yīng)用：本產(chǎn)品為精制礦物油，并改善其防銹和抗氧性的潤滑油，常用于低壓液壓系統(tǒng)，也可適用于要求換油期較長的輕負荷機械的油浴式非循環(huán)潤滑系統(tǒng)。3.9.2 介質(zhì)粘度的選擇液壓系統(tǒng)所有元件中，以液壓泵的轉(zhuǎn)速最高，壓力大，溫度較高。一般應(yīng)根據(jù)液壓泵的要求來確定液壓油的粘度。根據(jù)表3-8選擇L-HL46。表3-8液壓油的粘度名稱粘度（/s）工作壓力（MPa）工作溫度（）推薦用油允許最佳齒輪泵4220255412.5以下540L-HL32, L-HL464080L-HL46, L-HL681020540L-HL46 ,L-HL684080L-HL46 ,L-HL681632540L-HL32, L-HL684080L-HL46, L-HL684驗算系統(tǒng)液壓性能4.1壓力損失的驗算及泵壓力的調(diào)整1工進時壓力損失的驗算和小流量泵壓力的調(diào)整工進時管路中的流量僅為0.32L/ min,因此流速很小，所以沿程損失和局部壓力損失都非常小，可以忽略不計。這時進油路上僅考慮調(diào)速閥的壓力損失，回油路只有背壓閥的壓力損失，小流量泵的調(diào)整壓力應(yīng)等于工進時液壓缸的工作壓力P加上進油口的壓力差，并考慮繼電器的動作需要則：即小流量的溢流閥口按此壓力調(diào)整。2快退時的壓力損失驗算及大流量泵卸載壓力的調(diào)整因快退時液壓缸無桿腔的回油量是進油量的2倍，其壓力損失比快進時的大，因此必須計算快退時的進油路與回油路的壓力損失，以便確定大流量泵的卸載壓力。進油管和回油管長度均為l=1.8mm，油管直徑，通過的油量為進油路回油路液壓系統(tǒng)選用L-HL46號液壓油，考慮最底工作溫度為15。由手冊查出此時油的運動粘度，油的密度，液壓系統(tǒng)元件采用集成塊式的配置形式。1） 確定油流的流動狀態(tài)，按公式 （3-13）式中 v平均流速（m/s）; d油管內(nèi)徑（m） 油的運動粘度（cm/s） q通過的流量（m）則進油路中油流的雷諾數(shù)為：回油路中液流的雷諾數(shù)為：由上可知進出油路中的流動都是層流。2）沿程壓力損失由下面公式可以算出進油路和回油路的壓力損失在進油路上，流速，則壓力損失為：在回油路上，流速為進油路的兩倍即v=3.02m/s，則壓力損失為3）局部壓力損失由于采用集成塊式的液壓裝置，所以只考慮閥類元件和集成塊內(nèi)的壓力損失。通過各閥局部壓力損失可得見表（3-9）：表3-9各閥的壓力損失序號元件名稱通過流量（L/min）額定流量（L/min）額定壓降（MPa）壓降（MPa）型號、規(guī)格1過濾器34.8630.070.021XU-A63502單向閥34.8300.20.2I-30B3溢流閥330Y-30B4節(jié)流閥22.2300.30.16L-30B5節(jié)流閥3.78/2.4/1100.30.0430.0170.003L-10B6三位四通電磁閥22.2300.40.2234D-30B7二位四通電磁閥2.4100.40.02324D-10B8二位二通電磁閥3.78100.40.05722D-10B9減壓閥22.230J-30B10三位四通電磁閥3.78/1100.1mm）、普通的（d0.01mm）、精的（d0.005mm）、特精的（d0.001mm）。不同的液壓系統(tǒng)，對濾清器的過濾精度要求如下表：表4-1 濾清器的過濾精度要求系統(tǒng)類別潤滑系統(tǒng)傳動系統(tǒng)隨動系統(tǒng)特殊要求系統(tǒng)壓力(Pa)0-257070350210350顆粒度（mm）0.10.025-0.050.0250.0050.0050.0012. 能滿足液壓系統(tǒng)對過濾能力的要求 濾油器的過濾能力，是指在一定壓差下，允許通過濾油器的最大流量。一般用濾油器的有效過濾面積（濾芯上能通過的油液的總面積）來表示。對濾油器過濾能力的要求，應(yīng)結(jié)合濾油器在系統(tǒng)中的安裝位置來考慮。如安裝在液壓泵吸油管路上的濾油器，其過濾能力應(yīng)為液壓泵流量的兩倍以上。3. 濾油器的材料應(yīng)具有一定的機械強度，保證在一定的工作壓力下不會因液壓力的作用而受到破壞4. 在一定的工作溫度下，應(yīng)能保證性能穩(wěn)定，有足夠的耐久性5. 有良好的抗腐蝕能力6. 結(jié)構(gòu)盡量簡單，尺寸緊湊7. 便于清洗維護，便于更換濾芯8. 造價低廉4.3.2 濾油器的種類濾油器按過濾精度分粗、普通、精、特精四類。濾油器還可按濾芯的結(jié)構(gòu)分類1. 網(wǎng)式濾油器，油液流經(jīng)此濾油器時，由濾網(wǎng)上的小孔起濾清作用。2. 線隙式濾油器，濾芯由金屬絲繞制而成，依靠金屬絲間的微小間隙來過濾混入油液中的雜質(zhì)。3. 紙質(zhì)濾油器，濾芯為多層酚醛樹脂處理過的微孔濾紙，由微孔濾掉混入油液中的雜質(zhì)。4. 磁性濾油器，依靠永久磁鐵，利用磁化原理來濾除混入油液中的鐵屑。5. 燒結(jié)式濾油器，濾芯為顆粒狀青銅粉末等金屬粉末壓制燒結(jié)而成，利用顆粒之間的微孔濾去混入油液中的雜質(zhì)。6. 不銹鋼纖維濾油器，濾芯為不銹鋼纖維壓制制成，由纖維絲之間的間隙濾掉混入油液中的雜質(zhì)，這種濾油器的過濾精度高，可承受200bar的壓差，可以清洗，但因為濾芯價格昂貴，一般液壓系統(tǒng)并不采用，只推薦在高壓伺服系統(tǒng)中應(yīng)用。7. 合成樹脂濾油器，濾芯由一種無機纖維經(jīng)液態(tài)樹脂浸滯處理制成。由于微孔很小、牢度很大，因此過濾精度高，且能承受210bar的壓差。4.3.3 線隙式濾油器如圖 4-1 所示，線隙式濾油器的濾芯由銅絲（d=0.4mm）繞成，依靠銅絲間的微小間隙來濾除混入油液中的雜質(zhì)。線隙式濾油器分為壓油管路用線隙式濾油器和吸油管路用線隙式濾油器兩種。圖 4-1 線隙式濾油器圖示為壓油管路用線隙式濾油器，有外殼1；當用于吸油管路時不用外殼，濾芯部分2直接進入油液中。壓油管路用線隙式濾油器的過濾精度分0.03 mm和0.08mm 兩類，壓力損失小于0.6bar；吸油管路用濾油器的過濾精度分0.05mm和0.1mm兩類，壓力損失小于0.2bar。線隙式濾油器結(jié)構(gòu)簡單，通油能力大，過濾精度比網(wǎng)示濾油器高，缺點是不易清洗，一般用于低壓回路或輔助回路。4.3.4 濾油器在液壓系統(tǒng)中的安裝位置和維護安裝位置濾油器的連接形式有板式、管式和法蘭式三種，可以安裝在液壓泵的吸油管路上、壓油管路上、回油路上、輔助泵的輸油路上、支流管路上或單獨過濾。本課題中濾油器安裝在液壓泵的吸油管路上，如圖4-2 ，將粗濾油器裝在液壓泵的吸油管路上，主要目的是保護液壓泵免遭較大顆粒雜質(zhì)的直接傷害。為了不置影響液壓泵的吸油能力，裝在吸油管路上的濾油器的通油能力應(yīng)大于液壓泵流量的兩倍。濾油器應(yīng)經(jīng)常清洗，以免過多增加液壓泵的吸油能力。圖4-2 濾油器安裝位置結(jié) 論這次畢業(yè)設(shè)計，我主要對機械手液壓系統(tǒng)進行設(shè)計。機械手有下列基本組成部分：小車，滑板和機器人手臂位移電液步進式驅(qū)動裝置以及手腕轉(zhuǎn)動、擺動機構(gòu)和夾持器夾緊機構(gòu)驅(qū)動裝置。而液壓系數(shù)控機床自動夾持搬運裝置的液壓系統(tǒng)設(shè)計摘 要：數(shù)控機床上專用于工件和零件的夾持和自動運轉(zhuǎn)的裝置，其運動自由度多，且有嚴格的動作順序要求。用液壓驅(qū)動可實現(xiàn)動作自動循環(huán)，利于自動化和高效率等要求。機械手用于各種工藝裝備上，其中包括組成柔性自動化系統(tǒng)的數(shù)控金屬切削機床。工業(yè)機器人裝備有自動可換夾持裝置，其中雙夾持器的裝置用來保證同時操作毛坯和在加工的零件。本設(shè)計主要針對機械手的液壓系統(tǒng)，確定液壓系統(tǒng)中各個部分的功能，并且對各種執(zhí)行元件進行計算分析，最終完成液壓原理圖。關(guān)鍵詞：可換夾持裝置 液壓元件 雙夾持器畢業(yè)設(shè)計（論文）外文摘要Numerically Controlled Machine Tools Automatically Handling Devices Hydraulic Rescue System DesignAbstract: Numerically controlled machine tools, spare parts and dedicated to her rescue and automatic operation of the device, the more freedom of movement and strict action sequence. Driven by hydraulic achievable moves automatically cycle for automation and high efficiency. Mechanical hand for various processes and equipment, including the digital automation system composed soft metal cutting machine tools. Industrial robots are equipped with automatic convertible rescue devices, including devices used to ensure that double-rescue devices at the same time and in the processing operation blank parts. The design of the hydraulic system mainly mechanical hand, identifying the functions of the various parts of the hydraulic system, and implementation of various components in the calculation of analysis, and ultimately complete hydraulic principles maps.Keywords: Convertible rescue devices ; Hydraulic components; Double-rescue vehicles目 錄1 概述 11.1課題背景 11.2課題內(nèi)容 11.3課題的意義 21.4課題的創(chuàng)新點 22 機械手的功能設(shè)計 22.1機械手液壓系統(tǒng)的各部分功能 22.2 機械手液壓系統(tǒng)的功能綜合52.3機械手電磁鐵動作循環(huán)表 62.4 機械手液壓系統(tǒng)方案設(shè)計 63 機械手液壓系統(tǒng)機構(gòu)設(shè)計計算 63.1負載分析 63.2 液壓馬達的負載93.3 執(zhí)行元件主要參數(shù)的確定103.4 計算液壓缸各工作階段的工作壓力、流量、功率113.5 擬定液壓原理圖113.6選擇液壓元件123.7液壓缸基本參數(shù)的確定143.8液壓缸結(jié)構(gòu)強度計算和穩(wěn)定校驗173.9液壓傳動用油的選擇224 驗算系統(tǒng)液壓性能234.1壓力損失的驗算及泵壓力的調(diào)整234.2液壓系統(tǒng)發(fā)熱和溫升驗算264.3濾油器的選擇26結(jié)論 30致謝 31參考文獻321概述11 課題背景 現(xiàn)在工業(yè)機器人集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。自從1962年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機器人以來，機器人技術(shù)極其產(chǎn)品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(tǒng)（FMS）、自動化工廠（FA）、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）的自動化工具。廣泛采用工業(yè)機器人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。和計算機、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，工業(yè)機器人的廣泛應(yīng)用正在日益改善著人類的生產(chǎn)和生活方式。工業(yè)機器人是最典型的機電一體化數(shù)字化裝備，技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很廣，作為先進制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息化社會的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起著越來越重要的作用。國外專家預(yù)測，機器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計算機之后出現(xiàn)的一種新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。據(jù)聯(lián)合國歐洲委員會（UNECE）和國際機器人聯(lián)合會（IFR）的統(tǒng)計，世界機器人市場前景看好，從20世紀下半葉起，世界機器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長的良好勢頭。進入20世紀90年代，機器人產(chǎn)品發(fā)展速度較快，年增長率平均在10%左右。2004年增長率達到闖記錄的20%。其中，亞洲機器人增長幅度最為突出，高達43%。在自動化生產(chǎn)領(lǐng)域中，工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的。工業(yè)機械手的是從工業(yè)機器人中分支出來的。 其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器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機械手作業(yè)具有準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力。 機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器，它有多個自由度，可用來搬運物體以完成在各個不同環(huán)境中工作。 機械手由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動-傳動機構(gòu)、控制系統(tǒng)、智能系統(tǒng)、遠程診斷監(jiān)控系統(tǒng)五部分組成。驅(qū)動-傳動機構(gòu)與執(zhí)行機構(gòu)是相輔相成的，在驅(qū)動系統(tǒng)中可以分：機械式、電氣式、液壓式和復(fù)合式，其中液壓操作力最大。本課題是數(shù)控機床上專用于工件和零件的夾持和自動運轉(zhuǎn)的裝置，其運動自由度多，且有嚴格的動作順序要求、用液壓驅(qū)動可實現(xiàn)動作自動循環(huán)，利于自動化和高效率等要求。12課題內(nèi)容本課題的基本內(nèi)容是：1）功能原理方案分析2）液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計3）液壓系統(tǒng)的計算4）油箱與執(zhí)行元件工作圖設(shè)計5）編寫計算說明書13課題的意義本課題所研究的數(shù)控機床的裝夾裝置屬于工業(yè)機器人這一范疇，對它的研究實際上就是對工業(yè)機器人的研究?，F(xiàn)在工業(yè)機器人集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。自從1962年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機器人以來，機器人技術(shù)極其產(chǎn)品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(tǒng)（FMS）、自動化工廠（FA）、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）的自動化工具。