【正文】 專業(yè)課程設(shè)計任 務(wù) 書一、目的與要求《專業(yè)課程設(shè)計》是機械設(shè)計及自動化專業(yè)方向?qū)W生的重要實踐性教育環(huán)節(jié)，也是該專業(yè)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計前的最后一次課程設(shè)計。擬通過《專業(yè)課程設(shè)計》這一教學(xué)環(huán)節(jié)來著重提高學(xué)生的機構(gòu)分析與綜合的能力、機械結(jié)構(gòu)功能設(shè)計能力、機械系統(tǒng)設(shè)計的能力和綜合運用現(xiàn)代設(shè)計方法的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新與實踐能力。在《專業(yè)課程設(shè)計》中，應(yīng)始終注重學(xué)生能力的培養(yǎng)與提高?！秾I(yè)課程設(shè)計》的題目為工業(yè)機械手設(shè)計，要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，獨立完成整個設(shè)計過程。學(xué)生通過《專業(yè)課程設(shè)計》，應(yīng)該在下述幾個方面得到鍛煉：1． 綜合運用已學(xué)過的“機械設(shè)計學(xué)”、“液壓傳動”、“機械系統(tǒng)設(shè)計”、“計算機輔助設(shè)計”等課程和其他已學(xué)過的有關(guān)先修課程的理論和實際知識，解決某一個具體設(shè)計問題，是所學(xué)知識得到進一步鞏固、深化和發(fā)展。2． 通過比較完整地設(shè)計某一機電產(chǎn)品，培養(yǎng)正確的設(shè)計思想和分析問題、解決問題的能力，掌握機電產(chǎn)品設(shè)計的一般方法和步驟。3． 培養(yǎng)機械設(shè)計工作者必備的基本技能，及熟練地應(yīng)用有關(guān)參考資料，如設(shè)計圖表、手冊、圖冊、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等。4． 進一步培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。二．主要內(nèi)容表1精鍛機上料機械手主要技術(shù)參數(shù)手臂運動形式（ 圓柱坐標(biāo)式抓取重量60kgf自由度4個手 手臂運動行程和速度水平伸縮500mm 設(shè)定點2升降600mm 設(shè)定點2左右旋轉(zhuǎn)200度 設(shè)定點3手腕回轉(zhuǎn)和速度180度 設(shè)定點2手指夾持范圍四種規(guī)格 90120定位方式和定位精度機械擋塊 +1mm控制方式點位程控，開關(guān)板預(yù)選驅(qū)動方式液壓 kgf/cm2（1）根據(jù)以上相關(guān)設(shè)計參數(shù)及要求，完成精鍛機上料機械手方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計及控制系統(tǒng)設(shè)（2）撰寫專業(yè)課程設(shè)計報告一份，不少于10000字。三、進度計劃序號設(shè)計內(nèi)容完成時間備注1總體方案設(shè)計第2天2繪制部件及總體設(shè)計草圖第5天3繪制零件圖第8天4繪制液壓原理圖第9天5繪制電器原理圖第10天6繪制正式圖第12天7編寫專業(yè)課程設(shè)計報告第13天8答辯第14天四、課程設(shè)計成果要求 1．機械手總裝圖1張（0號圖紙）、部件圖若干張（0號圖紙）；2．全部非標(biāo)零件圖（圖紙類型是零件類型及復(fù)雜程度而定）；3．液壓原理圖和電器控制原理圖各一張； 4．撰寫專業(yè)課程設(shè)計報告一份，不少于10000字。五、考核方式專業(yè)課程設(shè)計的成績評定采用四級評分制，即優(yōu)秀、良好、通過和不通過。成績的評定主要考慮學(xué)生的獨立工作能力、設(shè)計質(zhì)量、答辯情況和平時表現(xiàn)等幾個方面，特別要注意學(xué)生獨立進行工程技術(shù)工作的能力和創(chuàng)新精神，全面衡量學(xué)生的真實質(zhì)量。 學(xué)生姓名： 安蕾 劉國威 劉欣磊 彭澎 孫赫俊 指導(dǎo)教師：楊曉紅、花廣如、楊化動 2011年12月30日 一 機械手動作過程和主要設(shè)計參數(shù)介紹 任務(wù)概述本次專業(yè)課程設(shè)計的任務(wù)是設(shè)計精鍛機上料機械手。本機械手是為精鍛機服務(wù)的，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大等特點，可大大減少工人的勞動強度，并且大大提高上料的效率。工業(yè)機械手是一種新型的自動化裝置，它可根據(jù)作業(yè)的要求，按照預(yù)先確定的程序搬運物體，裝卸零件以及操持噴槍、焊把等工具區(qū)完成一定的任務(wù)，因此它可在繁重、高溫和多粉塵等勞動條件較差的作業(yè)中，部分地代替人工操作。 精鍛機上料機械手的動作過程當(dāng)旋鈕打向回原點時，系統(tǒng)自動地回到左上角位置待命。當(dāng)旋鈕打向自動時，系統(tǒng)自動完成各工步操作，且循環(huán)動作。當(dāng)旋鈕打向手動時，每一工步都要按下該工步按鈕才能實現(xiàn)。 精鍛機上料機械手的總體設(shè)計簡圖由動作要求和實際生產(chǎn)檢驗的綜合考慮，初步擬定機械手結(jié)構(gòu)簡圖如下： 精鍛機上料機械手結(jié)構(gòu)示意圖由結(jié)構(gòu)示意圖得，該上料機械手有4個自由度：腕部的回轉(zhuǎn)運動。臂部的水平移動。腰部的上下移動。機身的回轉(zhuǎn)運動。 精鍛機上料機械手主要技術(shù)參數(shù),見下表手臂運動形式（ 圓柱坐標(biāo)式抓取重量60kgf自由度4個手 手臂運動行程和速度水平伸縮500mm 設(shè)定點2升降600mm 設(shè)定點2左右旋轉(zhuǎn)200度 設(shè)定點3手腕回轉(zhuǎn)和速度180度 設(shè)定點2手指夾持范圍四種規(guī)格 90120定位方式和定位精度機械擋塊 +1,mm控制方式點位程控，開關(guān)板預(yù)選驅(qū)動方式液壓 kgf/cm2二 整體方案設(shè)計 機械手的設(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；手臂運動參數(shù)；手臂伸縮范圍：0~500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：0~600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；手腕運動參數(shù)：手腕回轉(zhuǎn)范圍:00~1800；手腕回轉(zhuǎn)速度：2010每秒；手指夾持范圍： Φ90Φ120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 機械手實現(xiàn)的動作機械手原位→機械手前伸→機械手上升→機械手抓取并夾緊→機械手后退機械手左轉(zhuǎn)→機械手前伸→機械手松開→機械手下降→機械手右轉(zhuǎn)→退至原位 機械手的結(jié)構(gòu)組成本機械手系統(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。 機械手的工作過程立式精鍛機和自動上料機械手等的配置如圖241所示。被加熱的坯料由運輸車2送到上料位置后，自動上料機械手3將熱坯料搬運到立式精鍛機1上鍛打，其成品鍛件由下料機械手4送立式精鍛機上取下并送到轉(zhuǎn)換機械手5上，轉(zhuǎn)換機械手先把鍛件翻轉(zhuǎn)90176。成水平位置，由丙烷切割裝置6將兩端切齊，切割完畢，轉(zhuǎn)換機械手5的手臂再水平回轉(zhuǎn)87176。，將鍛件水平放置到下料運輸裝置7上，運送到車間外面的料倉處進行冷卻。自動上料機械手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。44 機械手的座標(biāo)型式與自由度選擇按機械手手臂的不同運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。由于本機械手在上下料時手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運動，因此，采用圓柱座標(biāo)型式。相應(yīng)的機械手具有三個自由度，為了彌補升降運動行程較小的缺點，增加手臂擺動機構(gòu)，從而增加一個手臂上下擺動的自由度。 機械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計為了使機械手的通用性更強，把機械手的手部結(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。 機械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計考慮到機械手的通用性，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)運動的機構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓缸。 機械手的手臂結(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)運動。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運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。手臂的各種運動由液壓缸來實現(xiàn)。 機械手的驅(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，成本低廉因此本機械手采用液壓壓傳動方式。 機械手的控制方案設(shè)計考慮到機械手的通用性，同時使用點位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC)對機械手進行控制。當(dāng)機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。三 機械手具體結(jié)構(gòu)設(shè)計各機構(gòu)設(shè)計有適當(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。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。 機械手開閉示例簡圖力求結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小手部處于腕部的最前端，工作時運動狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)，重量和體積直接影響整個機械手的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運動速度等性能。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。手指應(yīng)有一定的強度和剛度其它要求因此送料，夾緊機械手，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。油缸右腔停止進油時，液壓力夾緊工件，油缸右腔進油時松開右腔推力為FP=（π／4）D178。P （）=（π／4）178。2510179。=根據(jù)鉗爪夾持的方位，查出當(dāng)量夾緊力計算公式為：F1=（2b／a）（cosα′）178。N′ （） 其中 N′=498N=392N，：F1=（2b／a）（cosα′）178。N′ =(2150/50)（cos30186。）178。392