【正文】 1m a xm a xm a x ????? MeMeMMWWa n 式中： 靜負載力:W 允許最大靜負載力:M A XW 靜轉(zhuǎn)矩:M 允許最大靜轉(zhuǎn)矩:m a xM 動轉(zhuǎn)矩:eM 允許最大動轉(zhuǎn)矩:m a xeM 參考 氣缸 使用手冊 [40]， 如圖 58所示，在不同的安裝方式下，氣缸分別受到 W W2 兩個靜負載力影響。 下面分析其受到的三種主要載荷： 靜 負載 力 、靜轉(zhuǎn)矩 負載 和動轉(zhuǎn)矩 負載。 哈爾濱理工大學工程碩士學位論文 38 由公式計算后得出平均應(yīng)力為 ???? Mpa 由此可見 ? ＜＜ ??? ，所以門架的結(jié)構(gòu)是安全的。表 51為機械手各部件質(zhì)量列表。由于橫梁、立柱部分均為螺栓連接，為保證其對中要求，在腳座部分需設(shè)置調(diào)節(jié)槽，通過調(diào)整，使得整體機構(gòu)的組裝能夠順利進行。 10mm 厚的鋼板 焊接于 立柱底部 ，門架立柱結(jié)構(gòu) 如圖 55， 門架立柱截面 如圖 56 所示。鋼板寬度與橫梁寬度相等，該結(jié)構(gòu) 使 立柱的穩(wěn)定性 大大提高 。為防止其變形，通過兩根槽鋼焊接而成，兩端 通過螺栓 固定于立柱之上。 門架 結(jié)構(gòu)如圖 52所示。 如圖 51 所示，若把氣缸 直接固定在門架兩端，氣缸會受到向下的重力載荷影響，導致氣缸整體產(chǎn)生向下的變形，使水平方向上的定位精度受到影響。 氣缸 固定支座 結(jié)構(gòu)的研究 氣動機械手 橫臂進行水平方 向運動，并在橫臂上需要進行多次重復定位，通過大跨度氣缸來滿足這一要求。 哈爾濱理工大學工程碩士學位論文 35 第 5章 機械手 關(guān)鍵技術(shù) 的 研究 機械手通過試驗運行，出現(xiàn)了兩個影響到實用性和精度的問題： 1．由于氣缸的固定在門架結(jié)構(gòu)之上，由于其剛自身重量對門架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一個載荷的作用，在運動過程中的反復作用，會使氣缸產(chǎn)生變形的可能，導致整體精度受到影響。包含 過濾調(diào)壓閥 、 安全啟動閥 、 自動排水閥以及帶安全架。 6． 氣源處理 套件 [34] 氣源處理 套 采用的是多功能并且堅固的三連件。本機械手采用 外牙 牙徑 PTI/4 的消音器。采用排氣節(jié)流式，外牙，牙徑 M5，用于接 ￠ 4的軟管。 2． 方向控制閥 方向控制閥采用兩位五通電磁換向閥，采用 Airtac 的 4Vl20M5DC24V 型5個， Airtac 型號的 4V110M5DC24V 一個 [33]。 氣缸耗氣量 計算 [31， 32] 耗氣量 Q 與氣缸的行程 S、直徑 D、缸動作的時間以及換向閥 到 氣缸管道的容積有關(guān)。 氣 動元件的選擇 根據(jù)以上分析，對氣動元件的選擇如下 : 1． 空氣壓縮機 氣壓系統(tǒng)的動力源裝置是 空氣壓縮機。 在液壓系統(tǒng)中猶如自動開關(guān)，用來控制多個執(zhí)行元件的順序動作。 主要用于降低系統(tǒng)某一支路的油液壓力，使同一系統(tǒng)能有兩個或是多個不同壓力的回路。溢流閥有多種用途，但其基本功能有兩種：一是保證系統(tǒng)壓力恒定，二是在系統(tǒng)中作為安全閥使用，對系統(tǒng)其過載保護作用。它們都是利用流體的壓力與閥內(nèi)的彈簧力相平衡的原理來工作的。 壓力控制閥 用于實現(xiàn)系統(tǒng)壓力 控制的閥同城為壓力控制閥。 2． 調(diào)速 閥 哈爾濱理工大學工程碩士學位論文 32 調(diào)速閥 是由 定差減壓閥與節(jié)流閥串聯(lián)而成的組合閥。常用的流量控制閥有節(jié)流閥、調(diào)速閥和分流集流閥。按其結(jié)構(gòu)可分為座閥式換向閥（錐閥式、球閥式等）、滑閥式換向閥 和轉(zhuǎn)閥式換向閥三種。 1．單向閥， 按其功能分為普通單向閥、液壓單向閥、梭閥、雙壓閥、和其它閥等。 方向控制閥 方向控制閥的主要作用是控制系統(tǒng)中流體的流動方向，其工作原理是利用 。 哈爾濱理工大學工程碩士學位論文 31 3． 按結(jié)構(gòu)形式分類 （ 1） 滑閥； （ 2） 錐閥； （ 3） 球閥； （ 4） 轉(zhuǎn)閥； （ 5） 噴嘴擋板閥； （ 6） 射流管閥。 1． 按用途分類 （ 1） 方向控制閥（如單向閥、換向閥）； （ 2） 壓力控制閥（如溢流閥、減壓閥、順序閥）； （ 3） 流量控制閥（如節(jié)流閥、調(diào)速閥）。 氣源需通過壓縮后方可在 氣壓傳動系統(tǒng)中 使用 ， 方向和流量的控制 主要靠氣動控制元件來實現(xiàn) 。 哈爾濱理工大學工程碩士學位論文 30 圖 42 氣路實物連接圖 氣動輔助元件 的 選取 為了全面監(jiān)測機床主軸的徑向跳動量可采用 MCGS 組態(tài)軟件開發(fā)監(jiān)測系統(tǒng)[36]。 圖 41 驅(qū)動系統(tǒng)原理圖 執(zhí)行元件 采用 2位 5通先導式雙電控電磁換向閥來控制 方向，信號為短脈沖信號。 機械手的驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 分析 機械手搬運物料 過程中 的 運動軌跡 ，機械手驅(qū)動系統(tǒng) 主要有轉(zhuǎn)動和直線運動兩種 運動形式 。 哈爾濱理工大學工程碩士學位論文 29 第 4章 機械手驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計 通過設(shè)計 驅(qū)動系統(tǒng) 來 確定執(zhí)行機構(gòu)運動的傳動裝置。 最后 對氣動裝卸機械手的總體結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計 ，設(shè)計 采用模塊化的方式 ，把機械手分為三個模塊， 對其 結(jié)構(gòu) 、 聯(lián)接方式 進行了設(shè)計 。通過分析提出了兩種設(shè)計方案，一種是將機械手放置在 數(shù)控機床身后，通過高空懸臂進行機械手的控制；另一種是通過大跨度門架結(jié)構(gòu)，將機械手吊于數(shù)控機床上空。 哈爾濱理工大學工程碩士學位論文 28 本章小結(jié) 本章首先 確定機械手設(shè)計基礎(chǔ)為 華中數(shù)控 CK6132 數(shù)控車床 ， 針對數(shù)控機床的自身尺寸、使用環(huán)境的要求和工件裝卸的特點對機械手進行了設(shè)計。 圖 315 模塊化 機械手 手臂 模塊 （橫臂） （ 2）直臂模塊 組成 與 功能分析 如圖 316 所示， 由 MGPM 導桿氣缸、 MGGMF 導桿氣缸、柔性 調(diào)節(jié) 機構(gòu)組成， 通過高精度柔性調(diào)節(jié)機構(gòu)調(diào)整，以保證機械手氣爪與機床卡盤對中精度[30]。 圖 314 連接件 設(shè)計 圖 哈爾濱理工大學工程碩士學位論文 26 3． 手臂模塊組成 與 功能分析 （ 1）橫臂模塊組成 與 功能分析 如圖 315 所示， 橫臂模塊由 MLZB 氣 缸、 導軌、 聯(lián)接件組成， 安裝于門架結(jié)構(gòu)的橫梁之上，可以進行水平移動。為防止鍵的軸向移動，采用螺釘緊固，并將其突起部分焊接在主體部分 上。旋轉(zhuǎn)，如圖 313 所示。 （ 3）氣爪 的 承載 能力 分析 本設(shè)計方案氣爪為外夾持，夾持力方向指向圓心，如圖 312所示，F(xiàn)=335N。 d)方案 d 聯(lián)接件 通過六條線與工件接觸，特點是對中性 差，可靠性高 。 可以采用平面或圓弧面做為手指聯(lián)接部分表面 形狀，圖 311給出了幾種 手指連接部分表 面形狀， 剖視圖中實心小圓點、粗實線為 實際接觸部分。 圖 39氣爪及連接件 圖 310氣爪夾持點 示意圖 哈爾濱理工大學工程碩士學位論文 24 聯(lián)接件設(shè)計時需要同時考慮到氣爪 的 夾持點 。設(shè)計時應(yīng)使 手指 在 行程中途進行工件夾持。以設(shè)計規(guī)格￠ 80 6Omm 棒料為例，擬選用 MHS363DY59AL 型號，缸徑 63mm 的氣爪，如 圖 37所示 。 機械手抓取數(shù)控車床的工件主要是以棒料為主， 例如 設(shè)計規(guī)格￠ 80 6Omm的圓柱型工件。氣爪 一般 分為 2指 、 3 指 和 多 指氣爪。 模塊化 機械手結(jié)構(gòu) 及 設(shè)計流程 采用模塊化的設(shè)計方式設(shè)計氣動裝卸機械手的結(jié)構(gòu)，機械手分為三個模塊 : 臂部模塊（直臂模塊和橫臂模塊）、腕部模塊和手部模塊，圖 35 所示。 機械手一般 由 底座、立柱、手臂等 通用部件組成 。將底座作為模塊化機構(gòu)基礎(chǔ)，配備不同的組合模塊和控制功能，完成不同的功能要求。還有一種功能，即由一個功能的產(chǎn)生而同時出現(xiàn)的幾個功能，且這幾個功能不存在上下關(guān)系，我們稱之為并列功能。一般用下位功能定前者，用上位功能定為后者 。 功能體系與 構(gòu)造體系兩者之中 ， 更為本質(zhì)的是 功能體系。 1． 模塊劃分 的一般 原則 對機構(gòu)進行模塊化的獨立設(shè)計，一般從以下五個方面進行劃分 [29]： （ 1） 增多組合方案，提高適用范圍 ； （ 2） 模塊數(shù)量盡量少，減輕組裝工作量 ； （ 3） 模塊成本需要合理 ； （ 4） 充分考慮 產(chǎn)品 的精度、剛度對 模塊 的影響 ； （ 5） 各模塊自身相對獨立、完整 。 在設(shè)計中 盡可能使機構(gòu)中 形成每個基本功能 及部件 互相獨立。 體現(xiàn)了發(fā)展模塊化氣動機械手和實用 性 [28]。 模塊化理念是通過 設(shè)計使機構(gòu)中相獨立的部分成為獨立功能單元。 哈爾濱理工大學工程碩士學位論文 20 圖 34氣動裝卸機械手總體結(jié)構(gòu)示意圖 機械手模塊化設(shè)計及功能分析 機械手模塊化設(shè)計 理念 隨著現(xiàn)今快節(jié)奏、多樣化的新要求，傳統(tǒng)的制造方式和設(shè)計思想已 難以適應(yīng)。 3．保證水平移動距離水平 Zt 的技術(shù)方案 為了防止由于氣缸變形而導致對精度的影響，采用在機床上空設(shè)置門架的方式來固定安裝水平氣缸，保證其工作范圍。此方案重點在于微調(diào)裝置設(shè)計簡單、安裝方便、使用便捷，還要控制成本。 按照上面的分析， 解決該技術(shù)難題 考慮用以下 3 個技術(shù)方案 ： 1． 保證卡盤 的 對中距離 Yc精度 通過微調(diào)裝置進行精度調(diào)整。 2． 定位精度 原理上 已經(jīng)得以滿足， 實際 使用過程中 ， Yf 調(diào)整應(yīng)該在 裝配初期就已完成 ，對中精度 的保證 ， 通過 調(diào)整 Yc即機 械手的 行程距離來 完成 ，調(diào)整 行程的精確是 相對困難的 ；機械手支架具有一定高度，在安裝后 需 要 重新精確調(diào)整 行程十分困難 ?？梢酝ㄟ^氣動技術(shù)作為控制方式，相比較伺服電機控制將有效降低成本。 綜合三方面 實際 情況 綜合考慮 ， 最終確定 方案二為設(shè)計方 案。 采用伺服電機雖然在精度上能滿足要求，但往往導致 提高經(jīng)濟 成本。 從 圖 33 中可以看出， Yc位置在機械手裝配調(diào)整后不再變動， 通過保證起、終點的定位精度和位置精度，來保證定位和重復定位精度，即為靜態(tài)定位精度。 哈爾濱理工大學工程碩士學位論文 17 表 32設(shè)計參數(shù)表 設(shè)計方案 分析 根據(jù)以上要求，共設(shè)計兩種機械手安裝方案： 1． 將機械手機構(gòu)的基座安裝在數(shù)控車床身后，采用地面支撐的形式， 在 基座上安裝機械手支架，支架連接懸空機械手手臂， 如圖 32； 圖 32 方案一原理圖 哈爾濱理工大學工程碩士學位論文 18 方案一 通過氣動系統(tǒng)控制機械手 運動 ，機械手爪可 進行 旋轉(zhuǎn) 運動和水平 移動 ，通過傳感器定位 ， 最大程度 保證對中精度 。表 31 為 CK6132 數(shù)控車床技術(shù)參數(shù)。 本章小結(jié) 本章針對現(xiàn)階段機械手 現(xiàn)階段 發(fā) 展情況，從組成 、 分類 及設(shè)計與選材原則三 個方面對機械手進行了全面的介紹 ， 確定 機械手 由 執(zhí)行 部分 、驅(qū)動 部分 、控制 部分 、檢測 部分 四部分組成；按照用途、驅(qū)動方式、控制方式的不同進行了分類 ；對機械手 機構(gòu) 設(shè)計 原則、機械手部件的 選材原則進行了分析， 為機械手整體結(jié)構(gòu) 的確定 提供了參考依據(jù) 。零件壽命、重量、 研究費、 加工費、維修費都會涉及總體成本 ， 材料價格 的高低 是選材 重要 的經(jīng)濟性指標 。這項指標也會對經(jīng)濟型產(chǎn)生影響。 （ 2） 工藝性 通過 工藝性能 分析，對加工形式進行分析設(shè)定 。 部件 選材原則 機械手的設(shè)計再考慮到零件結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，還要考慮到其材料工藝的選擇。 （ 3） 在滿足 零件 設(shè)計要求 的基礎(chǔ)上 ， 同時 考慮到零件 制造、加工、裝配的 整體 工藝 路線 。 便于后期的維修更換。產(chǎn)品的質(zhì)量和成本會受到工藝要求的影響。 運動軌跡不受點位制約，可以在空間范圍內(nèi)進行任意曲線運動，控制器控制整個運動過程，運動過程平穩(wěn)且準確，電氣控制系統(tǒng)設(shè)計繁瑣，此類機械手主要采用計算機輔助控制，應(yīng)用范圍廣泛。 但由于該方法控制簡單，目前被廣泛使用于 專用 機械手 和通用機械手 中 。 控制方式 不同分類 （ 1） 點位控制 。 機械手執(zhí)行機構(gòu) 使用 感應(yīng)電 機、 步進電機 或 直線電機 直接驅(qū)動運動的 。 通常 用于 設(shè)備 工作主機的上 料 、下料 工作 。 其特點： 附屬于主機 之 上， 由工作機 械 進行動力 傳遞 。 （ 3） 機械 驅(qū)動 機械手 。能持續(xù)進行工作，過載工作時能自動減壓（泄氣）而停止工作，充氣加壓后可繼續(xù)工作， 不會對機構(gòu)產(chǎn)生影響。能夠儲存能量，以便應(yīng)急使用。維護修理簡單，勞動者不需通過高端培訓即可熟練掌握。其特點是以空氣為介質(zhì)，成本低廉、取用方便，使用安全性高，適用于易燃易爆等場合 。 （ 2） 氣壓 驅(qū)動 機械手 。其特點是 ： 抓重 較高 、 反應(yīng) 靈敏、 傳動 穩(wěn)定 。一般按機械手控制方式不同分為簡易式機械手和伺服式機械 手，一般伺服式機械手采用數(shù)控技術(shù)控制其運動 [27] 圖 23 通用圓形機械手 驅(qū)動方式 不同 分 類 哈爾濱理工大學工程碩士學位論文 13 （ 1） 液壓 驅(qū)動 機械手 。其動作程序 在規(guī)格性能范圍內(nèi) 可 隨時調(diào)整 ， 針對不同需要 應(yīng)用于 不同場合，驅(qū)動系統(tǒng) 、控