【正文】 經(jīng)過這次對(duì)精鍛機(jī)上料機(jī)械手的設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了很多，也明白了自己以后需要努力的方向，就是在掌握大量已有零件的各項(xiàng)基本參數(shù)及功能的基礎(chǔ)上，通過對(duì)各工件的分析掌握學(xué)習(xí)各種零件間的配合形式，為以后的產(chǎn)品設(shè)計(jì)做好知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)儲(chǔ)備，爭(zhēng)取做出更加實(shí)用、合格的作品。紙上得來(lái)終覺淺，決知此事要躬行。在本次課程設(shè)計(jì)過程中，我們了解到了如何去 結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際分析解決機(jī)械工程問題的方法，理解和掌握了機(jī)械傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)過程和進(jìn)行方式，綜合運(yùn)用了機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)和機(jī)電學(xué)、液壓學(xué)等多專業(yè)學(xué)科的知識(shí)，密切結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，使理論知識(shí)得到鞏固和發(fā)展，并通過它加強(qiáng)了自己的學(xué)習(xí)效果和實(shí)際的應(yīng)用能力。 36 六 機(jī)械手總體裝配 本小組將機(jī)械手實(shí)體設(shè)計(jì)分為四部分：手部，腕部，臂部，機(jī)身升降部分，機(jī)身旋轉(zhuǎn)部分，底座部分。 停止時(shí)，按下停止按鈕 SB2， 0001斷開，輔助繼電器 1000為 OFF，互鎖指令斷開，全部輸出被禁止，但各保持繼電器的狀態(tài)是斷電保護(hù)的，機(jī)械手停在現(xiàn)行的工步上。當(dāng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 HR008為 ON時(shí)，輸出點(diǎn)0506使放松電磁閥得電，機(jī)械手放松，同時(shí)定時(shí)器 TIM00計(jì)時(shí)。當(dāng)手臂上升到位時(shí)，上升限位開關(guān)使輸入點(diǎn) 0005閉合，保持繼電器 HR001 接通， HR000復(fù)位，輸出點(diǎn) 0501使左轉(zhuǎn)電磁閥得電，手臂左轉(zhuǎn)。 按下起動(dòng)按鈕 SB1，輸入點(diǎn) 0000為 ON,則作為互鎖條件的輔助繼電器 1000為 ON，互鎖指令 IL接通，IL與 ILC之間的線圈正常工作， “ 全部輸出禁止 ” 解除。 HL為指示燈（采用 AutoCAD2021繪制） . 34 運(yùn)用 CXProgrammer軟件進(jìn)行編程，繪制梯形圖 CXProgrammer 進(jìn)行編程，所繪制梯型圖如下圖所示，可以達(dá)到控制要求，讓潛水 泵自動(dòng)完成規(guī)定的動(dòng)作。 9) 按下停止按鈕 SB2或斷電時(shí)，機(jī)械手停止在現(xiàn)行工步上，重新起動(dòng)時(shí) ，機(jī)械手按停止前的動(dòng)作繼續(xù)工作。在動(dòng)作過程中，如果出現(xiàn)異常，設(shè)置 SK為急停按鈕，可直接切斷電源 機(jī)械手的 PLC控制設(shè)計(jì) 機(jī)械手的動(dòng)作過程 機(jī)械手順序動(dòng)作的 過程 是： 1) 按下起動(dòng)按鈕 SB1時(shí)，機(jī)械手系統(tǒng)工作。其中油泵電機(jī)及各電磁閥運(yùn)行狀態(tài)均有指示燈顯示。 PLC控制系統(tǒng)的組成和控制原理 組成： PLC控制系統(tǒng)采用三菱 F1系列超小型 PLC對(duì)機(jī)械手進(jìn)行動(dòng)作控制。故選取 PLC控制系統(tǒng)來(lái)控制機(jī)械手事合理的。 隨著 PLC技術(shù)的發(fā)展，早已在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中起到了舉足輕重的作用。 液壓傳動(dòng)在 工程 上 容易實(shí)現(xiàn)。它是以微處理器為核心 ,綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種通用的自動(dòng)控制裝置 ,它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于編程、性能優(yōu)越、可靠性高、靈活通用和使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn) 。 假定系統(tǒng)散熱一般取 K=10 )( 02310 Ckw cm ?? ? 油箱的散熱面積 A為 A= 2V = m 23 2 0 0 ?? 系統(tǒng)的溫升為 CKAPt 03 ??????? ? 驗(yàn)算表明系統(tǒng)的溫升在許 可范圍內(nèi)。 〔 2 〕系統(tǒng)的溫升驗(yàn)算 在整個(gè)工作循環(huán)中工進(jìn)時(shí)所需的功率最大，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，主要考慮工進(jìn)時(shí)的發(fā)熱量。設(shè)其工作在 C020 ，其運(yùn)動(dòng)粘度scst cm ??? 油液的密度 mkg 3920?? （ 1）壓力損失驗(yàn)算 1）、工進(jìn)時(shí)油液的壓力損失 運(yùn)動(dòng)部件快進(jìn)時(shí)的最大速度為 ，最大流量為 minL ，則液壓油在油管內(nèi)的流速為 scmcmqdV i 4 102321 ??????? 管道的雷諾數(shù) Re1為 Re1= ?dV1 = ?? ?Re1 2300，可見油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流， 其沿程阻力系數(shù) Re175?? = ? 進(jìn)油管 FC的沿程壓力損失 p11??為 p11?? = 22vdl ?? = ? ? MP 452 2 ?????? 查的換向閥 34EMH10BTzz 的壓力損失 p21??=，調(diào)速閥 2FRM6A70B25QMV 的壓力損失p31?? =1MPa 忽略油液通過管接頭，油路板處的局部壓力損失，則進(jìn)油路的總壓力損失 p1?為 29 p1?= p11??+ p21??+ p31??=（ ++1） = 2)工進(jìn)回油路的壓力損失 scmvV 2 ?? 管道的雷諾數(shù) Re2 Re2= ?dV2 = ?? ?Re2 2300油液在管道內(nèi)的流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù) ??Re275? ? 回油路管道沿程壓力損失 p12??為 p12?? = 22vdl ?? = MP 226 2 ???? 查產(chǎn)品樣本知換向閥 34EMH10BTzz 的壓力損失 p22??=；順序閥 Dz10DP75075 壓力損失p32?? =1MPa。 液壓元件明細(xì)表 序號(hào) 元件名稱 型號(hào) 通過的流量 工作壓力 1 三位四通換向閥 34EMH10BTzz 20L/min 20MPa 2 溢流閥 YzHD20L 23L/min 20MPa 3 調(diào)速閥 2FRM6A70B25QMV 20L/min 20MPa 4 單向閥 DIFL10H2 18L/min 23MPa 5 順序閥 Dz10DP75075 6 壓力表 MS2A2B3152 23L/min 確定管道尺寸 油路內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可按管路允許的流速進(jìn)行計(jì)算。 ⑶ 三位四通電磁換向閥：在液壓回 路中，有 5個(gè)三位四通閥，有 1YA、 2YA、 3YA、 4YA、 5YA、 6YA、7YA、 8YA、 9YA、 10YA 共 10 個(gè)電磁鐵，這些電磁鐵的主要功能是改變油路方向，從而實(shí)現(xiàn)換向；將這些電磁閥與 PLC控制回路的輸出端連接，就可以很容易地實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的順序動(dòng)作； 電磁鐵 功能 1YA、 2YA 控制腰部活塞缸的動(dòng)作切換 3YA、 4YA 控制底座活塞缸的動(dòng)作切換 5YA、 6YA 控制臂部活塞缸的動(dòng)作切換 7YA、 8YA 控制腕部活塞缸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向 9YA、 10YA 控制手部活塞缸的動(dòng)作切換 ⑷ 行程開關(guān)： SQ SQ SQ SQ4 為豎直方向的行程開關(guān)，控制腰部上下移動(dòng)，他們安裝在腰部的缸體外部， SQ4為安全包會(huì)行程開關(guān)； SQ SQ8為水平方向的行程開關(guān)，控制臂部的伸長(zhǎng)與縮短； SQ SQ10為擺動(dòng)缸的行程開關(guān)，控制腕部正反旋轉(zhuǎn) 90176。各元件的功能介紹如下。由于在工進(jìn)時(shí)泵的輸出流量減小，泵的功率急劇下降，一般當(dāng)流量在 ～ 1 minL 的范圍內(nèi)時(shí)，可取 ～?? ，同時(shí)還應(yīng)該注意到，為了使所選擇的電動(dòng)機(jī)在經(jīng)過泵的流量特性曲線的最大功率點(diǎn)時(shí)不至電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)需進(jìn)行驗(yàn)算即： pqpnpB 2??? 式中： ；所選擇電動(dòng)機(jī)額定功率—pn 。 與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定。取 Pn= Pp= （ 2）泵的流量的確定 液壓泵的最大流量為： ?? )( m axqKq Lp =179。計(jì)算得到的 Pp為系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)動(dòng)態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力。另外考慮到低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。 p1 — 執(zhí)行元件最大工作壓力 。另外考慮到一定的壓力貯備量，并確保泵的壽命，因此選泵 的額定壓力 Pn應(yīng)滿足 Pn≥（ — ） Pp。 液壓系統(tǒng)計(jì)算與選擇液壓元件 確定液壓泵的流量 ,壓力和選擇泵的規(guī)格 . 泵的工作壓力為 Pp=P1+∑△ P， （ Pp為液壓泵的最大工作壓力，取 1Mpa,P1為執(zhí)行元件的最大工作壓力，∑△ P進(jìn)油管路中的壓力損失， 根據(jù)系統(tǒng)的復(fù)雜程度，選取∑△ P為 則 Pp=P1+∑△ P=1MPa+=。 （ 3） 擺動(dòng)缸回路：行程開關(guān)控制轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，改變行程開關(guān)的位置，可以改變轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。單向閥和減壓閥并聯(lián)組成一個(gè)平衡回路，可防止腰部上升動(dòng)作結(jié)束后液壓缸和與之相連的部件不因重力影響而下降；適合工作重量不大，活塞鎖住時(shí)定位要求不高的場(chǎng)合。 （ 2） 腰部活塞缸回路 :在該回路中，腰部活塞缸提供上下移動(dòng)自由度。溢流閥保證液壓源輸出壓力為定值。 軸承的選用 活塞在單來(lái)復(fù)油缸缸體中作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又作直線運(yùn)動(dòng) , 在雙來(lái)復(fù)油缸缸體中則處于二個(gè)升角不同的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副中 , 因此主軸不但承受徑向力且又承受軸向力 , 油缸結(jié)構(gòu)中既有能承受軸向推力的滾動(dòng)軸承 , 還有滑動(dòng)軸承。計(jì)算得， 螺旋桿直徑 R1=40mm 長(zhǎng)度 L1=210mm 螺旋套筒內(nèi)徑 R2=45mm 外徑 R3=50mm 長(zhǎng)度 L2=260mm 缸體內(nèi)徑 R4=60mm 外徑 R5=80mm 長(zhǎng)度 L3=210mm 外法蘭直徑 R5=130mm 23 材料選擇 來(lái)復(fù)油缸的活塞上總有來(lái)復(fù)螺旋和花鍵或雙來(lái)復(fù)螺旋二個(gè)運(yùn)動(dòng)副 , 故需用較高強(qiáng)度的材料 , 而對(duì)活塞與缸體的運(yùn)動(dòng)副 , 則要求活塞 耐磨而不咬死 , 故活塞常常采用二種材料組合起來(lái)，而對(duì)活塞主體 45鋼或 40鉻， 而活塞部分采用 HT或 ZQAL94.。 油缸活塞的設(shè)計(jì) 從來(lái)復(fù)螺旋運(yùn)動(dòng)副的討論，可得到計(jì)算壓力和流量的關(guān)系式： 當(dāng)油缸的來(lái)復(fù)螺旋副結(jié)構(gòu)和所需轉(zhuǎn)動(dòng)的負(fù)載確定后， K1和 K是定值，因此從二式可得，這樣 , 可根據(jù)整個(gè)液壓回路要求 , 合理選用升角和活塞面積。 104m179。）179。） b/8φ A1 =（π /4）（ 178。） b 所以 Q=W（ Φ A1178。 106 = 又因?yàn)? W=8Q/（ Φ A1178。178。 179。）179。 22 所以代入（ ）公式 P=8T/b（ Φ A1178。）179。b （ Φ A1178。 M） 擺動(dòng)缸的總摩擦力矩 M M=M1+M2+ M 摩 =（ N178。M ） 擺動(dòng) 缸的摩擦力矩 M 摩 F 摩 =300（ N）（估算值） S=20mm （估算值） M 摩 = F 摩 179。 179。M ） 油缸（伸縮）及其配件的估算扭矩 M2 F=5kg S=10cm 帶入公式 M2=F179。 179。 計(jì)算扭矩 M1 設(shè)重力集中于離手指中心 200mm處，即扭矩 M1 為： M1=F179。 角速度 W=45186。 要求：回轉(zhuǎn)177。 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 腕部是聯(lián)結(jié)手部和臂部的部件，腕部運(yùn)動(dòng)主要用來(lái)改變被夾物體的方位，它動(dòng)作靈活，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小。 （ 2）活塞桿直徑的校核 d ? ???F4? 式中 F—— 活塞桿上的作用力 [? ]—— 活塞桿材料的許用應(yīng)力， [? ]＝ ? b/ ? b＝ 598MPa d ? ???F4?＝ 119004 ??＝ 所以活塞桿符合要求。為防止大臂安裝后會(huì)出現(xiàn)偏心，在安裝現(xiàn)場(chǎng)調(diào)配平衡重。這兩個(gè)液壓缸直徑和行程不是很大，不再專門設(shè)置排氣裝置，安裝時(shí)一次將氣排空。缸的活塞桿也選 45 號(hào)鋼。實(shí)心的用 35 或 45 號(hào)鋼，要求高的可用 40Gr 鋼。這里材料選取 45 號(hào)鋼?；钊麠U導(dǎo)向套可以是缸蓋本身，但最好在內(nèi)表面堆焊黃銅、青銅或其它耐磨材料。本方案活塞材料選用 45 號(hào)鋼。內(nèi)孔表面的粗糙度，當(dāng)活塞采用橡膠密封圈時(shí) ，取 ～ 。不與其它零件焊接的缸筒，常用 45 號(hào)鋼調(diào)質(zhì)，調(diào)制處理的目的是保證強(qiáng)度高、加工性好，一般調(diào)質(zhì)到 HB241～ HB285。其中， 20號(hào)鋼用的較少，因?yàn)槠漭^軟，機(jī)械強(qiáng)度也低，加工粗糙度不宜保證。 ＝ 60mm ∴ 取 D＝ 100mm,d＝ 60mm。( 3740+4200)/ ＝ 16333N 主要尺寸的確定 D＝ ? ?? ?122 14ppF?? ?? 其中， φ —— 活塞桿直徑 d與 D的比值，即 φ ＝ d/D,這里取 φ ＝ 。a/g ＝980179。 ＝ 3740N Fa—— 慣性載荷， Fa＝ G178。 機(jī)身升降油缸尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算 機(jī)身部的升降油缸采用單作用式直線油缸。由螺柱配合導(dǎo)致了手臂的上下運(yùn)動(dòng)。臂部可沿機(jī)座立柱作升降運(yùn)動(dòng)，獲得較大的升降行程。本課題機(jī)械手的機(jī)身設(shè)計(jì)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(dòng)，也可具有行走機(jī)構(gòu)。 一般實(shí)現(xiàn)臂部的升降、回轉(zhuǎn)或俯仰等運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置或傳動(dòng)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。 （ 3）缸蓋固定螺栓的校核 ds ]z[ ??? 式中 F—— 液壓缸負(fù)載； K—— 螺紋擰緊系數(shù)， k＝ ～ ； Z—— 固定螺栓個(gè)數(shù)；