【正文】 手臂回轉(zhuǎn)定位油缸 如圖 36所示，手臂回轉(zhuǎn)。 回轉(zhuǎn)油缸的殼體上裝有行程減速閥，齒輪 2斷面上裝有擋塊 3，當(dāng)手臂回轉(zhuǎn)時(shí)，行程減速閥與擋塊相接觸壓斷閥芯徐徐關(guān)斷油路，實(shí)現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)終點(diǎn)位置的緩沖。定片 6固定在缸體上，定、動(dòng)片把油缸分成兩部分，壓力油從a、 b 兩孔進(jìn)入時(shí)，推動(dòng)動(dòng)片轉(zhuǎn)動(dòng)，并把轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給轉(zhuǎn)軸輸出回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 油缸兩腔的流量計(jì)算 有桿腔流量 1Q 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 221 1Q ( )4 D d V?? 1 3 .1 4 0 .0 0 4 8 0 .2 3 34? ? ? ?? 10 ms?? （ 336） 無桿腔流量 2Q 22 14Q D V?? 1 3 .1 4 0 .0 0 6 4 0 .1 7 64? ? ? ?? 10 ms?? （ 337） 手臂回轉(zhuǎn)油缸設(shè)計(jì) 手臂回轉(zhuǎn)油缸結(jié)構(gòu) 根據(jù)要求手臂要有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這里采用的是回轉(zhuǎn)油缸，安裝在手臂伸縮機(jī)構(gòu)的中 間架體上，來為手臂回轉(zhuǎn)提供動(dòng)力。 活塞桿尺寸的計(jì)算 活塞桿直徑 d==40mm 活塞桿的強(qiáng)度校核 : 活塞桿的材料為 45 鋼，桿長 L 約大于桿直徑的 15 倍，所以： 桿長 L15d=15 40? =600mm 活塞桿材料為碳鋼， s=350 paM? ， b=210 paM? ， =210 paEG， 碳鋼的? ?= 1 0 0 ~ 1 2 0 p aM? ，活塞桿的受力： 2=1 d4F?? 2= 61 4 404 Mpa?????? （ 332） 所以活塞桿的強(qiáng)度滿足要求。油缸的輸油管采用伸縮油管形式，可以保護(hù)油管，但工藝性較差。中間架體 4 的底部止口與中間座部件連接，滑枕 3的右端與夾緊缸部分連接，油缸體 2 固定在滑枕 3上，活塞桿 1固定在中間架體 4上，當(dāng)壓力油分別進(jìn)入油缸的 左右兩腔時(shí)，油缸體 2 帶動(dòng)滑枕 3在燕尾形導(dǎo)軌內(nèi)實(shí)現(xiàn)手臂的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其行程大小由擋塊和組合行程開關(guān)來確定，伸出端裝有可調(diào)式定位螺釘，確保定位精度。 （ 6）回轉(zhuǎn)油缸外徑計(jì)算 對于手腕回轉(zhuǎn)油缸， ?? ， 根據(jù)油缸的工作要求 ，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊液壓傳動(dòng)》，選取外徑 1D =232mm。手腕加速起動(dòng)所產(chǎn)生的慣性力矩 M慣 ： M慣 = t?工 件（ J+J ）= + ? （ ） = （ 322） （ 2）手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)工件偏重力矩 M偏 假設(shè)工件重心與手腕回轉(zhuǎn)中心重合，所以有 M偏 = 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 （ 3）腕部回轉(zhuǎn)支撐處的摩擦力矩 M摩 為簡化計(jì)算，可取 M摩 = （ 4）密封處的摩擦阻力矩 M封 為簡化計(jì)算，可取 M封 = 根據(jù)以上的計(jì)算可知： =+++M M M M M驅(qū)慣 偏 摩 封 = + 0 + + 驅(qū) 得 M驅(qū) = (5) 回轉(zhuǎn)油缸內(nèi)徑計(jì)算 回轉(zhuǎn)油缸所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩 M 22pb(R r )2M ? （ 323） 其中取動(dòng)片寬度 b 取 30mm，輸出軸半徑 r=20mm，油液壓力 p=。則有手腕回轉(zhuǎn)部分對腕部回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J： 2 2 211= m = 3 0 0 . 0 7 5 = 0 . 0 8 8 .m .s22J R N?? （ 320） 假設(shè)工件直徑 10cm，長度 100cm，質(zhì)量 60kg。 （ 6）油液 流量計(jì)算 油液進(jìn)入無桿腔時(shí)的流量 Q1： Q1= 14π D178。 活塞桿的強(qiáng)度校核 : 活塞桿的材料為 45 鋼，桿長 L 約大于桿直徑的 15 倍，所以： 桿長 L15d=15 35? =525mm 活塞桿材料為碳鋼， s =350 paM? ， b=210 paM? ， =210 paEG， 碳鋼的 ? ?=100~120 paM? ，活塞桿的受力： 2=1 d4F?? 2= 1 354 ??=??? （ 312） 所以活塞桿的強(qiáng)度滿足要求。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 對缸壁厚度校核： 2 2 22 2 2 20 . 4 r + 1 . 3 + 1 . 3 4 5= p =r 4 5 3 5RR? ?? ??20 . 4 3 5（ ） （ ） （ 39） =??? 滿足材料的強(qiáng)度要求，所以液壓缸滿足工作要求。= 4F 實(shí)際 /π p （ 37） 64 78 05 .1= 10??? 得油缸內(nèi)徑 D= 根據(jù)《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)》 表 43 選擇油缸內(nèi)徑 D=70mm。 (1)理論驅(qū)動(dòng)力 F 計(jì)算 的計(jì)算 F 計(jì)算 22= cosNb Fa ? （ 34） 22 9 0 c o s 3 5 .4 3 7 3 9 .6 86 7 .5??? ? (2)實(shí)際驅(qū)動(dòng)力 F 實(shí)際 的計(jì)算 取傳遞效率 ? = F 實(shí)際 =F 計(jì)算 /? （ 35） = = (3)油缸內(nèi)徑 D 的計(jì)算 根據(jù)上面的計(jì)算可知，手指的開閉實(shí)際所需驅(qū)動(dòng)力 F 實(shí)際 = ，此驅(qū)動(dòng)力 由油液推動(dòng)活塞帶動(dòng)活塞桿提供 ，所以有： 1=4F實(shí) 際 π D178。因此要具有一定的推動(dòng)能力，這里選用的是雙作用單桿活塞油缸，當(dāng)壓力油分別進(jìn)入油缸的有桿第三章 機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16 腔和無桿腔時(shí)，推動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)械手手指的開閉。為了使手部夾持熱工 件的手指遠(yuǎn)離油缸，采用隔離套 6，減少了熱鍛件的熱量對油液的影響，以保證油缸的正常工作和密封。 手腕回轉(zhuǎn)油缸 3的兩油孔分別進(jìn)壓力油時(shí)，推動(dòng)回轉(zhuǎn)油缸動(dòng)片連同轉(zhuǎn)套 4一起回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)套的端部通過牙嵌式聯(lián)軸器把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到軸 7，轉(zhuǎn)軸端部的法蘭盤與手部用螺釘連接，故回轉(zhuǎn)油缸 3的動(dòng)片和轉(zhuǎn)套 4的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到軸 7，實(shí)現(xiàn)手腕的回轉(zhuǎn)。 其結(jié)構(gòu)如下圖 32 圖 32 手腕和夾緊油缸 手腕夾緊油缸由支承座 夾緊油缸 手腕回轉(zhuǎn)油缸 轉(zhuǎn)套 活塞拉桿 隔離套 6 和轉(zhuǎn)軸 7組成。因此，手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓缸。 考慮工作條件 對于高溫作業(yè)和腐蝕性介質(zhì)中工作的機(jī)械手，在設(shè)計(jì)應(yīng)考慮其工作環(huán)境對腕部的不良影響。 綜合考慮、合理布局 腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運(yùn)動(dòng)的要求以及具有足夠的強(qiáng)度和剛度以外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量、靜動(dòng)載荷直接影響臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。則偏轉(zhuǎn)角 β 按《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)》表 23 來確定，查表得： β =6929? ? 握力的計(jì)算依據(jù) 第三章 機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 手指握緊工件時(shí)所需的力稱為握力（即夾緊力），一般來說，手指握力需克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)變化時(shí)所產(chǎn)生的載荷（慣性力或慣性力矩），使得工件保持良好的夾緊狀態(tài)。 手部設(shè)計(jì)計(jì)算 確定“ V”型鉗爪的 L、β。圖中“張開”表示手指處于最大張開位置，此時(shí)夾緊油缸活塞拉桿處于最前端位置。手指的開閉是靠軸環(huán) 2 帶動(dòng)拉緊軸 3 做往復(fù)運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的。 手部結(jié)構(gòu)如圖 31所示： 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 31 手部結(jié)構(gòu) 手部結(jié)構(gòu)如圖 31所示，它主要由手架 1，軸環(huán) 2，拉緊軸 3，左指座 4，手指 5，右指座 6 等組成。采用兩個(gè)手指。對抓取各種形狀的工件具有較大的適應(yīng)性。此種結(jié)構(gòu)較為簡單，制造方便。因此，在設(shè)計(jì)手部時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小。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。工作時(shí)，一個(gè)手指開閉位置以最大變化量稱為開閉范圍。對于剛性很差的工件夾緊力大小應(yīng)該設(shè)計(jì)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。自動(dòng)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(dòng)作。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) 87176。手指閉合，待夾料立放）→插定位銷→手臂前伸→手指張開→手指夾料→手臂上伸→手臂縮回→手腕回轉(zhuǎn) 180→拔定位銷→手臂回轉(zhuǎn) 95→插定位銷→手臂前伸→手臂中?！ù藭r(shí)，立式精鍛機(jī)卡頭下降→卡頭夾料→大泵卸荷）→手指松開（此時(shí)，立式精鍛機(jī)卡頭夾著料上升）→手指閉合→手臂縮回→手臂下降→手腕反轉(zhuǎn)（手腕復(fù)位）→拔定位銷→手臂反轉(zhuǎn)（上料機(jī)械手復(fù)位）→待料卸荷（一個(gè)循環(huán)結(jié)束） 機(jī)械手的工作過程 立式精鍛機(jī)和自動(dòng)上料機(jī)械手等的配置如圖 23所示。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)見圖如圖 21： 圖 21 機(jī)械手結(jié)構(gòu)見圖 機(jī)座 手臂升降機(jī)構(gòu) 手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 手臂伸縮機(jī)構(gòu) 手腕回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 手部 運(yùn)動(dòng)簡圖如圖 22所示： 圖 22 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)簡圖 第二章 機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì) 10 該結(jié)構(gòu)采用圓柱式坐標(biāo)，其運(yùn)動(dòng)系包含了兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這種坐標(biāo)形式的機(jī)械手占地面積小而且活動(dòng)范圍大，結(jié)構(gòu)比較簡單，并且能夠 達(dá)到較高的定位精度。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括動(dòng)力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。 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(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。相應(yīng)的機(jī)械手具有三個(gè)自由度，為了滿足送料需要，增加手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 驅(qū)動(dòng)方式：液壓 控制方式：點(diǎn)位程序控制 機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度選擇 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 按機(jī)械手手臂的不同運(yùn)動(dòng)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。 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(dòng)定位銷而定位。 第二章 機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì) 8 第二章 機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì) 機(jī)械手的設(shè)計(jì)參數(shù) 抓重： 60kg； 自由度數(shù)： 4個(gè)； 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(dòng)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 ~2021 (實(shí) 際使用為 950)； 手臂回轉(zhuǎn)速度： 630 每秒； 手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 手腕回轉(zhuǎn)范圍 :00~1800； 手腕回轉(zhuǎn)速度： 2021每秒； 手指夾持范圍： Φ30 Φ120 毫米； 緩沖方式及定位方式： 手臂伸縮：伸出時(shí)由行程開關(guān)適時(shí)切斷油路，手臂緩沖，縮回時(shí)由行程開關(guān)控制返回終了位置。因此，在自動(dòng)化機(jī)床的綜合加工自動(dòng)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)。 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。 在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的意義可以概括如下： 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 應(yīng)用機(jī)械手有利于實(shí)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(dòng)化的程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。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(yàn)、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實(shí)理。它首先要編制程序加以存儲(chǔ)，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機(jī)械手進(jìn)行工作。 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(dòng)作時(shí)間和加速度等。一般用凸輪連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)可以采用統(tǒng)一形式的動(dòng)力，出力比較大；缺點(diǎn)是控制響應(yīng)速度比較慢。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(dòng)采用的不多。由于空氣的可壓縮性大，很難實(shí)現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點(diǎn)位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。它的優(yōu)點(diǎn)是氣源方便，維護(hù)簡單，成本低。 氣壓驅(qū)動(dòng)所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達(dá)、氣閥等。液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是壓力高、體積小、出力大、運(yùn)動(dòng)平緩，可無級變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。 液壓驅(qū)動(dòng)主要是通過油缸、閥、油泵和油箱等實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有四種：液壓驅(qū)動(dòng)、