【正文】 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 為了使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)，把機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可更換結(jié)構(gòu)，當(dāng)工件是棒料時(shí)，使用夾持式手部。由于本機(jī)械手在上下料時(shí)手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此，采用圓柱座標(biāo)型式。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。 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 241所示。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。 驅(qū)動(dòng)方式：液壓 控制方式：點(diǎn)位程序控制 機(jī)械手實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作 機(jī)械手原位→機(jī)械手前伸→機(jī)械手上升→機(jī)械手抓取并夾緊→機(jī)械手后退 機(jī)械手左轉(zhuǎn)→機(jī)械手前伸→機(jī)械手松開→機(jī)械手下降→機(jī)械手右轉(zhuǎn)→退至原位 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)組成 5 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。 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。 精鍛機(jī)上料機(jī)械手 主要技術(shù)參數(shù) ,見下表 手臂運(yùn)動(dòng)形式 （ 圓柱坐標(biāo)式 抓取重量 60kgf 自由度 4個(gè) 手 手臂運(yùn)動(dòng)行程和速度 水平伸縮 500mm 設(shè)定點(diǎn) 2 升降 600mm 設(shè)定點(diǎn) 2 左右旋轉(zhuǎn) 200度 設(shè)定點(diǎn) 3 手腕回轉(zhuǎn)和速度 180度 設(shè)定點(diǎn) 2 手指夾持范圍 四種規(guī)格 90120 定位方式和定位精度 機(jī)械擋塊 +1,mm 控制方式 點(diǎn)位程控，開關(guān)板預(yù)選 驅(qū)動(dòng)方式 液壓 kgf/cm2 4 二 整體方案設(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： Φ 90Φ120 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。 腰部的上下移動(dòng)。 精鍛機(jī)上料 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)簡圖 由動(dòng)作要求和實(shí)際生產(chǎn)檢驗(yàn)的綜合考慮，初步擬定機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡圖如下： 精鍛機(jī)上料機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由結(jié)構(gòu)示意圖得，該上料機(jī)械手有 4 個(gè)自由度： 腕部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)旋鈕打向自動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)完成各工步操作，且循環(huán)動(dòng)作。 工業(yè)機(jī)械手是一種新型的自動(dòng)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(yùn)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(dòng)條件較差的作業(yè)中，部分地代替人工操作。 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(dòng) 2021 年 12 月 30 日 3 一 機(jī)械手動(dòng)作過程和主要設(shè)計(jì)參數(shù)介紹 任務(wù)概述 本次專業(yè)課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)精鍛機(jī)上料機(jī)械手。 五、考核方式 專業(yè)課程設(shè)計(jì)的成績評(píng)定采用四級(jí)評(píng)分制，即優(yōu)秀、良好、通過和不通過。 二． 主要內(nèi)容 表 1精鍛機(jī)上料機(jī)械手主要技術(shù)參數(shù) 手臂運(yùn)動(dòng)形式 （ 圓柱坐標(biāo)式 抓取重量 60kgf 自由度 4個(gè) 手 手臂運(yùn)動(dòng)行程和速度 水平伸縮 500mm 設(shè)定點(diǎn) 2 升降 600mm 設(shè)定點(diǎn) 2 左右旋轉(zhuǎn) 200度 設(shè)定點(diǎn) 3 手腕回轉(zhuǎn)和速度 180度 設(shè)定點(diǎn) 2 手指夾持范圍 四種規(guī)格 90120 定位方式和定位精度 機(jī)械擋塊 +1mm 控制方式 點(diǎn)位程控，開關(guān)板預(yù)選 驅(qū)動(dòng)方式 液壓 kgf/cm2 （ 1）根據(jù)以上相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)及要求，完成精鍛機(jī)上料機(jī)械手方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)設(shè) （ 2）撰寫專 業(yè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告一份，不少于 10000字。 3． 培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計(jì)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(jì)圖表、手冊、圖冊、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等。學(xué)生通過《專業(yè)課程設(shè)計(jì)》，應(yīng)該在下述幾個(gè)方面得到 鍛煉： 1． 綜合運(yùn)用已學(xué)過的“機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)”、“液壓傳動(dòng)”、“機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)”、“計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)”等課程和其他已學(xué)過的有關(guān)先修課程的理論和實(shí)際知識(shí)，解決某一個(gè)具體設(shè)計(jì)問題，是所學(xué)知識(shí)得到進(jìn)一步鞏固、深化和發(fā)展。在《專業(yè)課程設(shè)計(jì)》中，應(yīng)始終注重學(xué)生能力的培養(yǎng)與提高。1 專業(yè)課程設(shè)計(jì) 任 務(wù) 書 一、目的與要求 《專業(yè)課程設(shè)計(jì)》是機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化專業(yè)方向?qū)W生的重要實(shí)踐性教育環(huán)節(jié)，也是該專業(yè)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)前的最后一次課程設(shè)計(jì)。擬通過《專業(yè)課程設(shè)計(jì)》這一教學(xué)環(huán)節(jié)來著重提高學(xué)生的機(jī)構(gòu)分析與綜合的能力、機(jī)械結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)能力、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力和綜合運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新與實(shí)踐能力?！秾I(yè)課程設(shè)計(jì)》的題目為工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)，要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立完成整個(gè)設(shè)計(jì)過程。 2． 通過比較完整地設(shè)計(jì)某一機(jī)電產(chǎn)品，培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想和分析問題、解決問題的能力，掌握機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般方法和步驟。 4． 進(jìn)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)。 2 三、進(jìn)度計(jì)劃 序號(hào) 設(shè)計(jì)內(nèi)容 完成時(shí)間 備注 1 總體方案設(shè)計(jì) 第 2 天 2 繪制部件及總體設(shè)計(jì)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(jì)報(bào)告 第 13 天 8 答辯 第 14 天 四、課程設(shè)計(jì)成果要求 1．機(jī)械手總裝圖 1 張（ 0 號(hào)圖紙）、部件圖若干張（ 0 號(hào)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(jì)報(bào)告一份，不少于 10000 字。成績的評(píng)定主要考慮學(xué)生的獨(dú)立工作能力、設(shè)計(jì)質(zhì)量、答辯情況和平時(shí)表現(xiàn)等幾個(gè)方面，特別要注意學(xué)生獨(dú)立進(jìn)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(shí)質(zhì)量。本機(jī)械手是為精鍛機(jī)服務(wù)的， 具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)， 可大大減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，并且大大提高上料的效率。 精鍛機(jī)上料機(jī)械手的動(dòng)作過程 當(dāng)旋鈕打向回原點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)地回到左上角位置待命。當(dāng)旋鈕打向手動(dòng)時(shí)，每一工步都要按下該工步按鈕才能實(shí)現(xiàn)。 臂部的水平移動(dòng)。 機(jī)身的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 手臂升降：上升時(shí)是靠可調(diào)碰鐵觸動(dòng)行程開關(guān)而發(fā)信，使電液換向閥變?yōu)椤?o”型滑閥機(jī)能，切斷油路而實(shí)現(xiàn)緩沖定位，下降時(shí)靠油缸端部節(jié)流緩沖，由行程開關(guān)控制終了位置。 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。執(zhí)行系統(tǒng)包括手部、手臂、手腕?？刂葡到y(tǒng)由程序控制系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)組成。被加熱的坯料由運(yùn)輸車 2送到上料位置后，自動(dòng)上料機(jī)械手 3將熱坯料搬運(yùn)到立式精鍛機(jī) 1上鍛打，其成品鍛件由下料機(jī)械手 4送立式精鍛機(jī)上取下并送到轉(zhuǎn)換機(jī)械手 5上，轉(zhuǎn)換機(jī)械手先把鍛件翻轉(zhuǎn) 90176。將鍛件水平放置到下料運(yùn)輸裝置 7上，運(yùn)送到車間外面的料倉處進(jìn)行冷卻。 6 機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度選擇 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。相應(yīng)的機(jī)械手具有三個(gè)自由度，為了彌補(bǔ)升降運(yùn)動(dòng)行程較小的缺點(diǎn)，增加手臂擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而增加一個(gè)手臂上下擺動(dòng)的自由度。 機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)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(yùn)動(dòng)才可滿足 工作的要求。 機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 按照抓取工件的要求，本機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和降 (或俯仰 )運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)由液壓缸來實(shí)現(xiàn)。 機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì) 考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此我 們采用可編程序控制器 (PLC)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制。 7 三 機(jī)械手具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)各機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 手部抓緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 有適當(dāng)?shù)膴A緊力 手部在工作時(shí)，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。 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。對(duì)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。 圖 機(jī)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(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)，重量和體積直接影響整個(gè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運(yùn)動(dòng)速度等性能。 手指應(yīng) 有一定的強(qiáng)度和剛度 其它要求 因此送料，夾緊機(jī)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(shí)，用單作用式液壓缸。 油缸右腔停止進(jìn)油時(shí)，液壓力夾緊工件，油缸右腔進(jìn)油時(shí)松開 右腔推力為 FP=（π／ 4） D178。? 25? 10179。 N′ （ ） 8 其中 N′ =4? 98N=392N，帶入公式 ： F1=（ 2b／ a） ? （ cosα′）178。）178。 tg30186。 取 L/Rcp=3 （ ） 式中： Rcp=P/4=200/4=50 （ ） 由公式（ ）（ ）得： L=3179。則偏轉(zhuǎn)角β按最佳偏轉(zhuǎn)角來確定， 查表得： β =22186。/s Wmin=30186。 =60179。 25178。/s 手部工作壓強(qiáng) P= F1/S （ ） =3500/= 手部受力計(jì)算 手臂的行程為 400mm/s,起動(dòng)和制動(dòng)的時(shí)間為 水平伸縮直線運(yùn)動(dòng)油缸驅(qū)動(dòng)力 P的計(jì)算 根據(jù)受力平衡有： 9 NaGLRaRGL bb ??????? NaGLGRRRG aab 600202100 ???????? Na aLGP m 380100 ??????? ??????????? ?總＝ ? G參與運(yùn)動(dòng)的零部件的總重量（包括工件） 200N ? 當(dāng)量摩擦系數(shù) gmP 導(dǎo)向桿的摩擦阻力 ,am bmPP 分別為 a,b桿的摩擦阻力 Ra， Rb 分別為導(dǎo)向套左右端的受力 a 導(dǎo)向套的長度 200mm L工件重心距離導(dǎo)向套的長度 100mm 水平移動(dòng)油缸受力狀態(tài) 手部油缸驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 活塞桿，缸蓋，缸壁，伸縮油管之間的摩擦阻力 sP 密封裝置處的摩擦阻 力 hP 油缸回油腔低壓油造成的阻力，取為 gP 手臂起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)活塞桿上受到的平均慣性力 NtVgGP g ??????? v? 從靜止加速到工作速度的速度變化量 t? 起動(dòng)的時(shí)間取為 油缸驅(qū)動(dòng)力 ????? ghsm PPPPP 844N 油缸的尺寸： 當(dāng)油進(jìn)入無 桿腔有： mmPPD 1 ???? ? 10 （工作壓力 MPaP 11 ? ），取 mmD 60? 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)油缸外徑 (JB106867)取 80mm,所以壁厚為 10mm 活塞桿的計(jì)算 ?????4[][ ] 100 ~ 120pdMPa 計(jì)算得 d=44mm 手臂的伸縮行程為 200mm,根據(jù)其它零部件的安裝所需間隙，總長取活塞桿 l=240mm。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。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。內(nèi)孔表面的粗糙度，當(dāng)活塞采用橡膠密封圈時(shí)，取 ～ 。本方案活塞材料選用 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。這里材料選取 45 號(hào)鋼。實(shí)心的用 35 或 45 號(hào)鋼，要求高的可用 40Gr 鋼。缸的活塞桿也選 45 號(hào)鋼。這兩個(gè) 液壓缸直徑和