【正文】 送工件。 手臂的組成和作用 臂部是工業(yè)機械手的重要組成部分，其作用是支撐手部和腕部，改變手部在空間的位置，臂部一般與控制系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)一起安裝在機身上，機身可以是固定式的，也可以是行走式的，即可沿地面或?qū)к夁\動。 手臂設(shè)計應(yīng)注意的問題 1）臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕 ① 手臂的的截面形狀要選擇合理 ② 合理布置作用力的位置和方向，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)該結(jié)合具體受力情況，使 個作用力引起的變形相互抵消。 ④ 提高配合精度 2）臂部速度要高，慣性要小 應(yīng)盡量減少手臂的重量，減少手臂運動的輪廓尺寸，減少回轉(zhuǎn)半徑。 p1——液壓缸的工作壓力（ Pa） 。 取 d= P1= MP D≥ 21dp4 ＋??F ＝ 49 14 26 ＋??? ?? m＝ mm 查表 62 油缸內(nèi)徑系列圓整，為了使該機械手 具有 更好的通用性， 這里取 D=40mm 則 d=20mm 3）油缸壁厚的 選擇 由于升降油缸的工作壓力較小，結(jié)構(gòu)尺寸不大，所以可根據(jù)： 油缸外徑 D1=D＋ 2δ 求出 其中 D=40mm ， P1= 查表 237 常用油缸外徑尺寸知 D1=55mm ∴δ = mmmmDD 405521 ???? 4） 活塞桿的計算 與校核 活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運動的要求和強度的要求。 按強度條件確定活塞桿的直徑 d，因活塞桿工作時主要承受拉力或壓力，因此可看作直桿拉壓強度計算問題 ? ???? ??42dF （ 36） 或 d≥ ][4??F （ 37） 式中 F― 總機械載荷（ N）； [? ]― 材料的許用應(yīng)力（ MP）； [? ]=nb? 遼寧科技大學本科 生 畢業(yè)設(shè)計 第 18 頁 碳鋼取 [? ]=100～ 120MPa； n安全系數(shù)， 一般不小于 ； ∴ d≥ ][4??F＝6101004914 ?? ??m＝ 計算出來的直徑 d 再按標準圓整。 又升降油缸的活塞桿工作時，主要承受拉力，不會出現(xiàn) “失穩(wěn)”現(xiàn)象，故無需進行穩(wěn)定性校核。 本次設(shè)計的升降油缸工作壓力低，選用鑄鐵材料油缸，它的連接方式多用法蘭連接，優(yōu)點是容易加工和裝卸，缺點是外徑和重量較大。 手臂橫移油缸的設(shè)計計算 1） 橫移油缸驅(qū)動力的計算 根據(jù)手臂橫移油缸驅(qū)動時所需克服負載、摩擦、密封 裝置及慣性等幾個方面的阻力，確定油缸工作受力分析如圖 圖 橫移 油缸工作受力圖 ∴ 工作 時： Pq=F 摩 ＋ F 封 ＋ F 回 ＋ F 慣 式中 ① F 摩 — 各支承處的摩擦力 (N)； 橫移油缸手臂重量計算，由前面計算可得 總重量： 3+4++++5= ㎏ 考慮到安全系數(shù)， G 取 30 ㎏，又 N=G=30=294N ∴ F 摩 =f 由于該機械手升降油缸采用 O 形密封圈，活塞桿直徑為液壓缸直徑的一半，當油缸 遼寧科技大學本科 生 畢業(yè)設(shè)計 第 20 頁 工作壓力小于 10MPa 時，液壓缸密封處的總的摩擦力為： F 封 1+F 封 2= （ 311） ③ F 回 — 油缸回腔低壓油液所造成的阻力，一般背壓力較小，可按 F 回 = 計算， F 回 = 294= ④ F 慣 — 起動的慣性力 (N)；可按如下近似計算： F 慣 =tg V??總G 式中， ΔV—速度變化量（ m/s） ,又 ΔV最大為 200 ㎜ /s； Δt—啟動過程的時間（ s） ,一般為 ～ ； Δt對于輕載低速部件取小值，對于重載高速部件取大值，由于該機械手臂運動時速度不高，且工作載荷不大，取 Δt=. F 慣 = NN ?? ∴ 驅(qū)動力為： Pq=F 摩 ＋ F 封 ＋ F 回 ＋ F 慣 =+++75 解得 Pq=149N 2）橫移油缸結(jié)構(gòu)尺寸計算 D＝ 21dp4 ＋??F （有桿腔） （ 312） 式中 F——驅(qū)動力（ N） 。 d——活塞桿直徑（ m）； D——液壓缸內(nèi)徑（ m）； η ——液壓缸機械效率，在工程機械中用耐油橡膠可取η =； 取 d= P1= MP D≥ 21dp4 ＋??F ＝ 14 94 26 ＋??? ?? m＝ mm 查表 62 油缸內(nèi)徑系列圓整，為了使該機械手受更好的通用性， 遼寧科技大學本科 生 畢業(yè)設(shè)計 第 21 頁 這里取 D=32mm 則 d=16mm 對于手臂部件的設(shè)計，只對關(guān)鍵液壓缸等主要部件進行了校核，并且預(yù)留了較大的余量，其他結(jié)構(gòu)尺寸較小、承受工作壓力不大的部件不再一一進行校核，只根據(jù)以往的經(jīng)驗進行設(shè)計。目前，雖然在中等負載以下的機械手中有采用電機驅(qū)動系統(tǒng)，但在簡易經(jīng)濟型，重型的工業(yè)機械手和噴涂機械手中采用液壓系統(tǒng)的仍然占有較大比例。 液壓系統(tǒng)在機械手中所起的作用是通過電 —液轉(zhuǎn)換元件把控制信號進行功率放大，對液壓動力機構(gòu)進行方向、位置和速度的控制，進而控制機械手的手臂按給定的運動規(guī)律動作。用于實現(xiàn)手臂的伸縮升降以及手腕、手臂的回轉(zhuǎn)。 2）執(zhí)行元件，它是將油液的壓力能轉(zhuǎn)換成直線式或回轉(zhuǎn)式機械能輸出的能量轉(zhuǎn)換裝置。這些元件系統(tǒng)是保證系統(tǒng)正常工作不可缺少的組成部分。這些元件對保證液壓系統(tǒng)的可靠，穩(wěn)定，持久的工作，有重大作用。 液壓系統(tǒng)的主要 特 點 液壓傳動是用液體作為介質(zhì)來傳遞能量的，液壓傳動與機械，電氣和氣壓等傳動相比，有以下優(yōu)點： 1）易于獲得較大的力或力矩； 2）功率重量比大； 3）易于實現(xiàn)往復(fù)運動； 4） 易于實現(xiàn)較大 范圍的無級變速； 5）傳遞運動平穩(wěn)； 遼寧科技大學本科 生 畢業(yè)設(shè)計 第 23 頁 6）可實現(xiàn)快速而且無沖擊的變速和換向； 7）與機械傳動相比易于布局和操控； 8）易于防止過載事故； 9）自動潤滑、元件壽命長； 10）易于實現(xiàn)標準化、系列化。與其他傳動形式比較，液壓傳動有以下缺點： 1）易出現(xiàn)泄漏； 2）有的粘度隨溫度變化，引起工作機構(gòu)運作不穩(wěn)定； 3）空氣滲入液壓油后會引起爬行、振動和噪聲； 4）用礦 物油作液壓介質(zhì)，有燃燒危險應(yīng)注意防火； 5）礦物油與空氣接觸會發(fā)生氧化，使油變質(zhì)必須定期換油； 6）液壓件的零件加工質(zhì)量要求較高。 液壓系統(tǒng)傳動方案的確定 各液壓缸的換向回路 為便于機械手的自動控制，如采用可編程序控制器或微機進行控制，從總體方案設(shè)計中可知系統(tǒng)系統(tǒng)的壓力和流量都不高，因此一般都選用電磁換向閥回路，以獲得較好的自動化程度和經(jīng)濟效益。 綜上所述并結(jié)合本設(shè)計方案，升降和橫移油缸換向選用二位二通電磁閥，其它缸全部選用 O 型三位四通電磁換向閥。 遼寧科技大學本科 生 畢業(yè)設(shè)計 第 24 頁 圖 換向回路設(shè)計 調(diào)速方案 整個液壓系統(tǒng)只用單泵或雙泵工作，各液壓缸所需的流量相差較大，各液壓缸都用液壓泵的全流量工作是無法滿足設(shè)計要求的。各缸可選擇進油路或回油路節(jié)流調(diào)速，因為系統(tǒng)為中低壓系統(tǒng)，一般適宜選用節(jié)流閥調(diào)速。 單泵供油系統(tǒng)要以所有液壓缸中需流量最大的來選擇泵的流量。缺點是當所需流量較少的液壓缸（如手腕回轉(zhuǎn)缸，夾緊缸等）動作時，系統(tǒng)的溢流損失較大，能源利用率低。 遼寧科技大學本科 生 畢業(yè)設(shè)計 第 25 頁 圖 單泵供油系統(tǒng) 減速緩沖回路 在液壓缸的起動和停止的過程中都需要緩沖。當液壓缸運動到希望點時，由位置檢測裝置發(fā)信號給主機，然后主機控制電磁閥 1YA 通電切斷二位二通的通路，液壓缸的回路改經(jīng)節(jié)流閥回油箱，增大的回油路的阻力，使液壓缸速度減慢，防止沖擊達到緩沖目的。綜合以上考慮，選用上述緩沖回路。 遼寧科技大學本科 生 畢業(yè)設(shè)計 第 26 頁 方向控制閥： 電磁換向閥是利用電氣元件發(fā)出的電訊號，通過電磁鐵動作，使電磁閥閥芯移動，實現(xiàn)油路的換向。 壓力控制閥： 1）節(jié)流閥 本機械手采用 L 型節(jié)流閥 ,其中 L10B 型 2 個， L63B 型 2 個。 它是依靠改變閥的流通截面來調(diào)節(jié)流量，以實現(xiàn)工作機構(gòu)運動速度的無級調(diào)速。 2）溢流閥 溢流閥主要有以下作用：（ 1）保證液壓泵提供恒定壓力。此時溢流閥開啟，使多余流量溢回油箱，保證溢流閥進口壓力，即液壓泵出口壓力恒定。系統(tǒng)正常工作時，閥門關(guān)閉。用於過載保護的溢流閥也稱為安全閥。 3）減壓閥 減壓閥是一種可將較高的進口壓力 (一次壓力 )降低為所需的出口壓力 (二次壓力 )的壓力調(diào)節(jié)閥。 本機械手采用 J63B 型減壓閥。 完整的液壓原理圖如圖 所示 ： 遼寧科技大學本科 生 畢業(yè)設(shè)計 第 27 頁 圖 送料機械手液壓系統(tǒng)原理圖 電磁鐵動作順序表如表 所示： 電磁鐵 動作順序 1DT 2DT 3DT 4DT 5DT 6DT 7DT 送料機械手向后 － ＋ － － － － － 送料機械手下降 － － ＋ － － － － 送料機械手 左移 － － － － ＋ － 送料機械手 上升 － － － ＋ － － － 送料機械手 向前 ＋ － － － － － － 送料機械手 右移 － － － － － ＋ － 液壓系統(tǒng)卸荷 － － － － － － ＋ 表 電磁鐵動作情況 遼寧科技大學本科 生 畢業(yè)設(shè)計 第 28 頁 液壓系統(tǒng)的計算 一般的機械手的液壓系統(tǒng)，大多采用定量油泵，油泵的選擇主要是根據(jù)系統(tǒng)所需要的油泵工作壓力 P 泵 和最大流量 Q 最大 來確定。 本次設(shè)計的液壓系統(tǒng)主要為換向閥處的壓力損失，取 △ p=；在前后移動油缸出有最大工作油壓 P=4MP ∴ P 泵 =4+ 3= 2） 確定油泵的 Q 油泵的流量應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)個回路按設(shè)計的要求，在工作時實際所需的最大流量 Q 最大 ，并考慮系統(tǒng)的總泄漏來確定 Q 泵 = K Q 最大 其中 K― 泄露系數(shù)， 一般取 ～ Q 泵 = 30=36 L/min 3） 確定油泵電動機功率 N ?612PQN? 式中 P——油泵的最大工作壓力 （ MP） Q——所選油泵的額定流量 （ L/min） η ——油泵總效率 2 ??? ??? 結(jié)合考慮凸輪軸加工自動線的整體液壓系統(tǒng)，選用 YBP40 限壓式變量葉片泵，其額定流量為 40L/min， 額定轉(zhuǎn)速 1000r/min，額定壓力 5MP；驅(qū)動電機選擇 Y132M16，其額定功率為 4 KW，轉(zhuǎn)速 960r/min。機械手的工作順序、應(yīng)達到的位置，如手臂上下移動、伸縮、回轉(zhuǎn)及擺動、手腕上下、左右擺動和回轉(zhuǎn)、手指的開閉動作，以及各個動作的時間、速度等，都是在控制系統(tǒng)的指揮下，通過每一運動部件沿各坐標軸的動作按照預(yù)先整定好的程序來實現(xiàn)的。 根據(jù) 6135 柴油機油泵凸輪軸自動生產(chǎn)線送料機械手 結(jié)構(gòu)和功能上的要求，另外在人機交互功能上，控制系統(tǒng)應(yīng)具有易于操作的控制界面，提供良好的操作環(huán)境。 PLC 的組成 PLC 的構(gòu)成： PLC 的類型繁多，功能和指令系統(tǒng)也不盡相同，但結(jié)構(gòu)與工作原理則大同小異，通常由主機、輸入 /輸出接口、電源擴展器接口和外部設(shè)備接口等幾個主要部分組成。 在編程過程中間或程序編寫完成后，可用仿真器在完全脫離 PLC 的情 遼寧科技大學本科 生 畢業(yè)設(shè)計