【正文】 長度和比例來調(diào)節(jié)。 8 8 3 直角坐標(biāo)式 工業(yè)機械手的機械部分設(shè)計 3． 1 機械手的規(guī)格參數(shù) 1． 抓重： 50 N （額定抓取重量或額定負(fù)荷） 2． 自由度： 4 3． 坐標(biāo)形式： 圓柱坐標(biāo) 4． 最大工作半徑： 1200 ㎜ 5． 手臂最大中心高（下降時）： 800 ㎜ 6． 手臂運動參數(shù) ① 伸縮行程： 500 ㎜ ② 伸縮速度： 250 ㎜／ s ③ 升降行程： 300 ㎜ ④ 升降速度： 200 ㎜／ s ⑤ 回轉(zhuǎn)范圍：０ ○ ～１８０ ○ ⑥ 回轉(zhuǎn)速度： 180○ ／ s 7． 手腕參數(shù) ① . 回轉(zhuǎn)范圍：０ ○ ～１８０ ○ ② .回轉(zhuǎn)速度：１８０ ○ ㎜／ s 8． 手指夾持范圍： Ф５０～Ф７０ 9． 定 位精度：177。若Ｇ １ Ｇ ２ Ｇ ３ Ｇ ４ 和Ｘ１ Ｘ ２ Ｘ ３ Ｘ ４ 分別為工件，手部、手腕、手臂之重量和重心位置至手臂回轉(zhuǎn)軸的距離，則手臂，手腕等部件的總重量Ｇ為： 13 13 Ｇ＝Ｇ １ ＋Ｇ ２ ＋Ｇ ３ ＋Ｇ ４ ＋??＝ Σ Ｇ ｉ （ 3－ 24） 式中ｉ —— 表示工件、手部、手腕、手臂等零部件的順序號。 Ｍ 中間值 ＝ Nｍ ρ 中間值 ＝ 450mm＝ 則：Ｇ 配重 ＝Ｍ 中間值 ／ ρ 中間值 ＝ ／ ＝ N ｍ 配重 ＝ Ｇ 配重 ／ｇ＝ ／ ＝ kg V 配重 ＝ ｍ 配重 ／ ρ 鋼 ＝ ( 106)＝ 106mm３ （ａ： １５０ ｂ：２００ h：９２） 3． 2． 7 升降部分計算 工業(yè)機械手的回轉(zhuǎn)和升降機構(gòu)安裝在底座上，它們支承著手臂伸縮機構(gòu)，手腕和手部。從力的觀點分析必須使 Ｇ Ｆ １ ＋Ｆ ２ ＝２Ｆ １ ＝２Ｒ １ ｆ＝２ ρ Ｇｆ／ h 所以： h２ｆ ρ 式中：ｆ —— 摩擦系數(shù)。 ρ —— 偏重力臂即手臂等部件總重量的重心到立柱軸線間的距離。 根據(jù)公式： ? ＝Ｍ／Ｗ 。 3． 2． 9 撓度計算 考慮導(dǎo)桿在全伸出時撓度最大。 3． 2． 10 轉(zhuǎn)臺型齒桿式回轉(zhuǎn)擺動氣缸的計算 根據(jù)公式： ① ｍ 總２ ＝ｍ 工件 ＋ｍ 爪部 ＋ｍ 腕部回轉(zhuǎn)缸 ＋ｍ 伸縮缸 ＋ｍ 伸縮導(dǎo)向 ＋ｍ 配重 ＋ｍ 托板 （ 3－ 32） ｍ 總２ ＝ｍ 工件 ＋ｍ 爪部 ＋ｍ 腕部回轉(zhuǎn)缸 ＋ｍ 伸縮缸 ＋ｍ 伸縮導(dǎo)向 ＋ｍ 配重 ＋ｍ 托板 ＝ +++9++＝ kg ρ總２＝ (700 +622 2+442 68 )/＝ mm＝－ m ② J 總２ ＝ (ｍ /12)/(L2+ａ ２ ) （ 3－ 33） J 總２ ＝ (ｍ /12)/(L2+ａ ２ ) ＝ (11702+2021)/12 ＝ 106 kgmm2 ＝ J0＝ J 總２ +ｍ 總２ ρ總２ 2＝ + ()2＝ kgm2 ｍ 升降 ＝ ++++1＝ kg J 升降 ＝ (ｍ /12)/(12+ａ ２ )＝ (5842+602)/12 ＝ 10 106 kgmm2＝ kgm2 J 總 ＝ J 升降 +J0＝ +＝ Ｍ 慣 ＝ J 總 (△ ω /△ ｔ )＝ ( )/＝ Nm Ｍ 驅(qū) ＝ 慣 ＝ ＝ Nm Ｍ 手臂回轉(zhuǎn)缸 ＝ Nm Nm 可選用 SMC MSQ 系列轉(zhuǎn)臺型齒桿式回轉(zhuǎn)擺動氣缸 氣缸 MSQB200A。 臂部 伸縮缸 CDA1BN40500 40 10 500 2 升降缸 MDBB50300 50 16 300 齒輪齒條馬達(dá) QGK1RSD80T180E2 80 0 ~ 180176。 對伸縮缸主控電磁換向閥的選擇 因伸縮缸要求壓力 Pa≤ ，流量 Qa=，查《機械設(shè)計手冊 5》表 3/8。 對馬達(dá)主控電磁換向閥的選擇 因馬達(dá)要求壓力 Pa≤ ， 流量 Qa=，查《機械設(shè)計手冊 5》表 3/8。 結(jié)合以上數(shù)據(jù)，參考資料 (SMC 公司的《 四 通先導(dǎo)式電磁閥 VF4000 系列 橡膠 密閉》 )，選得閥 如表 4－ 2： 表 4－ 2 元件的種類 執(zhí)行元件 電磁閥 數(shù)量 配合管道 (O/I) 速度控制器 夾緊缸 SY313D5GC8 1個 φ 6mm AS202101 腕馬達(dá) VF42205GB03 1個 3/8 AS400002 伸縮缸 VF42205GB03 1個 3/8 AS400002 升降缸 VF42205GB03 1個 3/8 AS400002 臂馬 達(dá) VF42205GB03 1個 3/8 AS400002 19 19 3)選擇減壓閥和其它氣動動助件 過濾器、減壓閥、油霧器集全起來統(tǒng)稱為氣源三大件。 P==選擇方大 氣動 C系統(tǒng)氣源三大件： QFLJWCL8。而總氣源管的氣管管徑： 因 Q=πD 2V/4= π d12V/4+ πd 22V/4 則 D=( d12+ d22)1/2 =( 82+ 82)1/2= 取標(biāo)準(zhǔn)管徑： D=14mm ② 驗算壓力損失 預(yù)設(shè)供氣壓力為 ，壓力損失為 [△ P]100Kpa A、沿程損失 由于設(shè)計系統(tǒng)的管道很短，故此項損失很小，可在總壓力損失時計入系數(shù)。 減壓閥和節(jié)流閥的壓力損失較小，其余損失為系統(tǒng)回路和氣控回路和： ∑ △ Pr2=△ P 換向閥 +△ P 油霧器 +△ P 水濾氣器 （ 4－ 5） 查《機械設(shè)計手冊 5》表 38。 5）中央控制閥的功能 中央控制閥 上面集成了電磁閥，風(fēng)缸速度調(diào)整和緩沖等重要功能。通過調(diào)節(jié)速度節(jié)流閥和緩沖節(jié)流閥達(dá)到控制運動速度的效果。 20 20 圖 4－ 1 風(fēng)缸速度調(diào)整 圖 4－ 2 緩沖原理 21 21 4． 4 執(zhí)行元件用氣量的計算和空壓機的選擇 各執(zhí)行元件的壓縮空氣用氣量如上計算，將其和一些數(shù)據(jù)列入下表 003 夾緊缸的壓縮空氣用氣量 Qa = Q(p+p0)/p0 （ 4－ 6） Qa = Q(p+p0)/p0 =(10 6+10 6)/(10 6) = 同理可得 ： 伸縮缸和馬達(dá)的壓縮空氣用氣量 ： Qb= cm3/s 升降缸的壓縮空氣用氣量 ： Qb= cm3/s 結(jié)果記入下表 43： 表 4－ 3 部件 缸或馬達(dá) 耗氣量 cm3/s 工作壓力 MPa 大氣壓 MPa 自由空氣量 cm3/s 工作時間 S 計算公式 指部 夾緊缸 3 Q’=Q(p+p0)/p0 腕部 葉片馬達(dá) 3 1 臂部 伸縮缸 2 升降缸 齒輪齒條馬達(dá) 3 2091． 242 2 氣缸的理論用氣量 查《機械設(shè)計手冊 5》 得 公式 ： Qz=[∑iaQt] （ 4－ 7） Qz── 一臺設(shè)備在一個周期內(nèi)的平均用氣量 cm3/s a── 氣缸每一往復(fù)的作用次數(shù)：單作用缸 a=1 雙作用缸 a=2 T── 系統(tǒng)一次工作循環(huán)時間 (25S) Q── 某個執(zhí)行元件一個行程的用氣量 cm3/s t── 某個執(zhí)行元件一個行程的時間 S 由公式 4－ 6可知，氣缸理論用氣量為： Qz=[∑iaQt] =1+22+2+21+22091.2422 ） /25 =1056cm3/s 考慮系統(tǒng)泄漏，取泄漏量為用氣量的 15%，及其總系數(shù)為 ，則 系統(tǒng)工作用氣量為： Qg= Q z= 1056 = cm3/s=10 3cm3/s 22 22 = m3/min 氣罐容積計算 公式： Vc= 105QT/(pp1) （ 4－ 8） Qz── 使用需要的空氣消耗量 T── 儲備氣最小工作時間 P── 貯氣罐的空氣壓力 P1── 用氣需要的工作壓力 由公式 4－ 7，得 Vc= 105QT/(pp1) = 105 (10 6 25)/( 106) ≈ m 3 選擇空壓機 根據(jù)《機械設(shè)計手冊 5》表 38。 由：系統(tǒng)用氣量 Qg=, Vc= 可選得 其額定排氣量 m3/min， 額定排氣壓力 ， 電動機功率 ， 壓氣機儲氣罐容積 ， 總重 160Kg， 生產(chǎn)廠： 長春空氣壓縮機廠 4． 5 氣動元件的清單 方向閥是 SMC 公司的；缸、氣源三大件和馬達(dá)是方大氣動公司的；其他由《機械設(shè)計手冊》查得： 如表 4－ 4 表 4－ 4 元件名 標(biāo)記 (數(shù)量 ) 電磁換向閥 (數(shù)量 ) 配合官道 其它元件及 其數(shù)量 夾緊缸 MDBB5035 SY313D5GC8 φ 6mm 單向節(jié)流閥LAL8(9 個 )氣源三大件QFLJWCL8(1件 )空壓機(1臺 )閥的匯流板W5FS23008103(1 個 ){SMC}總氣源管直徑14mm 腕部馬達(dá) CDRB1BW50180S(1) VF52205GB03 3/8 手臂伸縮缸 CDA1BN40500 VF52205GB03 3/8 手臂升降缸 MDBB50300 VF52205GB03 3/8 手臂馬達(dá) QGK=1RSD80T180E2 VF52205GB03 3/8 23 23 4． 6 動作順序表 5 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 5． 1 電氣控制方案設(shè)計和元件的選擇 可編程控制器具有通用靈活、抗干擾能力強、可靠性高、易于編程、使用方便、安裝簡單、便于維修等特點 ,可見可編程系統(tǒng) PLC 作為電氣控制系統(tǒng)具有一般繼電器系統(tǒng)所沒有的很多優(yōu)點。 5． 2 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計及 PLC 及 I/O 端口分配圖的設(shè)計 PLC 端口分配圖設(shè)計輸入部分包括手動控制、自動控制、停止、急停保護(hù)和手動單個動作操作以及行程開關(guān)輸入接點。 機械手 PLC 動作流程圖：見《動作流程圖》。 5． 3 PLC 梯形圖的設(shè)計 1）考慮到雙動電磁閥的兩側(cè)線 圈不能同時帶電，故在梯形圖的設(shè)計中將輸出驅(qū)動 24 24 線圈回路加入互鎖功能，保證雙動電磁閥兩側(cè)線圈不會同時通電。故在手動和自動啟動回路中設(shè)計自鎖回路，以保證在啟動按鈕復(fù)歸后仍可維持輸出輔助繼電器接點的接通閉合。 4）自動循環(huán)的功能由時間繼電器接點和行程限位共同串聯(lián)啟動。通過這設(shè)計 ， 也 能趁這段寶貴時間對自己在這四年當(dāng)中所學(xué)到的知識作一次全面的檢閱和加強， 絕對 是一件 非常 有意義的事情。所以，我衷心