毕业设计 机械手直线运动液压系统的设计

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1、 毕业设计机械手直线运动液压系统的设计系 部： 机械及自动化系 专 业： 机电设备维修与管理 班 级： 机电 姓 名： 学 号： 指导老师： 绪论机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门：机械手可把人类从危险、繁重的体力劳动中解放出来，配合机械手工作，同时可极大地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。下面介绍下机械手的历史和前景。机械手是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的，机械手研究始于20

2、世纪中期，随着计算机和自动化技术的发展，特别是1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。同时，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，又为机器人的开发奠定了基础。另一方面，核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了 机械式的主从机械手。机械手首先是从美国开始研制的。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人

3、。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手铆接机器人。作为机器人产品最早的实用机型是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人;其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企

4、业的近30条自动喷漆生产线(站)上获得规模应用，弧焊机器人己应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如:可靠性低于国外产品:机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距;当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程.我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的

5、是水下机器人，6000m水下无缆机器人的成果居世界领先水平。 1.液压缸的加工液压缸为典型的长套筒零件，与短套筒零件的加工方法和工件安装方式都有较大的差别。1液压缸的技术条件和工艺分析 液压缸的材料采用铸铁，如图所示为用铸铁材料的液压缸。为保证活塞在液压缸内移动顺利，对该液压缸内孔有圆柱度要求，对内孔轴线有直线度要求，内孔轴线与两端面间有垂直度要求，内孔轴线对两端支承外圆（82h6）的轴线有同轴度要求。除此之外还特别要求，其组织紧密，不得有砂眼、针孔。2液压缸的加工工艺1 配料 下料外径92，内径66，长度1688锯床2 车1车92mm外圆到82mm三爪卡盘夹一端，大头顶尖顶另一端 2车端面及

6、倒角三爪卡盘夹一端，搭中心架托88mm处 3车另一端92mm外圆到82mm 三爪卡盘夹一端，大头顶尖顶另一端 4车端面及倒角，总长1686mm（留加工余量1mm） 三爪卡盘夹一端，搭中心架托88mm处 -3 -深孔推镗 1半精推镗孔到68mm 2精推镗孔到69.85mm 4 -滚压孔 -用滚压头滚压孔至70 mm,表面粗糙度值Ra为0.32m 一端用螺纹固定在夹具中, 另一端搭中心架 5 -车 -1车82h6到尺寸，割R7槽 软爪夹一端，以孔定位顶另一端 2镗内锥孔130及车端面 软爪夹一端，中心架托另一端(百分表校正孔) 3调头，车82h6到尺寸，割R7槽 软爪夹一端，顶另一端 4镗内锥孔1

7、30及车端面 软爪夹一端，顶另一端 二、确定对液压系统的工作要求机械手一般由执行机构、驱动系统、控制系统及检测装置三大部分组成：根据工况要求，执行机构要具有手臂升降、手臂伸缩、手臂回转和三个自由度。执行机构相应由手臂升降机构、手臂伸缩机构、手臂回转机构、手指夹紧机构和回转定位机构等组成，每一部分均由液压缸驱动与控制它完成的动作循环为：插定位销手臂前伸手指张开手指夹紧抓料手臂上升手臂缩回拔定位销手臂回转插定位销手臂前伸手臂下降手指张开手指闭合手臂缩回拔定位销手臂回转复位待料，泵卸载。三、拟定液压系统原理图四.液压系统电磁铁动作表动作顺序1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA9YA10Y

8、AK26插定位销+手臂前伸+手指张开+手指抓料+手臂上升+手臂缩回+拨定位销+手臂回转+插定位销+手臂前伸+手臂下降+手指张开+手指闭合+手臂缩回+拔定位销+手臂反转+待料卸载+5.液压系统工作原理1、插定位销（1、10）按下油泵起动按钮后，双联叶片泵1、2同时供油，电磁铁1Y、2Y带电，油液经溢流阀3和4至油箱，机械手处于待料卸荷状态。当棒料到达待上料位置，启动程序动作。电磁铁1Y带电，2Y不带电，使泵1继续卸荷，而泵2停止卸荷，同时10Y通电。进油路：泵2阀6减压阀8阀9阀21（右）定位缸左腔。此时，插定位销以保证初始位置准确。定位缸没有回油路，它是依靠弹簧复位的。2、手臂前伸（5、10）

9、插定位销后，此支路系统油压升高，使继电器K26发讯，接通电磁铁5Y，泵1和泵2经相应的单向阀汇流到电液换向阀14左位，进入手臂伸缩缸油腔。l 进油路：泵1单向阀5阀14（左）手臂伸缩缸右腔泵2阀6阀7。l 回油路：手臂伸缩缸左腔单向调速阀15阀14（左）油箱3、手指张开（1、9、10）手臂前伸至适当位置，行程开关发讯，电磁铁1Y、9Y带电，泵1卸载，泵2供油，经单向阀6电磁阀20左位，进入手指夹紧缸右腔。回油路从左腔通过液控单向阀21及阀20左位进入油箱。l 进油路：泵2阀6电磁阀19（左）手指夹紧缸右腔l 回油路：手指夹紧缸左腔阀20电磁阀19（左）油箱4、手指抓料（1、10）手指张开后，时

10、间继电器延时。待棒料由送料机构送到手指区域时，继电起器发讯使9Y断电，泵2的压力油通过阀19的右位进入缸的左腔，使手指夹紧棒料。l 进油路：泵2阀6阀19（右）阀20手指夹紧缸左腔l 回油路：手指夹紧缸右腔阀19（右）油箱5、手臂上升（3、10）当手指抓料后，手臂上升。此时，泵1和泵2同时供油到升降缸。主油路为：l 进油路：泵1单向阀5阀10（左）阀11阀12手臂升降缸下腔泵2阀6阀7l 回油路：手臂升降缸上腔阀13阀10（左）油箱6、手臂缩回（6、10）手臂上升至预定位置，碰行程开关，3Y断电，电液换向阀10复位，6Y带电。泵1和泵2一起供油至电液换向阀14右端，压力油通过单向调速阀15进入

11、伸缩缸左腔，而右腔油液经阀14右端回油箱。l 进油路：泵1阀5阀14（右）阀15手臂伸缩缸左腔泵2阀6阀7l 回油路：手臂伸缩缸右腔阀14（右）油箱7、拔定位销（1）当手腕上的碰块碰到行程开关时，6Y、10Y断电，阀14、22复位，定位缸油液经阀22左端回油箱，弹簧作用拔定位销。l 回油路：定位缸左腔阀22（左）油箱l 定位缸没有进油路，它是在弹簧作用下前进的。8、手臂回转（1、7）定位缸支路无油压后，压力继电器K26发讯，接通7Y。泵2的压力油进入阀6经换向阀16左端通过单向调速阀18最后进入手臂回转缸，使手臂回转。l 进油路：泵2阀6换向阀16（左）单向调速阀18手臂回转缸l 回油路：手臂

12、回转缸单向调速阀17换向阀16（左）油箱9、插定位销（1、10）当手臂回转碰到行程开关时，7Y断电，10Y重又通电，插定位销同1。10、手臂前伸（5、10）此时的动作顺序同2。11、手臂下降（4、10）手臂缩回碰到行程开关，5Y断电，4Y通电。此时，电液换向阀10右端动作，压力油经阀10和单向调速阀13进入升降缸上腔。l 进油路：泵1单向阀5阀10（右）阀13手臂升降缸上腔泵2阀6阀7l 回油路：手臂升降缸下腔阀12阀11阀10（右）油箱12、手指张开（1、9、10）接到继电器信号后，1Y、9Y通电，手指张开同3。并启动时间继电器延时，主机夹头移走棒料后，继电器发讯。13、手指闭合（1、10）

13、接继电器信号，9Y断电，手指闭合同4。14、手臂缩回（6、10）当手指闭喝后，1Y断电，使泵1和泵2一起供油，同时6Y通电，其动作顺序同6。15、拔定位销（1）手腕反转碰到行程开关后，10Y断电。动作顺序同7。16、手臂反转（1、8）拔定位销，压力继电器发信号，8Y接通。换向阀16右端动作，压力油进入手臂回转缸的另一腔，手臂反转，机械手复位。l 进油路：泵2阀6换向阀16（右）单向调速阀17手臂回转缸l 回油路：手臂回转缸单向调速阀18换向阀16（右）油箱17、待料卸载（1、2）手臂反转到位后，启动行程开关，8Y断电，2Y接通。此时，两油泵同时卸荷。机械手动作循环结束，等待下一个循环。机械手的

14、动作也可由微机程序控制，与相关主机联为一体，其动作顺序相同 4、液压系统特点分析1、采用双联泵供油，手臂升降及伸缩时由两个泵同时供油；手臂回转、手指松紧及定位缸工作时，只有小流量泵2供油，大流量泵1自动卸载。由于定位缸和控制油路所需压力较低，在定位缸支路上串联有减压阀8，使之获得稳定的压力。2、的伸缩和升降采用单杆双作用液压缸驱动，手臂的升降和伸缩速度分别由单向调速阀15、13、11实现回油节流调速；手臂由摆动液压缸驱动，其正反向运动亦采用单向阀17和18，回油节流调速。3、机构的定位和缓冲是机械手工作平稳可靠的关键。从提高生产率来说，希望机械手正常工作速度越快越好，但工作速度越快，起动和停止

15、时的惯性就越大，振动和冲击就越大，这不仅会影响到机械手的定位精度，严重时还会损伤机件。因此机械手的定位精度和运动平稳性的要求，一般在定位前要采取缓冲措施。该机械手手臂伸出由死挡铁定位保证精度，端点到达前发信号切断油路，滑动缓冲；手臂缩回和手臂上升由行程开关适时发信号，提前切断油路，滑行缓冲并定位。此外，手臂伸缩缸和升降缸采用了电液换向阀换向，调节换向时间，亦增加缓冲效果。由于手臂的回转部分质量较大，转速较高，运动惯性矩较大，系统手臂回转缸除采用单向调速阀回油节流调速外，还采用定位缸插定位销定位，满足定位精度要求。4、手指夹紧缸夹紧工件后不受系统压力波动的影响，保证牢固地夹紧工件，采用了液控单向

16、阀20的锁紧回路。5、升降缸为立式液压缸，为支承平衡运动部件的自重，采用了单向顺序阀12的平衡回路。5、电气系统原理图6、电气系统工作原理1、 插定位销（1、10）放下闸刀开关QG，按下起动按钮SB2，中间继电器10K得电，其常开触点闭合，使电磁铁1Y、2Y同时得电，两泵同时卸载，机械手处于待料卸载状态。同时继电器KM得电，其常开触点闭合，电机M运转，运输棒料。当棒料到达待上料位置时，撞上行程开关10ST, 10ST闭合，9K得电使中间继电器10K断电，电磁铁2Y断电，小泵停止卸载，大泵仍卸载，中间继电器9K得电，其常开触点自锁，使另外的常开触点闭合，电磁铁10Y得电，实现插定位销。2、 手臂

17、前伸（5、10）当定位缸的油压达到一定值时，压力继电器KP发讯，使行程开关6ST闭合，中间继电器5K得电，其常开触点闭合，电磁铁5Y得电，实现手臂前伸。3、 手指张开（1、9、10）经一定时间，手臂伸缩缸上的碰块碰到行程开关4ST,4ST闭合，中间继电器4K得电，其常开触点闭合，电磁铁9Y得电，实现手指张开。4、 手指抓料（1、10）经一定时间，手指夹紧缸上的碰块碰到行程开关5ST,5ST闭合，中间继电器4K断电，其常开触点断开，电磁铁9Y断电，实现手指抓料。5、 手臂上升（3、10）经一定时间，手指夹紧缸上的碰块碰到行程开关2ST,2ST闭合，中间继电器2K得电，其常开触点闭合，电磁铁3Y得

18、电，实现手臂上升。6、 手臂缩回（6、10）经一定时间，手臂升降缸上的碰块碰到行程开关7ST,7ST闭合，中间继电器6K得电，其常开触点闭合，电磁铁6Y断电，实现手臂缩回。7、 拔定位销（1）经一定时间，手臂缩回缸上的碰块碰到行程开关9ST,9ST闭合，中间继电器8K得电，其常闭触点断开，电磁铁10Y断电。8、 手臂回转（1、7）经一定时间，定位缸支路上无油压后，压力继电器KP发讯，使行程开关8ST闭合，中间继电器7K得电，其常开触点闭合，电磁铁7Y得电，实现手臂回转。9、 插定位销（1、10）其过程同1。10、 手臂前伸（5、10）其过程同2。11、 手臂下降（4、10）经一定时间，手臂伸缩

19、缸上的碰块碰到使行程开关3ST，3ST闭合，中间继电器3K得电，其常开触点闭合，电磁铁4Y得电，实现手臂下降。12、 手指张开（1、9、10）经一定时间，手臂伸降缸上的碰块碰到行程开关4ST,4ST闭合，中间继电器4K得电，其常开触点闭合，电磁铁9Y得电，实现手指张开。13、 手指闭合（1、10）其过程同4。14、 手臂缩回（6、10）其过程同6。15、 拔定位销（1）其过程同7。16、 手臂反转（1、8）拔定位销销后，压力继电器KP发讯，行程开关9ST闭合，中间继电器8K得电，其常开触点闭合，电磁铁8Y得电，实现手臂反转。17、 待料卸载（1、2）经一定时间，手臂回转缸上的碰块碰断行程开关9

20、ST,中间继电器8K断电，其常开触点断开，常闭触点闭合，电磁铁8Y断电，电磁铁2Y得电，两泵同时卸荷，实现待料卸载。7、电路系统特点分析1、方式为点位程序控制。程序设计采用开关预选方式，机械手的自动循环采用步进继电器控制。步进动作是由每一个动作完成后，使行程开关ST的触点闭合而发出信号或依据每一步的动作预设停留时间。2、指令完成由相应的中间继电器K来实现，受发指令的完成方式为机械手相应动作结束的同时使步进继电器再动作，复位指令完成是给相应的中间继电器通电，使机械手回到工作准备状态。3、手除能实现自动循环外，还设有调整电路，可通过手动按钮SB进行单个动作调试。4、泵的供油与卸载和每步动作之间的对

21、应关系由控制电器保证：只有在2K、3K、4K、5K、6K、7K、8K、9K、10K等九个中间继电器全部不通电（所有液压缸不动作）时，中间继电器12K才通电，使电磁铁1Y、2Y得电，大、小泵同时卸载；中间继电器中任意一个通电（即任一液压缸动作），12K则断电，小泵停止卸载；中间继电器2K、3K、5K、6K中任意一个通电（即手臂升降，手臂伸缩），大泵则停止卸载。5、定位与手臂回转由继电器互锁。在插定位销后，定位缸压力上升，压力继电器K升压发令，一方面由常开触点接通手臂升降、手臂伸缩、手指松夹、手腕回转等部分的自动循环电气线路；另一方面由常闭触点断开手臂回转的电气线路。同时在定位缸用电磁铁12Y的线

22、圈两边串联有中间继电器9K和10K（手臂回转）的常闭触头和11K（定位插销）的常开触头，这些互锁措施保证了任何情况下手臂回转只在拔定位销之后进行。6、械手工作环境存在金属粉尘，在电磁铁Y的线圈两边各串联了一个中间继电器的常开触头，用以保证继电器断电之后常开触头可靠脱开，液压缸即时停止工作。4、计算和选择液压元件液压元件包括执行元件、动力元件、控制元件、辅助元件、工作介质。4.1执行元件液压缸、液压马达致 谢 二个月时间的毕业课题设计是我大学生活中忙碌而又充实一段时光。这里有治学严谨而又亲切的老师，有互相帮助的同学，更有积极、向上、融洽的学习生活氛围。短短的时间里，我学到了很多的东西。不仅学到就

23、更多的理论知识，扩展了知识面，提高了自己的实际操作能力；而且学会了如何去学习新的知识，学会了面对困难和挑战，学会了团结合作，互助互利。借此论文之际，向所有帮助、关心、支持我的老师、朋友同学，表达我最真诚的谢意。 首先感谢指导老师徐老师。本论文是在老师耐心指导下多次修改完成的。在此，我对老师的耐心指导和帮助表达我最真诚的谢意，感谢老师在这几个月来所付出的努力。在这段时间里，我从小组成员身上，不仅学到了许多的专业知识，更感受到了其他以外的精神，生活中的平易近人。此外，老师的严谨治学态度和忘我的工作精神值得我去学习。在此，请允许我对说一声：“老师，您辛苦了！”再次感谢您。 非常感谢我的同学。当我在毕业设计过程中遇到问题和困难时，是他们给我提出许多关键性的意见和建议，使我对整个的思路有了总体的把握，并耐心的帮我解决了许多实际问题，使我获益良多。同时，感谢三年来传授我知识的老师们，更要感谢我的家人及朋友对我学业上的支持和鼓励，感谢所有关心、帮助过我的人。同时感谢我的大学，感谢生机学院。我不会忘记你们。总之，在以后的学习、工作、生活中我将更加努力，用自己的行动回报社会、学校、老师及同学。