工业机械手设计 【液压驱动机械手设计】
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机械工程机械工程系系 机械设计制造及自动化专业机械设计制造及自动化专业论文答辩论文答辩工业机械手设计工业机械手设计液压原理及传动设计液压原理及传动设计学生:李刚学生:李刚指导老师:丁兰指导老师:丁兰英英目录引言引言第一章第一章机械手设计要求分析机械手设计要求分析 第二章第二章液压系统设计液压系统设计 第三章第三章集成块的设计集成块的设计 第四章第四章液压集成块液压集成块CAD技术技术 参考文献参考文献引言引言工业机器人一般指用于机械制造业中代替人完成具有大批量、高质量要求的工作,如汽车制造、摩托车制造、舰船制造、某些家电产品(电视机、电冰箱、洗衣机)、化工等行业自动化生产线中的点焊、弧焊、喷漆、切割、电子装配及物流系统的搬运、包装、码垛等作业第一章第一章机械手设计要求分析机械手设计要求分析 1.设计目的和要求设计目的和要求 上下料用机械手能在不同高度与不连续的工作台之间实现机械零件的重复取放,代替人工劳动,减轻了人工劳动强度,提高了自动化水平和劳动生产率,保证了产品和工人的质量与安全。2.机械手简介与分析机械手简介与分析 1.坐标形式分析坐标形式分析 上下料用机械手采用圆柱坐标的结构形式,主要的组成部分有:升降机构,回转机构,手臂伸缩结构等,在这三中机构中采用液压驱动传动方式,能保证机械手的整体结构的紧凑性,运动平稳以及可以方便的实现无级调速。2.运动分析运动分析 如图所示,机械手在工作过程中需三种运动,其中手臂的伸缩和立柱的升降为两种直线运动,而手臂的回转为圆周运动,所以采用圆柱坐标形式。其特点是,结构简单,手臂运动范围大,有较高的定位准确度。3.机械手的工作范围机械手的工作范围 机械手在水平方向上的伸缩范围为至两个不同高度的工作台的距离,手臂伸缩总行程为:300-500mm,手臂回转的运动范围为:0-240度,立柱升降的垂直方向的距离为两工作台的高度差,总行程为:0-200mm 第二章第二章液压系统设计液压系统设计 1 1.根据工作要求确定一个工作循环周期根据工作要求确定一个工作循环周期的运动过程的运动过程 2.2.据工作循环过程确定系统工况分析图据工作循环过程确定系统工况分析图 3.3.拟订液压系统的工作原理图拟订液压系统的工作原理图 4.4.根据整个系统的液压元件需求选择标根据整个系统的液压元件需求选择标准的液压元件准的液压元件 5 5 液压缸尺寸的确定及安全强度的校核液压缸尺寸的确定及安全强度的校核1.1.确定一个工作循环周期的运动过程确定一个工作循环周期的运动过程 1.手臂位于初始位置(1)2.手臂伸长至工作台(1)3.手指抓取工件4.手臂缩回5.立柱升高至至工作台6.手臂回转角度至位置(2)7.手臂伸长并释放工件8.手臂缩回9.手臂回转角度,至位置(1)10.立柱下降至工作台(1)工作行程范围:角度0-240度手作工作范围200mm高度工作范围200mm2.分析运动过程确定系统工况分析图分析运动过程确定系统工况分析图3.拟订液压系统的工作原理图拟订液压系统的工作原理图 1.根据整个系统的工作完成步骤,选择合适的液压缸。伸缩运动和升降运动 选择单杆活塞液压缸,回转运动选择摆动液压缸,保证整个系统能够达到稳定的运动效果。2.液压回路的选择液压回路的选择 确定液压执行元件以后,根据设备的共组特点和工作要求确定对主要性能起决定性影响的主要回路,机械手液压系统主要有针对伸缩运动,升降运动和回转运动的三个主要运动回路。综合以上的动作,原理以及元件,绘制液压系统原理图。下图为本机械手液压系统的工作原理图 2.5液压缸尺寸的确定及安全强度的校核液压缸尺寸的确定及安全强度的校核 1.伸缩液压缸的设计计算2.摆动缸的设计计算 3.升降机构的设计计算第三章第三章 集成块的设计集成块的设计 1 1 设计分析设计分析 2 2 根据具体的要求进行设计计算根据具体的要求进行设计计算 3 3 下面为集成块的设计步骤下面为集成块的设计步骤 4 4 液压集成块的加工工艺液压集成块的加工工艺 2 2 根据具体要求进行设计计算根据具体要求进行设计计算 上下料用的机械手液压系统的集成块设计系统见集成块装配图,它包括地板块,升降机构控制集成块,回转机构控制集成块,伸缩机构控制集成块以及顶盖等五个集成块组成。下面针对整个系统中的伸缩缸液压控制回路集成块为例子,具体说明整个集成块的设计计算过程:3.液压元件的选择液压元件的选择为了能满足整个循环的工作要求,则该回路共需四个液压元件,有相关手册查得它们的型号和规格,以及安装底板在安装这些元件时候应考虑的油孔的相对位置情况等 3 3 下面为集成块的设计步骤下面为集成块的设计步骤 确定通道的孔径,集成块上的公用通道,即压力油孔P,回油孔T,泄露油孔L,以及四个安装孔,压力油孔由液压泵流量决定,本回路流量约为30 L/min 则取压力油孔的孔径为12mm,回油孔和泄露油孔也取孔径为12mm。直接与液压元件连接的液压油孔由选定的液压元件规格确定,由于所选液压阀的通径都为10mm,则统一取孔径为12mm,方便加工。而孔与孔之间的连接孔(即工艺孔)也取12,并且要求用螺塞在集成块表面堵死,不允许堵孔用的螺塞对其他的液压元件和结合面有干涉作用。3.集成块上液压元件的布置,把做好的液压元件样板在集成块各个视图上进行布局,有的液压元件需要连接板,则样板以连接板为准。在布局时应该避免电磁换向阀两端的电磁铁与其他部分或元件想干涉,液压元件的布置应以在集成块上加工的孔最少为最佳。如图5所示,孔道相通的液压元件应该尽可能布置在同一水平面上,或在直径d的范围内(如图5 a)否则要钻中间油孔(如图5 b,c),不通油孔之间的最小壁厚h必须进行强度校核(如图5 d)。液压元件在水平上的孔道若与公共油孔相通,则应尽可能地布置在同一垂直位置或在直径d的范围(如图5 a,b),否则要钻中间孔道(如图6 c),集成块前后与左右连接的孔道应相互垂直,不然也要钻中间孔道(如图6 d)。设计专用集成块时,要注意其高度应该比装在其上的液压元件最大横向尺寸大,以避免上下集成块上的液压元件相互干涉,影响集成块组之间的紧固问题。4.集成块上液压元件布置程序集成块上液压元件布置程序电磁换向阀布置在集成块的前面和后面,先布置垂直位置,后布置水平位置,要避免电磁换向阀的固定螺孔与阀口通道、集成块固定螺孔相通。液压元件泄漏孔可考虑与回油孔合并。水平位置孔道可分为三层进行布置。根据水平孔道布置的需要,液压元件可以上下左右移动一段距离,具体可参见图6。溢流阀的先导阀部分可伸出集成块外,有的元件如单向阀,可以横向布置。第四章第四章 液压集成块液压集成块CADCAD技术技术 液压集成块的CAD的研究与开发已为液压工程设计提供了有力的支持,但其发展潜力还没有充分发掘。由于液压集成块的高附价值,液压集成块CAD技术的应用开发不但能够满足个别企业液压集成块的专业急需,同时也有望走上商品化专业软件市场。对液压集成块CAD技术的研究开发提出全面的商品化,工程化要求并采取有效的方法学,技术和工具,将液压集成块CAD技术应用软件推向用户市场是液压集成块CAD领域的重要工作。参考文献:参考文献:1工业机器人 徐元昌编制 中国轻工业出版社2液压传动与控制 贾铭新主编 国防工业出版社3液压与气压传动 左健民主编4机器人应用技术 孟繁华编 哈尔滨工业大学出版社5机器人动力学 赵锡编著 上海交通大学6.机器人学 蔡自兴著 清华大学出版社7.机器人和机械手控制系统 刘兴良著 新时代出版社8.贾竹青.液压集成块设计法分析.1998(1)9.濮凤根,胡伟民.关于液压集成块CAD研究开发的进一步探讨.199710.Solomatine,D.Object-orientation in hydraulic modeling architectures.Journal of computing in civil engineering,1996(4)
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