3943 自动外圆磨床自动上料系统设计
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自动外圆磨床自动上料系统设计,指导老师:戴积峰 学生: 李益,自我介绍及课题研究情况,李益自我介绍课题研究的内容,简介(接上页),自动外圆磨床自动上料系统是工业生产的必然产物,它是一种模仿人体的部分功能,按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备,对实现工业生产自动化,推动工业生产的进一步发展起着重要作用。本课题通过应用AutoCAD 技术对自动外圆磨床自动上料系统进行结构设计(自动喂料及顶针夹紧)。要求该系统能实行自动上料运动;在安装工件时,将工件送入卡盘中的夹紧运动等。通过本课题的设计,能够提高学生的理论分析与计算能力,同时提高学生的分析问题和解决问题的能力 。,设计基本参数:1、陶瓷插芯加工材料:氧化锆(ZrO2), 尺寸:毛胚外径2.56mm,内孔0.02mm,长度10.5mm。2、陶瓷插芯同心度(内孔与外径)1微米。3、砂轮:金刚石砂轮,线速度50米秒。4、装料内孔定位,装料用气动形式,装料速度6只/min。 具体任务: 根据设计基本参数,进行力学分析,设计自动外圆磨床自动上料系统(自动喂料及顶针夹紧),绘制二维装配图及8-15个主要零件的零件图。,课题研究的主要内容,1 绪论 2 自动送料机构的结构方案和驱动方案选型 3 系统各主要组成部分设计 3.1 抓取机构设计 3.2 液压驱动系统设计 3.3 机身结构的设计 3.4 自动送料机构的定位及平稳性确定,动作要求分析如图所示:动作一:送 料动作二:预夹紧动作三:手臂上升动作四:手臂旋转动作五:小臂伸长动作六:手腕旋转,自动外圆磨床自动上料系统设计的驱动方式,(a)气力驱动式:气源压力一般只有60Mpa左右,适宜抓举力较小的场合。(b)液力驱动式:结构紧凑,传动平稳且动作灵敏,但对密封的要求较高,且不宜在高温或低温的场合工作,要求的制造精度较高,成本较高。(c)电力驱动式:无环境污染,易于控制,运动精度高,成本低,驱动效率高等优点,其运用最为广泛。(d)新型驱动式:例如静电驱动器,压电驱动器,形状记忆合金驱动器,人工肌肉及光驱动器等,选型:,本课题所设计的自动外圆磨床自动上料系统 ,其中坐标系为圆柱坐标系结构。由于本课题的工件是圆柱状棒料,所以采用夹持式手部设计方案。手部部分由手指和传力机构所构成,手指与工件接触而传力机构则通过手指夹紧力来完成夹放工件的任务。其他部分则按照一般工业生产所采用的通用形式进行设计。驱动系统选用电机驱动和液压驱动,电机驱动用于机座的旋转和手臂的上下移动,液压驱动用于手臂的伸缩和机械手的夹取和翻转。,自动外圆磨床自动上料系统设计由4大部分组成:(1) 手部 :完成夹紧动作,用液压驱动,根据手握紧力计算出两机械爪张开角度,之间的距离,以及所驱动它的油缸的压力大小。,(2) 腕部 :具有回转这一个自由度,可采用具有一个活动度的回转缸驱动的腕部结构。,(3) 臂部 :它的作用是支撑腕部和手部,并带动它们在空间伸缩运动 。通过它的行程,流量确定油缸大小,从而确定臂的尺寸。,(4) 机身 :实现臂部的升降、回转或俯仰等运动的驱动装置或传动件都安装在机身上,或者就直接构成机身的躯干与底座相连。 确定电机,泵,减速器的型号。并校核螺柱的强度。,外观图,液压原理图,腕部回转,手部抓取,臂部伸缩,其他设计:,自动外圆磨床自动上料系统设计定位方式 影响平稳性和定位精度的因素 自动外圆磨床自动上料系统设计运动的缓冲装置,选定零件的工艺设计,这个要对照图进行介绍,谢谢各位老师欢迎指导,分 类 号 密 级 宁xx 学院毕 业 设 计 (论 文 )自动外圆磨床自动上料系统设计所 在 学 院专 业班 级姓 名学 号指 导 老 师年 月 日诚 信 承 诺我谨在此承诺:本人所写的毕业论文自动外圆磨床自动上料系统设计均系本人独立完成,没有抄袭行为,凡涉及其他作者的观点和材料,均作了注释,若有不实,后果由本人承担。承诺人(签名): 年 月 日I摘 要自 动 送 料 机 构 是 工 业 机 器 人 系 统 中 传 统 的 任 务 执 行 机 构 , 是 机 器 人 的 关 键 部 件之一。 自动送料机构的机械结构采用滚珠丝杆 、 滑 杆 、 等机械器件组成; 电气方面有交流 电机、 变频器、 传感器 、 等电子器件组成 。 该装置涵盖了可编程控制技术 , 位置 控制技术、 检测技术等 , 是机电一体化的典型代表仪器之一 。 本文介绍的自动送料机构 是由 PLC 输出三路脉冲 , 分别驱动横轴、 竖轴变频器, 控制自动送料机构横轴和竖轴的 精确定位 , 微动开关将位置信号传给 PLC主机; 位置信号由接近开关反馈给 PLC 主机, 通过交流电机的正反转来控制自动送料机构手爪的张合, 从而实现自动送料机构精确运 动的功能。本课题拟开发的物料搬运自动送料机构可在空间抓放物体,动作灵活多样 , 可代替人工在高温和危险的作业区进行作业, 并可根据工件的变化及运动流程的 要求随时更改相关参数。关键词:自动送料机构,交流电机IIAbstractManipulator industrial robot systems traditional mandate, Robot is one of the key components. Manipulator using the mechanical structure of screw-ball, slider, and other mechanical devices composition; Electric have AC motor, inverter, sensor, and other electronic device components. The device covers a programmable control technology, position control technology, detection technology, Mechatronics is a typical representative of one of the machines. This paper presents a manipulator by three PLC output pulse, driving horizontal, the vertical axis transducer, control manipulator axis horizontal and vertical positioning precision,micro-switches position signal transmission will host PLC; location close to the switching signal from the feedback from the mainframe to the PLC, through the exchange of Motor reversion to control the manipulator gripper Zhang, thus achieving accurate manipulator movement functions. The topics to be developed by the Manipulator grasping be up in space objects, movements flexible, diverse, can replace the artificial heat and dangerous operation conducted operations, According to the workpiece can change the campaign process and the requirements of any changes to the relevant parameters.Key Words: Manipulator , AC motorIII目 录摘 要 .IAbstract .II目 录 .III1 绪论 .51.1 机器人 .51.2 自动送料机构 .61.2.1 自动送料机构的组成 .61.2.2 自动送料机构的应用 .71.2.3 自动送料机构的分类 .71.3 课题研究内容及解决手段 .81.4 课题研究意义 .82 自动送料机构的结构方案和驱动方案选型 .92.1 原始数据及资料 .92.2 料槽形式及分析动作要求 .92.3 自动送料机构结构及驱动系统选型 .103 系统各主要组成部分设计 .123.1 抓取机构设计 .123.1.1 手部设计计算 .123.1.2 腕部设计计算 .163.2 液压驱动系统设计 .193.2.1 手部抓取缸 .203.2.2 腕部摆动液压回路 .213.2.3 小臂伸缩缸液压回路 .223.2.4 总体系统图 .233.3 机身结构的设计 .243.3.1 电机的选择 .253.3.4 机座的机械结构示意图 .28IV3.4 自动送料机构的定位及平稳性确定 .293.4.1 常用的定位方式 .293.4.2 影响平稳性和定位精度的因素 .293.4.3 自动送料机构运动的缓冲装置 .30结论语 .32致 谢 .33参 考 文 献 .34 宁 波 大 红 鹰 学 院 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 51 绪论1.1 机器人目前,工业机器人的定义,世界各国尚未统一,分类也不尽相同。最近联合国国际标准化组织采纳了美国机器人协会给工业机器人下的定义:工业机器人是一种可重复编程的多功能操作装置,可以通过改变动作程序,来完成各种工作,主要用于搬运材料,传递工件。参考国外的定义,结合我国的习惯用语,对工业机器人作如下定义:工业机器人是一种机体独立,动作自由度较多,程序可灵活变更,能任意定位,自动化程度高的自动操作机械。主要用于加工自动线和柔性制造系统中传递和装卸工件或夹具 1。工业机器人以刚性高的手臂为主体,与人相比,可以有更快的运动速度,可以搬运更重的东西,而且定位精度相当高,它可以根据外部来的信号,自动进行各种操作。工业机器人是在计算机控制下可编程的自动机器。采用工业机器人是提高产品质量与劳动生产率,实现生产过程自动化,改善劳动条件,减轻劳动强度的一种有效手段。机器人的诞生和发展虽只有 30 多年的历史,但它已应用到国民经济,民事技术等众多的领域,具有广阔的应用和发展前景,显示出强大的生命力 2。根据所处的环境和作业需求,工业机器人具有至少一项或多项拟人功能,如抓取功能或移动功能,或两者兼有之,另外还可能程度不等的具有某些环境感知功能(如视觉,力觉,触觉等) 。以及语音功能及至逻辑思维,判断决策功能等。从而使其能在要求的环境中代替人进行作业。在工业机器人的诸多功能中,抓取和移动是最主要的功能。这两项功能实现的技术基础是精巧的机械结构设计和良好的伺服控制驱动。本次设计就是在这一思维下展开的。根据设计内容和需求确定圆柱坐标型工业机器人,利用锥齿轮传动实现机器人的旋转,利用液压缸实现其移动以及对零件的抓取。在步进电机的控制下,机器达到精确的回转运动。工业机器人的发展,由简单到复杂,由初级到高级逐步完善,它的发展过程可分为三代:6第一代工业机器人就是目前工业中大量使用的示教再现型工业机器人,它主要由手部、臂部、驱动系统和控制系统组成。它的控制方式比较简单,应用在线编程,即通过示教存贮信息,工作时读出这些信息,向执行机构发出指令,执行机构按指令再现示教的操作。第二代机器人是带感觉的机器人。它具有寻力觉、触觉、视觉等进行反馈的能力。其控制方式较第一代工业机器人要复杂得多,这种机器人从 1980 年开始进入了实用阶段,不久即将普及应用。第三代工业机器人即智能机器人。这种机器人除了具有触觉、视觉等功能外,还能够根据人给出的指令认识自身和周围的环境,识别对象的有无及其状态,再根据这一识别自动选择程序进行操作,完成规定的任务。并且能跟踪工作对象的变化,具有适应工作环境的功能。这种机器人还处于研制阶段,尚未大量投入工业应用 2-4。1.2 自动送料机构自动送料机构,顾名思义,是指能模仿人手的部分动作,用以完成某些抓放,搬运物件或操纵工具等工作的自动化机械装置。自动送料机构通常用附属于它所服务的设备,动作程序固定,多数没有独立的控制系统,其控制装置包括在主机的控制系统(不包括工业机器人) 。 自动送料机构(以及工业机器人)在机械加工自动化方面的应用主要有:自动上、下料和自动换刀 3。1.2.1 自动送料机构的组成执行系统一般包括手部、腕部、臂部、机身机座等,其中最主要是运动系统。自动送料机构主要由执行系统、驱动系统及控制系统三部分组成。手部是夹紧(或吸附、托持)与松开工件或工具 的部件,由手指(或吸盘) ,驱动元件和传动元件等组成。腕部、臂部、机身是将手部抓取的工件或工具进行搬运或操作的部件。驱动系统是驱动臂部、腕部、手部和自动送料机构整体运动机构动作的动力装置,常用的驱动方式有液压、气动、机械、电气或其他的组合。控制系统是支配自动送料机构按规定程序和要求进行运动的装置,他们主要用来控制: 宁 波 大 红 鹰 学 院 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 7位置(点位控制或连续轨迹控制)时间、速度和加速度等参数自动送料机构与主机及其它有关装置之间的联系 3。1.2.2 自动送料机构的应用按自动送料机构布局形式分可分为:架空式自动送料机构、附机式自动送料机构、落地式自动送料机构三种。此外,还有安装在自动线料道上或料道旁,实现工件上、下料,传递转位、转向,粉料等用途的自动送料机构,他们具有运动单一、结构简单,位置灵活及精度一般要求较低的特点。 自 动 送 料 机 构 通 常 用 作 机 床 或 其 他 机 器 的 附 加 装 置 , 如 在 自 动 机 床 或 自动 生 产 线 上 装 卸 和 传 递 工 件 , 在 加 工 中 心 中 更 换 刀 具 等 , 一 般 没 有 独 立 的 控制 装 置 3。1.2.3 自动送料机构的分类(1)根据所承担的作业的特点,工业自动送料机构可分为以下三类:(a)承担搬运工作的自动送料机构:这种自动送料机构在主要工艺设备运行时,用来完成辅助作业,如装卸毛坯、工件和工夹具。(b)生产工业用自动送料机构:可用于完成工艺过程中的主要作业,如装配、焊接、涂漆、弯曲、切断等。(c)通用工业自动送料机构:其用途广泛,可以完成各种工艺作业 9。(2)按功能分类:(a)专用自动送料机构:它是附属于主机的具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用自动送料机构具有动作少,工作对象单一,结构简单,实用可靠和造价低等特点,适用于大批大量的自动化生产,如自动机床,自动线的上、下料自动送料机构和“加工中心”附属的自动换刀自动送料机构。(b)通用自动送料机构:又称工业机器人。它是一种具有独立控制系统的机械装置。具有程序可变、工作范围大、定位精度高、通用性强的特点,适用于不断变换品种的中小批量自动化的生产。(c)示教再现自动送料机构:采用示教法编程的通用自动送料机构。所谓示教,即由人通过手动控制, “拎着”自动送料机构做一遍操作示范,完成全部动作后,其8储存装置即能记忆下来。自动送料机构手可按示范操作的程序行程进行重复的再现工作。(3)按驱动方式分:(a)气力驱动式的机器人:气源压力一般只有 60Mpa 左右,适宜抓举力较小的场合。(b)液力驱动式的机器人:结构紧凑,传动平稳且动作灵敏,但对密封的要求较高,且不宜在高温或低温的场合工作,要求的制造精度较高,成本较高。(c)电力驱动式的机器人:无环境污染,易于控制,运动精度高,成本低,驱动效率高等优点,其运用最为广泛。(d)新型驱动式的机器人:例如静电驱动器,压电驱动器,形状记忆合金驱动器,人工肌肉及光驱动器等(4)按控制方式分:(a)固定程序自动送料机构:控制系统是一个固定程序的控制器。程序简单,程序数少,而且是固定的,行程可调但不能任意点定位。(b)可编程序自动送料机构:控制系统是一个可变程序控制器。其程序可按需要编排,行程能很方便改变 9。1.3 课题研究内容及解决手段(1)根据设计要求及原始数据,进行自动送料机构抓取机构设计;(2)进行液压系统原理设计,并画草图;(3)进行机座机身的结构设计;(4)研究自动送料机构的定位及平稳性;(5)研究自动送料机构的控制方式。1.4 课题研究意义(1)培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力,拓宽和深化学生的知识。 (2)培养学生树立正确的设计思想,设计构思和创新思维,掌握工程设计的一般程序规范和方法。(3)培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算,数据处理,编写技术文件等方面的工作能力。(4)培养学生进行调查研究,面向实际,面向生产,向工人和技术人员学习的基本工作态度,工作作风和工作方法。 宁 波 大 红 鹰 学 院 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 9102 自动送料机构的结构方案和驱动方案选型2.1 原始数据及资料1、陶瓷插芯加工材料:氧化锆(ZrO2), 尺寸:毛胚外径 2.56mm,内孔 0.02mm,长度 10.5mm。2、陶瓷插芯同心度(内孔与外径)1 微米。3、砂轮:金刚石砂轮,线速度 50 米秒。4、装料内孔定位,装料用气动形式,装料速度 6 只/min。(2)技术要求设计自动外圆磨床自动上料系统(自动喂料及顶针夹紧)2.2 料槽形式及分析动作要求(1)形式图 2.1 自动送料机构安装简易图(2)动作要求分析如图 2.2 所示动作一:送 料动作二:预夹紧动作三:手臂上升动作四:手臂旋转动作五:小臂伸长动作六:手腕旋转 宁 波 大 红 鹰 学 院 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 11预夹紧手臂上升手臂旋转小臂伸长 手腕旋转手臂转回图 2.2 自动送料机构动作简易图2.3 自动送料机构结构及驱动系统选型本课题所设计的自动送料机构为通用型的自动送料机构,其中坐标系为圆柱坐标系结构。由于本课题的工件是圆柱状棒料,所以采用夹持式手部设计方案。手部部分由手指和传力机构所构成,手指与工件接触而传力机构则通过手指夹紧力来完成夹放工件的任务。其他部分则按照一般工业生产所采用的通用形式进行设计。驱动系统选用电机驱动和液压驱动,电机驱动用于机座的旋转和手臂的上下移动,液压驱动用于手臂的伸缩和自动送料机构的夹取和翻转 3。123 系统各主要组成部分设计3.1 抓取机构设计3.1.1 手部设计计算(1)对手部设计的要求(a)有适当的夹紧力手部在工作时,应具有适当的夹紧力,以保证夹持稳定可靠,变形小,且不损坏工件的已加工表面。对于刚性很差的工件夹紧力大小应该设计得可以调节,对于笨重的工件应考虑采用自锁安全装置。(b)有足够的开闭范围夹持类手部的手指都有张开和闭合装置。工作时,一个手指开闭位置以最大变化量称为开闭范围。对于回转型手部手指开闭范围,可用开闭角和手指夹紧端长度表示。手指开闭范围的要求与许多因素有关,如工件的形状和尺寸,手指的形状和尺寸,一般来说,如工作环境许可,开闭范围大一些较好,如图 3.1 所示。图 3.1 自动送料机构开闭示例简图 宁 波 大 红 鹰 学 院 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 13(c) 力求结构简单,重量轻,体积小手部处于腕部的最前端,工作时运动状态多变,其结构,重量和体积直接影响整个自动送料机构的结构,抓重,定位精度,运动速度等性能。因此,在设计手部时,必须力求结构简单,重量轻,体积小。(d) 手指应有一定的强度和刚度(e)其它要求:因此送料,夹紧自动送料机构,根据工件的形状,采用最常用的外卡式两指钳爪,夹紧方式用常闭史弹簧夹紧,松开时,用单作用式液压缸。此种结构较为简单,制造方便。(2)拉紧装置 4如图 3.2 所示:油缸右腔停止进油时,弹簧力夹紧工件,油缸右腔进油时松开工件。图 3.2 油缸示意图(a)右腔推力为 PDFp24/(3.1)= 3105.=4908.7N(b)根据钳爪夹持的方位,查出当量夹紧力计算公式为:P14NabF21cos/2 (3.3)其中 N =498N=392N,带入公式 2.2 得: 21s/=(2150/50) (cos30) 392=1764N则实际加紧力为 F1实际= PK1K2/ (3.3)=17641.5 1.1/0.85=3424N经圆整 F1=3500N由公式 pbaNcos/2得:a=50.5 mmb=72 mm(c)计算手部活塞杆行程长 L,即tgDL2/ (3.4)=25tg30=23.1mm经圆整取 l=25mm(d)确定“V”型钳爪的 L、 3。取 L/Rcp=3 (3.5)式中: Rcp=P/4=200/4=50 (3.6)由公式(3.5) (3.6)得: L=3Rcp=150取“V”型钳口的夹角 2 =120,则偏转角 按最佳偏转角来确定,查表得: =2239(5)机械运动范围(速度)(a)伸缩运动 Vmax=500mm/s 宁 波 大 红 鹰 学 院 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 15Vmin=50mm/s(b)上升运动 Vmax=500mm/sVmin=40mm/s(c)下降 Vmax=800mm/sVmin=80mm/s(d)回转 maxW =90/sin=30/s所以取手部驱动活塞速度 V=60mm/s (6)手部右腔流量 SVQ(3.7)=60 2r=603.1425=1177.5mm/s(7)手部工作压强 SFP/1(3.8)=3500/1962.5=1.78Mpa自动送料机构手部的尺寸如图 3.3 所示:16图 3.3 尺寸示意图3.1.2 腕部设计计算腕部是联结手部和臂部的部件,腕部运动主要用来改变被夹物体的方位,它动作灵活,转动惯性小。本课题腕部具有回转这一个自由度,可采用具有一个活动度的回转缸驱动的腕部结构。要求:回转90角速度 =45/s以最大负荷计算:当工件处于水平位置时,摆动缸的工件扭矩最大,采用估算法,工件重 10kg,长度 l =650mm。如图 3.4 所示。(1)计算扭矩 14设重力集中于离手指中心 200mm 处,即扭矩 1为:SF1 (3.9)=109.80.2=19.6(NM)工件 宁 波 大 红 鹰 学 院 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 17FSF图 3.4 腕部受力简图(2)油缸(伸缩)及其配件的估算扭矩 2 4F =5kg S =10cm带入公式 2.9 得2=59.80.1 =4.9(NM) (3)摆动缸的摩擦力矩 摩 4摩F=300(N ) (估算值)S=20mm (估算值)摩= 摩 S =6(NM)(4)摆动缸的总摩擦力矩 4= 1+ 2+ 摩 (3.10)=30.5(NM) (5)由公式 8/10621mAbPT(3.11)其中: b叶片密度,这里取 b=3cm;1A摆动缸内径, 这里取 1A=10cm;m转轴直径, 这里取 m=3cm。所以代入(3.11)公式1862108mAbTP=830.5/0.03(0.1-0.03)10 6=0.89Mpa又因为 bAQWm21/8所以 8/21m=( /4) (0.1-0.03)0.03/8=0.2710-4m/s=27ml/s3.1.3 臂伸缩机构设计手臂是自动送料机构的主要执行部件。它的作用是支撑腕部和手部,并带动它们在空间运动。臂部运动的目的,一般是把手部送达空间运动范围内的任意点上,从臂部的受力情况看,它在工作中即直接承受着腕部、手部和工件的动、静载荷,而且自身运动又较多,故受力较复杂。自动送料机构的精度最终集中在反映在手部的位置精度上。所以在选择合适的导向装置和定位方式就显得尤其重要了 5。手臂的伸缩速度为 200m/s行程 L=500mm(1)手臂右腔流量,公式(3.7)得: SVQ=200 40=1004800mm/s=0.1/10m/s=1000ml/s(2)手臂右腔工作压力,公式(3.8) 得: SFP/(2.12 宁 波 大 红 鹰 学 院 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 19)式中: F 取工件重和手臂活动部件总重,估算 F =10+20=30kg, 摩 =1000N。所以代入公式(3.12)得: SFP/摩=(309.8+1000)/ 40=0.26Mpa(3)绘制机构工作参数表如表 3.1 所示:表 3.1 机构工作参数表机构名称 工作速度 行程 工作压力 流量手部抓紧腕部回转小臂伸缩60mm/s45/s200mm/s25mm90500mm1.78 Mpa0.89 Mpa0.26Mpa117.8m/s27m/s1000ml/s(4)由初步计算选液压泵所需液压最高压力 P =1.78Mpa所需液压最大流量 Q =1000ml/s选取 CB-D 型液压泵(齿轮泵)此泵工作压力为 10Mpa,转速为 1800r/min,工作流量 Q 在 3270ml/r 之间,可以满足需要。(5)验算腕部摆动缸:8/10621mAPDT (3.13)bWm21/8 (3.14)式中: mH机械效率取: 0.850.920vH容积效率取: 0.70.95所以代入公式(3.13)得:T =0.890.03(0.1-0.03)0.8510 6/8=25.8(NM)T M=30.5(NM)代入公式(3.14)得:W =(82710 -6)0.85/(0.1-0.03)0.03=0.673rad/sW /40.785rad/s因此,取腕部回转油缸工作压力 P =1Mpa流量 Q =35ml/s圆整其他缸的数值:手部抓取缸工作压力 1=2Mpa 流量 =120ml/s小臂伸缩缸工作压力 2P=0.25Mpa 流量 Q=1000ml/s3.2 液压驱动系统设计液压控制室自动送料机构的一种主要的控制形式。自动送料机构的运动速度和操作室根据油的流量与压力来确定,因而只要控制油的流量和压力,就可以控制自动送料机构的运动速度和操作力,油压压力一般在 5140 公斤/厘米范围内,最大臂力可达 160 公斤以上。主要优点:(1)液压执行元件(马达和油缸)结构紧凑,重量轻,功率小。(2)可通过液压油带走大量热能,保证机械的正常运行,并由于液压油的润滑作用,可延长元件的使用寿命。(3)液压元件有直线位移式和旋转式二种,适用范围较广,其控制速度的区间也比较宽。只要通过阀和泵的调节就能实现开环和闭环的控制系统。(4)响应速度比较快,能高速启动,制动和反向,无后滞现象。其力矩一惯量比 宁 波 大 红 鹰 学 院 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 21也较大,因而其加速度能力较强。(5)液压元件于其他驱动元件相比,刚度较大,位置误差小,定位精度高,而且耐振动等。缺点:(1)液压控制需要一套液压系统,不像电力容易获得,而且价格较贵。(2)油温有上限,并难以保持不漏,比较脏,易于使阀和执行元件堵塞。(3)控制系统比较复杂,处理功率讯号的数学运算误差,检测,放大,测试和补偿功能不如电子,机电装置灵活简便 4-6。3.2.1 手部抓取缸图 3.5 手部抓取缸液压原理图(1)手部抓取缸液压原理图如图 3.5 所示(2)泵的供油压力 P 取 10Mpa,流量 Q 取系统所需最大流量即 Q =1300ml/s。因此,需装图 3.1 中所示的调速阀,流量定为 7.2L/min,工作压力 P=2Mpa。选取采用: YF-B10B 溢流阀2FRM5-20/102 调速阀23E1-10B 二位三通阀3.2.2 腕部摆动液压回路224图 3.6 腕部摆动液压回路(1)腕部摆动缸液压原理图如图 3.6 所示(2)工作压力: P=1Mpa流量: Q=35ml/s选取采用:2FRM5-20/102 调速阀34E1-10B 换向阀YF-B10B 溢流阀3.2.3 小臂伸缩缸液压回路 宁 波 大 红 鹰 学 院 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 23臂部伸缩缸 52图 3.7 小臂伸缩缸液压回路(1)小臂伸缩缸液压原理图如图 3.7 所示(2)工作压力: P =0.25Mpa流量: Q =1000ml/s选取采用: YF-B10B 溢流阀2FRM5-20/102 调速阀23E1-10B 二位三通阀3.2.4 总体系统图24图 3.8 总体系统图(1)总体系统图如图 3.8 所示,(2)工作过程:小臂伸长手部抓紧腕部回转小臂回转小臂收缩手部放松(3)电磁铁动作顺序表:表 3.2 总体系统图元件动作1DT 2DT 3DT 4DT 5DT小臂伸长手部抓紧腕部回转小臂收缩手部放松卸荷-+-+-+-+- 宁 波 大 红 鹰 学 院 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 25(4)确电机规格:液压泵选取 CB-D 型液压泵,额定压力 P =10Mpa,工作流量在 3270ml/r 之间。选取 80L/min 为额定流量的泵,因此:传动功率 /QPN (3.15)式中: =0.8 (经验值)所以代入公式(3.15)得:N =1080103106/600.8=16.7KN选取电动机 JQZ-61-2 型电动机,额定功率 17KW,转速为 2940r/min。3.3 机身结构的设计机身是直接支承和传动手臂的部件。一般实现臂部的升降、回转或俯仰等运动的驱动装置或传动件都安装在机身上,或者就直接构成机身的躯干与底座相连。因此,臂部的运动愈多,机身的结构和受力情况就愈复杂,机身既可以是固定式的,也可以 是行走式的,如图 3.9 所示。图 3.9 机身机座结构图臂部和机身的配置形式基本上反映了自动送料机构的总体布局。本课题自动送料机构的机身设计成机座式,这样自动送料机构可以是独立的,自成系统的完整装置,便于随意安放和搬动,也可具有行走机构。臂部配置于机座立柱中间,多见于回转型自动送料机构。臂部可沿机座立柱作升降运动,获得较大的升降行程。升降过程由电动机带动螺柱旋转。由螺柱配合导致了手臂的上下运动。手臂的回转由电动机带动减速器轴上的齿轮旋转带动了机身的旋转,从而达到了自由度的要求 7-9。3.3.1 电机的选择机身部使用了两个电机,其一是带动臂部的升降运动;其二是带动机身的回转运动。带动臂部升降运动的电机安装在肋板上,带动机身回转的电机安装在混凝土26地基上。带动臂部升降的电机:初选上升速度 V =100mm/sP =6KW所以 n =(100/6)60=1000 转/分选择 Y90S-4 型电机,属于笼型异步电动机。采用 B 级绝缘,外壳防护等级为IP44,冷却方式为 I(014)即全封闭自扇冷却,额定电压为 380V,额定功率为50HZ。如表 3.3 Y90S-4 电动机技术数据所示:表 3.3 Y90S-4 电动机技术数据满载时 堵转电流堵转转矩最大转矩型号 额定功率 KW 电流 A 转速r/min效率% 功率因素 额定电流额定转矩额定转矩Y90S-4 1.1 2.7 1400 79 0.78 6.5 2.2 2.23.3.2 减速器的选择 10减速器的原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置。用来降低转速和增转矩,以满足工作需要。初选 WD80 型圆柱蜗杆减速器。WD 为蜗杆下置式一级传动的阿基米德圆柱蜗杆减速器。蜗杆的材料为 38siMnMo 调质蜗轮的材料为 ZQA19-4中心矩 a=80Msq=4.011 (3.16)传动比 I =30传动惯量 0.26510kgm3.3.3 螺柱的设计与校核 11 宁 波 大 红 鹰 学 院 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 27螺杆是自动送料机构的主支承件,并传动使手臂上下运动。螺杆的材料选择:从经济角度来讲并能满足要求的材料为铸铁。螺距 P =6mm 梯形螺纹螺纹的工作高度 h =0.5P (3.17)=3mm螺纹牙底宽度 b =0.65P=0.656=3.9mm (3.18)螺杆强度 11 = s/35 (3.19)=150/35=3050Mpa螺纹牙剪切 =40弯曲 b=4555(1)当量应力 23121.04dTdF(3.20)式中 T传递转矩 Nmm螺杆材料的许用应力 所以代入公式(3.20)得: = 23121 ).0/68.90(3)/8.9204( dd = 1 5.6(5=(2495/ d 1)+3(61.2/ d 1)900250010 12=6225025/d14+11236/d16900250010 126225025d12+11236900d 16101262250250.0292+112369000.029 61012即 16471pa535340pa28合格(2)剪切强度PHZ/ =160/6 (旋合圈数) (3.21)bzdF1(3.22)=2009.8/0.0293.9(160/6)10 -3=206.8103pa=0.206Mpa=40Mpa(3)弯曲强度 zbdFhb21/3=32009.83/2.93.9 2(160/6)=0.48Mpa=45Mpa合格3.3.4 机座的机械结构示意图带动机身回转的电机:初选转速 W =60/sN =1/6 转/秒=10 转/分由于齿轮 I =3减速器 I =30所以 n =10330=900 转/分选择 Y90L-6 型笼型异步电动机电动机采用 B 级绝缘。外壳防护等级为 IP44,冷却方式为 I(014)即全封闭自扇冷却,额定电压为 380V,额定功率为 50HZ。如表 3.4 Y90S-6 电动机技术数据所示:表 3.4 Y90L-6 电动机技术型号 额定功率 KW满载时 堵转电流堵转转矩最大转矩 宁 波 大 红 鹰 学 院 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 29电流A转速r/min效率%功率因素额定电流额定转矩额定转矩Y9OL-6 1.1 3.2 910 73.5 0.72 6.0 2.0 2.0机座的机械结构如图 3.10 所示:图 3.10 机座结构图3.4 自动送料机构的定位及平稳性确定3.4.1 常用的定位方式机械挡块定位是在行程终点设置机械挡块。当自动送料机构经减速运行到终点时,紧靠挡块而定位。若定位前已减速,定位时驱动压力未撤除,在这种情况下,机械挡块定位能达到较高的重复精度。一般可高于0.5mm,若定位时关闭驱动油路而去掉工作压力,这时自动送料机构可能被挡块碰回一个微小距离,因而定位精度变低 12。3.4.2 影响平稳性和定位精度的因素自动送料机构能否准确地工作,实际上是一个三维空间的定位问题,是若干线量和角量定位的组合。在许多较简单情况下,单个量值可能是主要的。影响单个线量或角量定位误差的因素如下:(1)定位方式不同的定位方式影响因素不同。如机械挡块定位时,定位精度与挡块的刚度和30碰接挡块时的速度等因素有关。(2)定位速度定位速度对定位精度影响很大。这是因为定位速度不同时,必须耗散的运动部件的能量不同。通常,为减小定位误差应合理控制定位速度,如提高缓冲装置的缓冲性能和缓冲效率,控制驱动系统使运动部件适时减速。(3)精度自动送料机构的制造精度和安装调速精度对定位精度有直接影响。(4)刚度自动送料机构本身的结构刚度和接触刚度低时,因易产生振动,定位精度一般较低。(5)运动件的重量运动件的重量包括自动送料机构本身的重量和被抓物的重量。运动件重量的变化对定位精度影响较大。通常,运动件重量增加时,定位精度降低。因此,设计时不仅要减小运动部件本身的重量,而且要考虑工作时抓重变化的影响。(6)驱动源液压、气压的压力波动及电压、油温、气温的波动都会影响自动送料机构的重复定位精度。因此,采用必要的稳压及调节油温措施。如用蓄能器稳定油压,用加热器或冷却器控制油温,低速时,用温度、压力补偿流量控制阀控制。(7)控制系统开关控制、电液比例控制和伺服控制的位置控制精度是个不相同的。这不仅是因为各种控制元件的精度和灵敏度不同,而且也与位置反馈装置的有无有关 13。本课题所采用的定位精度为机械挡块定位。3.4.3 自动送料机构运动的缓冲装置缓冲装置分为内缓冲和外缓冲两种形式。内缓冲形式有油缸端部缓冲装置和缓冲回路等。外缓冲形式有弹性机械元件和液压缓冲器。内缓冲的优点是结构简单,紧凑。但有时安置位置有限;外缓冲的优点是安置位置灵活,简便,缓冲性能好调等,但结构较庞大。本课题所采用的缓冲装置为油缸端部缓冲装置。当活塞运动到距油缸端盖某一距离时能在活塞与端盖之间形成一个缓冲室。利 宁 波 大 红 鹰 学 院 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 31用节流的原理使缓冲室产生临时背压阻力,以使运动减速直至停止,而避免硬性冲击的装置,称为油缸端部缓冲装置 12-15。在缓冲行程中,节流口恒定的,称为恒节流式油缸端部缓冲装置。设计油缸端部恒节流缓冲装置时, max(最大加速度) 、 maxp(缓冲腔最大冲击压力)和 rV(残余速度)三个参数是受工作条件限制的。通常采用的办法是先选定其中一个参数,然后校验其余两个参数。步骤如下:(1)选择最大加速度通常,amax 值按自动送料机构类型和结构特点选取,同时要考虑速度与载荷大小。对于重载低速自动送料机构,- max取 5m/s2 以下,对于轻载高速自动送料机构,- max取 510 m/s2(2)计算沿运动方向作用在活塞上的外力 F水平运动时:isAPF (3.23)=0.251033.6 2-7=138N(3)计算残余速度 VrFaVr/1/mx0 (3.24)=0.1/0.64=0.15m/s32结论语毕业设计转眼间就到了扫尾阶段,在这几个月的设计学习过程中,我取得了长足的进步。在这次毕业设计中,我有很多收获,首先把我几年来所学的知识做了一次系统的复习,更深一步了解了所学的知识,培养了我综合运用所学知识,独立分析问题和解决问题的能力,也使我学会怎样更好的利用图书馆,网络查找资料和运用资料,还使我学会如何与同学共同讨论问题。这对我以后的工作有很大的帮助,今后我会在工作中不断的学习,努力的提高自己的水平。经过本次设计,我切实体会到作为一个优秀的设计人员的艰难性。在设计过程中,我经常遇到各种各样的问题,有的是知识方面的不足导致的,有的是设计经验方面不足导致的。这些问题有时使得我束手无措,不过在指导老师帮助和自己的努力下,终于使得我顺利完成了设计。虽然我的设计存在很多不足的地方,总的来说,我希望通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性的训练,从中锻炼自己分析问题,解决问题的能力,为将来工作打下良好的基础毕业设计是对未来工作的一种模拟。总结与展望主要是写你论文都做了什么东西,还有什么地方需要进一步完善的。比如你做了那些部分的设计,遇到了哪些问题,但是这些问题要相对具体些,然后解决了什么问题,哪些问题还没有解决,等等,根据我说的,和你上面所写的内容,自己再修改一下。 宁 波 大 红 鹰 学 院 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 33致 谢我的毕业设计的课题是自动送料机构的设计,这是一个我以前所没有接触的。我对它来说完全是一个陌生者,经过指导老师的帮助和对参考资料的拜读,我已经对自动送料机构有了一定的了解。感谢老师对我的指导,使我毕业设计顺利完成。真诚感谢龚教授,和老师对我的毕业设计的指导,以及感谢学院为我们提供的便利条件,使我们的毕业设计如期完成。34参 考 文 献1 徐灏.机械设计手册 3M.北京:机械工业出版社,1998.2 徐灏.机械设计手册 4M.北京:机械工业出版社,1998.3 徐灏.机械设计手册 5M.北京:机械工业出版社,1998.4 张建民.工业机器人M.北京:北京理工大学出版社,1994.5 工业自动送料机构编写组.工业自动送料机构-机械结构上M.上海:上海科学技术出版社,2005.6 机床设计手册编写组.机床设计手册 3M.北京:机械工业出版,1999.7 丁树模.液压传动M.北京:机械工业出版社,1998.8 颜永年.机械制图M.大连:大连理工大学工程画教教研室,1998.9 李恒权,朱明臣,王德云.毕业设计指导书M.山东:青岛海洋出版社,1990.10 王栋梁.机械基础M.北京:机械基础,1995.11 隆生.Solid Works 设计与应用M.北京:电子工业出版社,2004.12 黄鹤汀.机械制造技术M.北京:机械工业出版社,1998.13 吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册M.北京:高等教育出版社,200614 李允文.工业自动送料机构设计M.机械工业出版社,北京,1996.15 丁树模.液压传动M.机械工业出版社,北京,1992. 16 陆祥生、杨秀莲.自动送料机构M.中国铁道出版社,北京,1985.
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