液压机械手设计

液压机械手设计,液压,机械手,设计 毕业设计（论文）开题报告 课题名称： 液压机械手设计专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 毕业设计开题报告1课题研究的意义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。因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。实践证明，工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，采用机械手是有效的。此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。2课题简介和设计要求1、简介本课题是为普通车床配套而设计的上料机械手。工业机械手是工业生产的必然产物，它是一种模仿人体上肢的部分功能，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2、本设计的具体要求本课题通过应用AutoCAD 技术对机械手进行结构设计和液压传动原理设计，运用Solidworks技术对上料机械手进行三维实体造型，并进行了运动仿真，使其能将基本的运动更具体的展现在人们面前。它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。上料机械手的运动速度是按着满足生产率的要求来设定。3课题研究拟采用的手段和工作路线课程设计方法：1) 独立思考，继承和创新设计时，要深入设计现场，深入了解现有物料现状，认真阅读参考现有的相关技术资料，继承或借鉴前人的设计经验和成果，但不能盲目地全盘抄袭，应根据具体的设计条件和要求，独立思考，大胆地进行改进和创新。只有这样，才能做出高质量的设计成果。2) 全面考虑现有机械手零部件地强度、刚度、工艺性、经济性和维护性等方面要求任何零部件的机构和尺寸，除去考虑它的强度刚度外，还应该综合考虑零件本身及整个部件的工艺性要求、经济性要求、使用要求等才能确定。3) 使用标准和规范设计时应尽量使用标准和规范，这有利于零件的互换性和工艺性，同时也可减少设计工作量、节省设计时间，对于国家标准或部门规范，一般都要严格遵守和执行。设计中采用标准或规范的多少，是评价设计质量的一项重要指标。因此，在毕业设计中，凡是有国家标准和企业标准规范要求的，应该尽量采用。工作路线：1) 设计准备 了解设计任务书，明确设计要求、工作条件、设计内容的步骤；通过查阅有关设计资料，参观实物征询操作人员的建议等，了解设计对象的性能、结构及工艺性；准备好设计需要资料、绘图工具；拟定设计计划等。2) 机械手草图设计 绘制机械手各部件装配草图；进行机械手总体结构设计和部件设计。3) 编写设计说明书 写明整个设计的主要计算和一些技术说明。4课题研究计划进程一、二周：接受毕业设计课题，根据课题内容了解课题研究的现状，并进行实地考察，完成开题报告;三、四周：进行有关的计算。包括：起升架起升装置的设计计算、机架的设计计算、传动装置的计算、电动机的选择。 五-八周：有关图纸的绘制。 九 周：对课程设计进行检查、纠正、整理、综合；最后打印，交指导老师复查。5课题成果。 设计说明书() 图纸（） 产品或作品（ ） 应用程序（ ） 其它：指导教师意见：指导教师（签名）：年 月 日 教研室主任意见： 教研室主任（签名）： 年 月 日4近20年来，液压技术的应用领域迅速拓宽，尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。电气可编程控制技术与液压技术相结合，使整个系统自动化程度更高，控制方式更灵活，性能更加可靠；液压机械手、柔性自动生产线的迅速发展，对液压技术提出了更多更高的要求；微电子技术的引入，促进了电-液压比例伺服技术的发展；现代控制理论的发展，使液压技术从开关控制进入闭环比例伺服控制，控制精度不断提高；由于液压脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和成本低廉等特点，国内外都在大力开发研究。随着微电子技术、PLC技术、计算机技术、传感技术和现代控制技术的发展与应用，液压技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一。从液压技术及液压机械手的发展过程、液压机械手的应用现状和发展前景及方向3个方面阐述了液压机械手。在液压技术及液压机械手部分介绍了液压机械手的产生、发展过程和几种不同的、典型的液压机械手及它们所用到的核心技术。从它们中间可以看出液压机械手的应用领域和发展方向。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。 机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。 机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、液压式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。 机械手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。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。目录摘要1第一章 机械手设计任务书11.1毕业设计目的11.2本课题的内容和要求2第二章 抓取机构设计42.1手部设计计算42.2腕部设计计算72.3臂伸缩机构设计8第三章 液压系统原理设计及草图113.1手部抓取缸113.2腕部摆动液压回路123.3小臂伸缩缸液压回路133.4总体系统图14第四章 机身机座的结构设计154.1电机的选择164.2减速器的选择174.3螺柱的设计与校核17第五章 机械手的定位与平稳性195.1常用的定位方式195.2影响平稳性和定位精度的因素195.3机械手运动的缓冲装置20第六章 机械手的控制21第七章 机械手的组成与分类227.1机械手组成227.2机械手分类24第八章 机械手Solidworks三维造型258.1上手爪造型268.2螺栓的绘制30毕业设计感想35参考资料36送料机械手设计及Solidworks运动仿真摘要本课题是为普通车床配套而设计的上料机械手。工业机械手是工业生产的必然产物，它是一种模仿人体上肢的部分功能，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。因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。实践证明，工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，采用机械手是有效的。此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。本课题通过应用AutoCAD 技术对机械手进行结构设计和液压传动原理设计，运用Solidworks技术对上料机械手进行三维实体造型，并进行了运动仿真，使其能将基本的运动更具体的展现在人们面前。它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。上料机械手的运动速度是按着满足生产率的要求来设定。关键字 机械手，AutoCAD，Solidworks 。第一章 机械手设计任务书1.1毕业设计目的毕业设计是学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义。其主要目的：一、 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。 二、 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。三、 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。四、 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。1.2本课题的内容和要求 （一、）原始数据及资料（1、）原始数据：a、 生产纲领：100000件（两班制生产）b、 自由度（四个自由度）臂转动180臂上下运动 500mm臂伸长（收缩）500mm手部转动 180 （2、）设计要求：a、上料机械手结构设计图、装配图、各主要零件图（一套）b、液压原理图（一张）c、机械手三维造型d、动作模拟仿真e、设计计算说明书（一份） （3、）技术要求主要参数的确定：a、坐标形式：直角坐标系b、臂的运动行程：伸缩运动500mm，回转运动180。c、运动速度：使生产率满足生产纲领的要求即可。d、控制方式：起止设定位置。e、定位精度：0.5mm。f、手指握力：392Ng、驱动方式：液压驱动。（二、）料槽形式及分析动作要求（ 1、）料槽形式由于工件的形状属于小型回转体，此种形状的零件通常采用自重输送的输料槽,如图1.1所示，该装置结构简单，不需要其它动力源和特殊装置，所以本课题采用此种输料槽。图1.1机械手安装简易图（2、）动作要求分析如图1.2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 预夹紧手臂上升 手臂旋转 小臂伸长 手腕旋转手臂转回图1.2 要求分析第二章 抓取机构设计2.1手部设计计算一、对手部设计的要求1、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。2、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2.1所示。图2.1 机械手开闭示例简图3、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机械手的结构，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。4、手指应有一定的强度和刚度5、其它要求因此送料，夹紧机械手，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。二、拉紧装置原理如图2.2所示【4】：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2.2 油缸示意图1、右腔推力为FP=（4）DP （2.1）=（4）0.52510=4908.7N2、根据钳爪夹持的方位，查出当量夹紧力计算公式为：F1=（2ba）（cos）N （2.2） 其中 N=498N=392N，带入公式2.2得：F1=（2ba）（cos）N =(2150/50)（cos30）392 =1764N则实际加紧力为 F1实际=PK1K2/ （2.3）=17641.51.1/0.85=3424N经圆整F1=3500N3、计算手部活塞杆行程长L,即L=（D/2）tg （2.4） =25tg30 =23.1mm经圆整取l=25mm4、确定“V”型钳爪的L、。取L/Rcp=3 （2.5）式中： Rcp=P/4=200/4=50 （2.6）由公式（2.5）（2.6）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：=22395、机械运动范围（速度）【1】（1）伸缩运动 Vmax=500mm/sVmin=50mm/s（2）上升运动 Vmax=500mm/sVmin=40mm/s（3）下降Vmax=800mm/sVmin=80mm/s（4）回转Wmax=90/sWmin=30/s所以取手部驱动活塞速度V=60mm/s 6、手部右腔流量Q=sv （2.7）=60r=603.1425=1177.5mm/s7、手部工作压强P= F1/S （2.8） =3500/1962.5=1.78Mpa2.2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W=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2.3所示。1、计算扭矩M14设重力集中于离手指中心200mm处，即扭矩M1为：M1=FS （2.9）=109.80.2=19.6（NM） 工件 F S F 图2.3 腕部受力简图2、油缸（伸缩）及其配件的估算扭矩M24F=5kg S=10cm带入公式2.9得M2=FS=59.80.1 =4.9（NM） 3、摆动缸的摩擦力矩M摩4F摩=300（N）（估算值）S=20mm （估算值）M摩=F摩S=6（NM）4、摆动缸的总摩擦力矩M4M=M1+M2+M摩 （2.10） =30.5（NM） 5.由公式T=Pb（A1-mm）106/8 （2.11）其中： b叶片密度，这里取b=3cm；A1摆动缸内径, 这里取A1=10cm；mm转轴直径, 这里取mm=3cm。所以代入（2.11）公式P=8T/b（A1-mm）106=830.5/0.03（0.1-0.03）106=0.89Mpa又因为W=8Q/（A1-mm）b所以 Q=W（A1-mm）b/8 =（/4）（0.1-0.03）0.03/8 =0.2710-4m/s =27ml/s2.3臂伸缩机构设计手臂是机械手的主要执行部件。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。 机械手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。手臂的伸缩速度为200m/s行程L=500mm1、手臂右腔流量，公式（2.7）得：【4】Q=sv =20040 =1004800mm/s =0.1/10m/s =1000ml/s2、手臂右腔工作压力，公式（2.8） 得：4 P=F/S （2.12）式中：F取工件重和手臂活动部件总重，估算 F=10+20=30kg， F摩=1000N。所以代入公式（2.12）得： P=（F+ F摩）/S =（309.8+1000）/40 =0.26Mpa3、绘制机构工作参数表如图2.4所示：图2.4机构工作参数表4、由初步计算选液压泵4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：T=PD（A1-mm）m106/8 （2.13）W=8v/（A1-mm）b （2.14）式中：m机械效率取： 0.850.9v容积效率取： 0.70.95所以代入公式（2.13）得：T=0.890.03（0.1-0.03）0.85106/8 =25.8（NM）TM=30.5（NM）代入公式（2.14）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P=2Mpa 流量Q=120ml/s小臂伸缩缸工作压力P=0.25Mpa 流量Q=1000ml/s 第三章 液压系统原理设计及草图3.1手部抓取缸 图 3.1手部抓取缸液压原理图71、手部抓取缸液压原理图如图3.1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。采用： YF-B10B溢流阀 2FRM5-20/102调速阀 23E1-10B二位三通阀3.2腕部摆动液压回路 图 3.2腕部摆动液压回路71、腕部摆动缸液压原理图如图3.2所示2、工作压力 P=1Mpa流量 Q=35ml/s采用：2FRM5-20/102调速阀34E1-10B 换向阀YF-B10B 溢流阀3.3小臂伸缩缸液压回路 图 3.3小臂伸缩缸液压回路71、小臂伸缩缸液压原理图如图3.3所示2、工作压力 P=0.25Mpa流量 Q=1000ml/s采用： YF-B10B 溢流阀2FRM5-20/102 调速阀23E1-10B二位三通阀3.4总体系统图 图 3.4总体系统图71、总体系统图如图3.4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 元件动作1DT2DT3DT4DT5DT小臂伸长+-手部抓紧+-腕部回转+-+-小臂收缩-手部放松-+-卸荷图 3.5总体系统图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 N=PQ/ （3.1）式中：=0.8 （经验值）所以代入公式（3.1）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。第四章 机身机座的结构设计机身的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4.1所示。图4.1机身机座结构图臂部和机身的配置形式基本上反映了机械手的总体布局。本课题机械手的机身设计成机座式，这样机械手可以是独立的，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，多见于回转型机械手。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。4.1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地基上。1、带动臂部升降的电机：10初选上升速度 V=100mm/s P=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。如图4.1 Y90S-4电动机技术数据所示：型号额定功率KW满载时堵转电流堵转转矩最大转矩电流A转速r/min效率%功率因素额定电流额定转矩额定转矩Y90S-41.12.71400790.786.52.22.2图4.1 Y90S-4电动机技术数据2、带动机身回转的电机：10初选转速 W=60/s n=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。如图4.2 Y90S-6电动机技术数据所示：图4.2 Y90L-6电动机技术4.2减速器的选择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。6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 （4.1）传动比I=30传动惯量0.26510kgm4.3螺柱的设计与校核螺杆是机械手的主支承件，并传动使手臂上下运动。螺杆的材料选择：6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 （4.2）=3mm螺纹牙底宽度 b=0.65P=0.656=3.9mm （4.3）螺杆强度 = s/35 （4.4）=150/35=3050Mpa螺纹牙剪切=40弯曲b=45551、当量应力6 (4.5)式中 T传递转矩Nmm螺杆材料的许用应力 所以代入公式（4.5）得：= （42009.8/d1）+3（2009.80.6/0.2d1） = （2495/ d1）+3（61.2/ d1）3050106=（2495/ d1）+3（61.2/ d1）90025001012 =6225025/d14+11236/d16900250010126225025d12+11236900d16101262250250.0292+112369000.02961012即16471pa535340pa合格2、剪切强度6Z=H/P=160/6 （旋合圈数） （4.6）=F/d1bz （4.7） =2009.8/0.0293.9（160/6）10-3 =206.8103pa =0.206Mpa=40Mpa3、弯曲强度6b=3Fh/d1b2z =32009.83/2.93.92（160/6） =0.48Mpa=45Mpa合格第五章 机械手的定位与平稳性5.1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。当机械手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，这时机械手可能被挡块碰回一个微小距离，因而定位精度变低。5.2影响平稳性和定位精度的因素机械手能否准确地工作，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、）精度机械手的制造精度和安装调速精度对定位精度有直接影响。（4、）刚度机械手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机械手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机械手的重复定位精度。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。本课题所采用的定位精度为机械挡块定位5.3机械手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。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，amax（最大加速度）、Pmax（缓冲腔最大冲击压力）和Vr（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： 选择最大加速度通常，amax值按机械手类型和结构特点选取，同时要考虑速度与载荷大小。对于重载低速机械手，- amax取5m/s2以下，对于轻载高速机械手，-amax取510 m/s2 计算沿运动方向作用在活塞上的外力F水平运动时： F=PSA-Ff （5.1） =0.251033.62-7=138N 计算残余速度VrVr=VO/ 1-amaxm/F （5.2） =0.1/0.64=0.15m/s第六章 机械手的控制控制系统是机械手的重要组成部分。在某种意义上讲，控制系统起着与人脑相似的作用。机械手的手部、腕部、臂部等的动作以及相关机械的协调动作都是通过控制系统来实现的。主要控制内容有动作的顺序，动作的位置与路径、动作的时间。机械手要用来代替人完成某些操作，通常需要具有图6.1所示的机能3。实现上述各种机能的控制方式有多种多样。机械手的程序控制方式可分为两大类，即固定程序控制方式和可变程序控制方式。本课题所用的是固定程序控制类别的机械式控制。常用凸轮和杠杆机构来控制机械手的动作顺序、时间和速度。一般常与驱动机构并用，因此结构简单，维修方便，寿命较长，工作比较可靠。适用于控制程序步数少的专用机械手。 装卸工件 状别识别 环境识别操作机能检测、识别机能 控制机能示教机能 动作控制机能动作顺序控制机能运动控制机能图6.1机械手的控制机能第七章 机械手的组成与分类7.1机械手组成机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统组成。9（1、）执行机构：包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构如7.1所示。图7.1机构简图 手部：是机械手与工件接触的部件。由于与物体接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。由于本课题的工件是圆柱状棒料，所以采用夹持式。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。 手腕：是联接手部和手臂的部件，起调整或改变工件方位的作用。 手臂：支承手腕和手部的部件，用以改变工件的空间位置。 立柱：是支承手臂的部件。手臂的回转运动和升降运动均与立柱有密切的联系。机械手的立柱通常为固定不动的。 机座：是机械手的基础部分。机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支承和联接的作用。（2、）驱动系统：机械手的驱动系统是驱动执行运动的传动装置。常用的有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动等四种形式。（3、）控制系统：控制系统是机械手的指挥系统 ，它控制驱动系统，让执行机构按规定的要求进行工作，并检测其正确与否。一般常见的为电器与电子回路控制，计算机控制系统也不断增多。7.2机械手分类 （1、）根据所承担的作业的特点，工业机械手可分为以下三类： 承担搬运工作的机械手：这种机械手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。 生产工业用机械手：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。 通用工业机械手：其用途广泛，可以完成各种工艺作业。 （2、）按功能分类 专用机械手：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。专用机械手具有动作少，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、下料机械手和“加工中心”附属的自动换刀机械手。 通用机械手：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。 示教再现机械手：采用示教法编程的通用机械手。所谓示教，即由人通过手动控制，“拎着”机械手做一遍操作示范，完成全部动作后，其储存装置即能记忆下来。机械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 液压传动机械手 气压传动机械手 机械传动机械手（4、）按控制方式分 固定程序机械手：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。 可编程序机械手：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。第八章 机械手Solidworks三维造型首先我要对Solidworks进行介绍一下，它是一种先进的，智能化的参变量式CAD设计软件，在业界被称为“3D机械设计方案的领先者”，易学易用，界面友好，功能强大，在机械制图和结构设计领域，掌握和使用Solidworks已经成为最基本的技能之一。与传统的2D机械制图相比，参变量式CAD设计软件具有许多优越性，是当代机械制图设计软件的主流和发展方向。传统的CAD设计通常是按照一定的比例关系，从正视，侧视，俯视等角度，根据投影，透视效果逐步绘出所需要的各个单元，然后标注相应尺寸，这就要求制图和看图人员都必须具备良好的绘图和三维空间想象能力。如果标注尺寸发生变化，几何图形的尺寸不会同步变更；如果改变了几何图行，其标注尺寸也不会发生变化，还要重新绘制，标注，因此绘图工作相当繁重。参变量式CAD设计软件，是参数式和变量式的统称。在绘制完草图后，可以加入尺寸等数值限制条件和其他几何限制条件，让草图进入完全定义状态，这就是参数式模式。由于软件自动加入了关联属性，如果修改了标注尺寸，几何图形的尺寸就会同步更新。也可以暂时不充分的限制条件，让草图处于欠定义状态，这就是变量式操作模态。Solidworks模形由零件，装配体和工程图等文件组成，没有生成零件之前的图纸称为草图。由2D，3D草图直接生成3D模形和工程图时，如果修改了草图的标注尺寸，其3D模形和工程图会同步更新；相反，如果修改了工程图的标注尺寸，其3D模形和草图也会同步更新。软件使用起来非常方便，大大减少了设计人员的工作量，提高了工作效率。通常，从打开一个零件文件或建立一个新零件文件开始，绘制草图、生成基体特征、然后在模型上添加更多的特征，生成零件。也可以从其他软件导入曲面或几何实体开始，编辑特征，生成零件和装配体工程图。这是常用的设计方法，也就是自下而上的设计方法。草图绘制从零件文件开始，对于一个新的产品设计，要首先建立零件文件。由于零件、装配体及工程图的相关性，所以当其中一个视图改变时，其他两个视图也会自动改变。SolidWorks2004允许自定义功能,选择菜单栏中的“工具”-“选择”命令,可以显示.定义”系统选项”和”文件属性”选项卡.SolidWorks2004可以自动保存工作.自动恢复功能可以自动保存零件,装配体或工程图文件的信息,在系统死机时不会丢失数据.如果设定此选项,则选择”工具”_”选项”菜单命令.在”系统选项”选项卡上,单击”备份”选项,选择”每(n)次更改后,自动恢复信息”复选框,然后设定信息自动保存前应发生的变更次数.SolidWorks2004具有很强的文件交换功能,可以输入,输出数十种文件格式,可以与AutoCAD，pro/ENGINEER,Solid Edge,CAM等软件很方便地进行文件交换。SolidWorks2004在草图绘制模式及工程图中提供显示网格线和捕捉网格线功能。可将网格线与模型边线对齐，还可捕捉到角度。网格线和捕捉功能在SolidWorks2004中不太使用，因为SolidWorks是参变量软件，尺寸和几何关系已提供了所需的精度。8.1上手爪造型8.1.1、上手爪的几何造型结构简析从图8-1可看出手爪为一个拉伸长出的基体板，其端面五段直线、一段圆弧、一个导向槽和一个圆构成封闭的草图，并对其拉伸基体，然后再创建根除草图。切除实体，可依据以下的顺序进行建模。图8-1上手爪8.1.2、创建上手爪草图绘制1 启动Solidworks后，单击“标准”工具栏上的“新建”（）命令按钮，或选择“文件”“新建”菜单命令，打开“新建Solidworks文件”对话框如图8-2所示。图8-2新建Solidworks文件对话框2 单击“零件”图标（或单击“高级”按钮，进入Tutrial窗口，然后选择“零件”图标）。3 单击“确定”按钮，这时就会创建一个新的零件文件。首先要绘制草图，然后拉伸生成零件的基体特征。由于该草图是减速器正箱体，为了保证对称，要先绘制中心线，然后利用中心线镜向草图。4 在Feture.Manager设计树中选择前视基准面。5 单击草图绘制工具栏的“草图绘制”（）命令按钮，此时在前视基准面上打开一张草图。6 单击草图绘制工具栏上的“中心线”（）命令按钮，将指针移到草图原点处。当指针变为点时，表示指针正位于原点上。单击鼠标左键，向上移动指针，生成中心线如图8-3所示。图8-3绘制中心线7 单击草图绘制工具栏上的“直线”（）命令按钮，或选择“工具”“草图绘制实体”“直线”菜单命令，须绘制如图8-4草图。指针形变笔形。单击放置第一点，然后拖动拉出第一段，第二段（或直接绘制一个矩行）图8-4上手爪草图绘制8 单击草图绘制工具栏上的“圆”（）命令按钮，或选择“工具”“草图绘制工具”“圆”菜单命令， 绘制圆和圆孤。9 草图为蓝色：表示欠定义，因此可以自由调动形状和大小。10.单击标准工具栏的选择命令。选择上手爪的直线，双击此直线上的尺寸可以任意改变它的数值，按其上手爪的零件图写入正确的尺寸。拉伸基体特征通过拉伸所绘制的草图来生成基体的操作步骤如下：1 单击“特征”工具栏上的“拉伸凸台基体”（）命令按钮，拉伸PropertyManager出现。2 在“方向1”组框中，执行如下操作。将终止条件设置为“给定深度”。设置深度为52mm。可使用方向键或直接输入数值来增加数值。图形区域中显示拉伸的预览。3 单击确定按钮，生成拉伸。新特征“拉伸1”出现在Feature Manager设计树中和图形区域如图8-5。图8-5拉伸基体4 单击Feature Manager设计树中“拉伸1”旁的加号，用于拉伸特征的“草图1”现已列在特征的下面。5 单击标准工具栏上的保存命令按钮，在“文件名”文本框中键入“上手爪”，单击“保存”按钮。6 选中拉伸表面，单击草图绘制工具栏的“草图绘制”（）命令按钮，此时在拉伸表面上打开一张草图如图8-6所示。图8-6拉伸表面草图7 单击“特征”工具栏上的“切除凸台基体”（）命令按钮，切除PropertyManager出现。8 在“方向1”组框中，执行如下操作。将终止条件设置为“给定深度”。设置深度为33mm。可使用方向键或直接输入数值来增加数值。图形区域中显示拉伸的预览。单击确定按钮，生成切除。新特征“切除1”出现在Feature Manager设计树中和图形区域如图8-7图8-7切除凸台基体9.同理挖两个圆柱如图8-8所示图8-8上手爪 8.2螺栓的绘制1 新建一个文件，并将其命名为“螺纹。Sldprt”.2 调出模板库特征以建立派生螺栓。如图8-9所示.在一个空白文件中依次选择菜单“工具“/”FeaturePalatte”命令。将弹出“FeaturePalatte”窗口，切换到“安装目录datapalette partsHardware”下，按住鼠标左键，将法兰螺栓拖到空白文件的图形区域，弹出一样询问对话框询问是否建立一个派生零件。单击”是“按扭，绘图区出现了一个法兰螺栓。图8-9派生螺栓3.编辑特征管理器中箭头的“flange.bolt”名称，在弹出的快捷菜单中选择“关联中编辑”命令，该调色板特征分解为所包含的单个特征。右击“Thread Cut”的名称，在弹出的快捷键菜单中选择“编辑草图”命令，将值为0.05mm的尺寸D1修改为1.30mm,并单击确定“命令按扭.” 如图8-10所示图8-10螺栓4.添加螺纹主体1) 绘制截面草图以plane2为草绘平面,绘制等边三角行草图,作为螺纹扫描是截面.按住ctrl键并单击其中的两条边,在属性管理器中单击”相等约束”按扭,再另外选两条边,并添加同样的约束.三角形边长为1.5mm.其中一边与螺纹圆柱体纵剖面边线重合,且该边的一个端点与梯面的投影线重合. 如图8-11所示图8-11螺纹截面草图2) 绘制螺旋线基圆以阶梯面为草绘平面,绘制一个阶梯面与螺纹圆柱面的交线圆重合的圆,此圆控制着螺旋线的直经.3) 添加基准轴单击基准轴按扭或依次选择菜单 “插入”/“参考几何体”/“基准轴”命令；将弹出基准轴属性管理器，然后在绘图区域选择螺纹圆柱面，此时面1出现在基准轴对话框中的所选项目中，选择定义方式为“圆柱/圆锥面”，单击“确定”按扭，生成基准轴。4）添加螺旋线选取步骤2）中所绘制的草图圆，依次选择菜单“插入”/“曲线”/“螺旋线”/“涡壮线”命令，将弹出“螺旋线”对话框，选择定义方式为“螺 距 和圈数”，螺距改为1.50mm，圈数为19,起始角度为0,选中顺时针旋转，单击“确定”按扭，生成螺旋线。如图8-12所示图8-12生成螺旋线5）添加扫描特征在特征工具栏中单击“扫描”按扭或依次选择菜单“插入”/“凸台”/“扫描”命令，将弹出扫描特征属性管理器在图形区域分别选取步骤1）和4） 中。方向和扭转类型选择随路径变化，单击“确定”按扭；螺纹生成。5.添加螺纹尾段（1） 添加基准面在参考几何体工具栏中单击“基准面”按钮或依次选择菜单“插入”/“参考几何体”/“基准面”命令，将弹出基准面属性管理器，在其中选择两面夹角，其值为45，选择Plane3和Axisl，单击“确定”按钮生成基准面。（2）添加第二截面 在上一步生成的基准面上绘制等腰三角形，其底边与螺纹圆柱的生命，高为0.65mm，底边的一个端点与曙纹底部的螺旋线重合。如图8-13所示图8-13第二截面（3）添加第三截面采用与前两步类似的方法，绘制草图，该草图为一点，其所在平面与Plane3成90度角如图8-14所示。图8-14第三截面（4）添加放样特征依次选择图形区域中3个截面，单击“确定”按钮，螺纹一端的放样特征生成。采用上述步骤在螺纹的另一端生成螺纹过渡放样特征；最终得到一个完整的法兰螺栓。毕业设计感想 两个月的毕业设计转眼间就到了扫尾阶段，在这两个月的设计学习过程中，我取得了长足的进步。我的毕业设计的课题是机械手的设计，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，我已经对机械手有了一定的了解2。机械自动化作为工业发展的一个方向，它有着广阔的市场，属于实际需要去研制的一种项目。机械手能模仿人体上肢的某些动作，就需要有一定的灵敏度，对设计的要求较高。通过这次设计，提高了我分析和解决问题的能力，扩宽和深化了学过的知识，掌握了设计的一般程序规范和方法，培养了我们正确使用机身材料、国家标准、图册等工具书的能力。毕业设计是对未来工作的一种模拟。通过这次设计，我对未来所从事的工作充满了信心！参考资料1、机械设计手册3 机械工业出版社,徐灏主编2、机械设计手册4 机械工业出版社,徐灏主编3、机械设计手册5 机械工业出版社,徐灏主编4、工业机器人 北京理工大学出版社,张建民著5、工业机械手-机械结构上 上海科学技术出版社 工业机械手编写组6、机床设计手册3,部件、机构及总体设计 机械工业出版机床设计手册编写组7、液压传动 机械工业出版社,丁树模主编8、机械制图 大连理工大学工程画教教研室 高等教育出版社9、毕业设计指导书 青岛海洋出版社 李恒权、朱明臣、王德云主编10、机械基础 中国劳动出版社，王栋梁主编11、solidworks设计与应用 电子工业出版社 隆生主编12、机械制造技术 机械工业出版社，黄鹤汀主编36