组合机床自动上料液压机械手设计

1、组合机床自动上料液压机械 手及其液压传动系统设计 引言u 机械手定义机械手定义： 用于再现人手的的功能的技术装置称为机械手。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。u 工业机械手在生产中的应用：工业机械手在生产中的应用：建造旋转零件（转轴、盘类、环类）自动线实现单机自动化方面铸、锻、焊热处理等热加工方面u执行机构执行机构 :手部 ,腕部 ,臂部 ,行走机构 驱动机构驱动机构 :根据动力源的不同, 工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类 控制系统控制系统 :点动控制和连续控制两种

2、方式机械手设计要求u为组合机床生产线设计一套自动上料的机械手，为组合机床生产线设计一套自动上料的机械手，它采用圆柱坐标型的运动形式，液压系统驱动，它采用圆柱坐标型的运动形式，液压系统驱动，PLCPLC系统控制。功能原理先进，动作可靠，结构合系统控制。功能原理先进，动作可靠，结构合理，安全经济，满足生产要求。理，安全经济，满足生产要求。 u主要技术参数：臂力主要技术参数：臂力5N5N；自由度数为；自由度数为4 4；运动形式；运动形式为圆柱坐标；手臂伸缩行程范围为圆柱坐标；手臂伸缩行程范围0-500mm0-500mm，手臂升，手臂升降行程范围降行程范围0-300mm0-300mm；手臂回转行程范围

3、；手臂回转行程范围0-900-90；手腕回转角度范围手腕回转角度范围9090；定位方式为定位块；驱动；定位方式为定位块；驱动方式为液压系统；控制方式为点位式、方式为液压系统；控制方式为点位式、PLCPLC控制。控制。设计论文框架u绪论绪论u总体方案设计总体方案设计u机械手手部的设计计算机械手手部的设计计算u腕部的设计计算腕部的设计计算u臂部的设计计算臂部的设计计算u液压系统的设计液压系统的设计u电气控制系统设计电气控制系统设计u总结总结u致谢致谢机械手的运动分析u 机械手的动作循环（工件平机械手的动作循环（工件平放）：夹紧工件放）：夹紧工件手腕上翻手腕上翻90大臂上升大臂上升300mm大大臂回

4、转臂回转90手臂延伸手臂延伸500mm放松工件放松工件手腕下手腕下翻翻90手臂收缩手臂收缩500mm大臂回转大臂回转90大臂下降大臂下降300mm。机械手运动示意图机械手运动流程图 从从t=0t=0时开始，机械手夹紧工件，用时时开始，机械手夹紧工件，用时0.5s0.5s；t=1t=1时，大臂开始做上升运动，时，大臂开始做上升运动，运动速度运动速度v=150mm/s, v=150mm/s, 共共2s2s；与此同时；与此同时开始的还有手腕回转开始的还有手腕回转9090，用时，用时1s1s；在；在t=1.5st=1.5s时，手臂开始回转，转时，手臂开始回转，转9090，用，用时时1.5s1.5s；在

5、；在t=2st=2s时，手臂开始延伸，行时，手臂开始延伸，行程程500mm500mm，速度，速度v=250mm/s, v=250mm/s, 用时用时2s2s；至；至此工件传输到位，手部放松用时此工件传输到位，手部放松用时0.5s,0.5s,上述运动完成共用时上述运动完成共用时4.5s4.5s。因为工件质。因为工件质量很小，机械手返回与其输送运动用时量很小，机械手返回与其输送运动用时基本相当，且返回时大臂运动是下降运基本相当，且返回时大臂运动是下降运动，机械手有自重，用时将小于动，机械手有自重，用时将小于4.5s4.5s。 机械手手部的设计计算1 1选择手爪的类型及夹紧装置选择手爪的类型及夹紧装

6、置 ：机器人夹持器的：机器人夹持器的典型结构典型结构.楔块杠杆式手爪楔块杠杆式手爪 利用楔块与杠杆来实现手爪利用楔块与杠杆来实现手爪的松、开，来实现抓取工件。的松、开，来实现抓取工件。.滑槽杠杆式手爪滑槽杠杆式手爪 当活塞向前运动时，滑槽通当活塞向前运动时，滑槽通过销子推动手爪合并，产生夹紧动作和夹紧力过销子推动手爪合并，产生夹紧动作和夹紧力，当活塞向后运动时，手爪松开。这种手爪开，当活塞向后运动时，手爪松开。这种手爪开合行程较大，适应抓取大小不同的物体合行程较大，适应抓取大小不同的物体.连杆杠杆式手爪连杆杠杆式手爪 这种手爪在活塞的推力下这种手爪在活塞的推力下，连杆和杠杆使手爪产生夹紧（放松

7、）运动，连杆和杠杆使手爪产生夹紧（放松）运动，由于杠杆的力放大作用，这种手爪有可能产生由于杠杆的力放大作用，这种手爪有可能产生较大的夹紧力。通常与弹簧联合使用。较大的夹紧力。通常与弹簧联合使用。.齿轮齿条式手爪齿轮齿条式手爪 这种手爪通过活塞推动齿这种手爪通过活塞推动齿条，齿条带动齿轮旋转，产生手爪的夹紧与松条，齿条带动齿轮旋转，产生手爪的夹紧与松开动作。开动作。.平行杠杆式手爪平行杠杆式手爪 采用平行四边形机构，因采用平行四边形机构，因此不需要导轨就可以保证手爪的两手指保持平此不需要导轨就可以保证手爪的两手指保持平行运动，比带有导轨的平行移动手爪的摩擦力行运动，比带有导轨的平行移动手爪的摩擦

8、力要小很多。要小很多。我选择的是滑槽杠杆式我选择的是滑槽杠杆式2 2夹紧力及驱动力的计算。夹紧力及驱动力的计算。3 3手抓夹持范围计算手抓夹持范围计算4 4机械手手抓夹持精度的分析计算机械手手抓夹持精度的分析计算5 5弹簧的设计计算：弹簧的设计计算：腕部的设计计算u腕部的结构：腕部是连接手部与臂部的部件，起支承腕部的结构：腕部是连接手部与臂部的部件，起支承手部的作用。手部的作用。u腕部的设计计算：腕部的设计计算：(1) (1) 腕部设计考虑的参数腕部设计考虑的参数(2) (2) 腕部腕部的驱动力矩计算的驱动力矩计算. .u手腕驱动力的计算：根据手腕驱动力的计算：根据 液压缸的内径系列（液压缸的

9、内径系列（JB826-JB826-6666）、标准液压缸外径）、标准液压缸外径 进行计算。进行计算。u液压缸盖螺钉的计算液压缸盖螺钉的计算u动片和输出轴的连接螺钉的计算：连接螺钉一般为偶动片和输出轴的连接螺钉的计算：连接螺钉一般为偶数，对称安装，并用两个定位销定位。连接螺钉的作数，对称安装，并用两个定位销定位。连接螺钉的作用：使动片和输出轴之间的配合紧密。用：使动片和输出轴之间的配合紧密。u腕部轴承选择：腕部材料选择铝合金腕部轴承选择：腕部材料选择铝合金zl303zl303，两处均选，两处均选用深沟球轴承。用深沟球轴承。臂部的设计计算u( (一一) )臂部的结构：手臂部件是机械手的主要握持部件

10、臂部的结构：手臂部件是机械手的主要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工件或工具），。它的作用是支撑腕部和手部（包括工件或工具），并带动它们作空间运动。手臂运动应该包括并带动它们作空间运动。手臂运动应该包括3 3个运动：个运动：伸缩、翻转和升降。伸缩、翻转和升降。 u ( (二）二） 手臂的典型机构以及结构的选择：本设计选择手臂的典型机构以及结构的选择：本设计选择双导杆伸缩机构，使用液压驱动双导杆伸缩机构，使用液压驱动, ,液压缸选取双作用液液压缸选取双作用液压缸。压缸。u（三）伸缩臂机构结构设计：（三）伸缩臂机构结构设计：1 1手臂直线运动的驱动力手臂直线运动的驱动力计算：计算臂部运动驱

11、动力（包括力矩）时，要把臂计算：计算臂部运动驱动力（包括力矩）时，要把臂部所受的全部负荷考虑进去。机械手工作时，臂部所部所受的全部负荷考虑进去。机械手工作时，臂部所受的负荷主要有惯性力、摩擦力等。受的负荷主要有惯性力、摩擦力等。2 2伸缩运动液压缸伸缩运动液压缸工作压力和结构的确定工作压力和结构的确定u（四）臂部回转缸的结构设计：（四）臂部回转缸的结构设计：1 1臂部回转运臂部回转运动的分析计算动的分析计算2 2回转缸尺寸的初步确定回转缸尺寸的初步确定 3 3液压缸液压缸盖螺钉的计算盖螺钉的计算4 4动片和输出轴间的连接螺钉的分动片和输出轴间的连接螺钉的分析计算析计算u（五）臂部升降缸的结构设

12、计：（五）臂部升降缸的结构设计：1 1臂部升降运动臂部升降运动的分析计算的分析计算 2 2升降不自锁条件分析计算升降不自锁条件分析计算 3 3手臂手臂升降运动的液压缸驱动力的计算升降运动的液压缸驱动力的计算u（六）底座与手臂连接处的螺栓直径的确定（六）底座与手臂连接处的螺栓直径的确定 ：1 1、计算倾覆力矩、计算倾覆力矩2 2、计算受力最大的螺栓承受的、计算受力最大的螺栓承受的工作载荷工作载荷 3 3、确定每个螺栓所需的预紧、确定每个螺栓所需的预紧 4 4、确定、确定螺栓直径螺栓直径液压系统的设计u （1）夹紧工件）夹紧工件 按下启动按钮。按下启动按钮。 在整机启动的情况下，泵在整机启动的情况

13、下，泵4供油流经供油流经单向阀，然后单向阀，然后PLC控制程序指令控制电磁铁控制程序指令控制电磁铁3DT通电吸合，此时此二通电吸合，此时此二位四通电磁阀处于右位，液压油直接流进机械手手指夹紧液压缸的右位四通电磁阀处于右位，液压油直接流进机械手手指夹紧液压缸的右腔，从而拉动滑槽杠杆式手部结构夹紧工件。此时电磁换向阀通电不腔，从而拉动滑槽杠杆式手部结构夹紧工件。此时电磁换向阀通电不变，直到接到放松工件指令才断电，此时因液压缸保持不动，回路压变，直到接到放松工件指令才断电，此时因液压缸保持不动，回路压力升高，到达先导型溢流阀的设定压力时，溢流阀开启，然回路压力力升高，到达先导型溢流阀的设定压力时，溢

14、流阀开启，然回路压力保持不变，仍然能够保持夹紧需要。保持不变，仍然能够保持夹紧需要。u （2）手腕上翻）手腕上翻 PLC指令控制电磁铁指令控制电磁铁8DT通电吸合。泵通电吸合。泵3供油经单向供油经单向阀阀5，流经图所示从左到右第四个三位四通电磁阀左位，然后流经节，流经图所示从左到右第四个三位四通电磁阀左位，然后流经节流阀和单向阀构成的调速阀，然后直接流向手腕翻转液压缸，从而推流阀和单向阀构成的调速阀，然后直接流向手腕翻转液压缸，从而推动机械手手腕做翻转运动。动机械手手腕做翻转运动。u （3）大臂上升）大臂上升 PLC指令控制电磁铁指令控制电磁铁4DT通电吸合。泵通电吸合。泵3供油经单向供油经单

15、向阀阀5，流经图所示从左到右第二个三位四通电磁阀左位，然后流经节，流经图所示从左到右第二个三位四通电磁阀左位，然后流经节流阀和单向阀构成的调速阀，接着流向减压阀和单向阀构成的复合阀流阀和单向阀构成的调速阀，接着流向减压阀和单向阀构成的复合阀，然后直接流向大臂升降液压缸的下腔，从而推动机械手做上升运动，然后直接流向大臂升降液压缸的下腔，从而推动机械手做上升运动。u（4 4）大臂回转）大臂回转 PLCPLC指令控制电磁铁指令控制电磁铁6DT6DT通电吸合。泵通电吸合。泵3 3供供油经单向阀油经单向阀5 5，流经图，流经图6.16.1示从左到右第一个三位四通电磁示从左到右第一个三位四通电磁阀左位，然

16、后流经节流阀和单向阀构成的调速阀，然后直阀左位，然后流经节流阀和单向阀构成的调速阀，然后直接流向大臂回转液压缸，从而推动机械手大臂做左右回转接流向大臂回转液压缸，从而推动机械手大臂做左右回转运动。运动。u（5 5）手臂延伸）手臂延伸 PLCPLC指令控制电磁铁指令控制电磁铁1DT1DT通电吸合。泵通电吸合。泵3 3供供油经单向阀油经单向阀5 5，流经图所示从左到右第三个三位四通电磁，流经图所示从左到右第三个三位四通电磁阀右位，然后流经节流阀和单向阀构成的调速阀，然后直阀右位，然后流经节流阀和单向阀构成的调速阀，然后直接流向手臂伸缩液压缸，从而推动机械手手臂做伸缩运动接流向手臂伸缩液压缸，从而推

17、动机械手手臂做伸缩运动。u（6 6）放松工件）放松工件 在整机启动的情况下，泵在整机启动的情况下，泵4 4供油流经单供油流经单向阀，然后向阀，然后PLCPLC控制程序指令控制电磁铁控制程序指令控制电磁铁3DT3DT断电跳开，此断电跳开，此时此二位四通电磁阀处于左位，液压油直接流进机械手手时此二位四通电磁阀处于左位，液压油直接流进机械手手指夹紧液压缸的左腔，从而拉动滑槽杠杆式手部结构放松指夹紧液压缸的左腔，从而拉动滑槽杠杆式手部结构放松工件。此时工件。此时PLCPLC指令不变，直到接到夹紧工件指令时指令不变，直到接到夹紧工件指令时3DT3DT才才通电，当工件放到通电，当工件放到A A工作台上时，

18、因液压缸保持不动，回工作台上时，因液压缸保持不动，回路压力升高，到达先导型溢流阀的设定压力时，溢流阀开路压力升高，到达先导型溢流阀的设定压力时，溢流阀开启，然回路压力保持不变，仍然保持手指张开。启，然回路压力保持不变，仍然保持手指张开。u （7）手腕下翻）手腕下翻 PLC指令控制电磁铁指令控制电磁铁9DT通电吸合。泵通电吸合。泵3供油经单供油经单向阀向阀5，流经图所示从左到右第四个三位四通电磁阀右位，接着液压，流经图所示从左到右第四个三位四通电磁阀右位，接着液压油流经节流阀和单向阀构成的调速阀，然后直接流向手腕翻转液压缸油流经节流阀和单向阀构成的调速阀，然后直接流向手腕翻转液压缸，从而推动机械手手腕做下翻动运动。，从而推动机械手手腕做下翻动运动。u （8）手臂收缩）手臂收缩 PLC指令控制电磁铁指令控制电磁铁2DT通电吸合。泵通电吸合。泵3供油经单供油经单向阀向阀5，流经图所示从左到右第三个三位四通电磁阀左位，然后直接，流经图所示从左到右第三个三位四通电磁