说明书圆钢送料机械手上下料机械手毕业设计样本

第一章绪论1.1背景及意义1.1.1论文选题背景在机械工业中，应用机械手意义可以概括如下： （1）以提高生产过程中自动化限度 应用机械手有助于实现材料传送、工件装夹、刀具更换以及机器装配等自动化限度，从而可以提高劳动生产率和减少生产成本。（2）二、以改进劳动条件，避免人身事故 在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其她毒性污染以及工作空间狭窄场合中，用人手直接操作是有危险或主线不也许，而应用机械手即可某些或所有代替人安全完毕作业，使劳动条件得以改进。 在某些简朴、重复，特别是较笨重操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而导致人身事故。 （3）可以减轻人力，并便于有节奏生产 应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力一种侧面，同步由于应用机械手可以持续工作，这是减少人力另一种侧面。因而，在自动化机床综合加工自动线上，当前几乎都没有机械手，以减少人力和更精确控制生产节拍，便于有节奏进行工作生产。国内机器人研究始于二十世纪70年代。通过近30年努力，从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，当前已基本掌握了机器人操作机设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了某些机器人核心元器件，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公司近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂焊装线上。但总来看，国内工业机器人技术及其工程应用水平和国外比尚有一定距离，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；在应用规模上，国内已安装国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数万分之四。以上因素重要是没有形成机器人产业，当前国内机器人生产都是应顾客规定，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化限度低、供货周期长、成本也不低，并且质量、可靠性不稳定。因而迫切需要解决产业化前期核心技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推动产业化进程。国内机器人技术主题发展战略目的是:依照2l世纪初国内国民经济对先进制造及自动化技术需求,瞄准国际前沿高技术发展方向创新性地研究和开发工业机器人技术领域基本技术、产品技术和系统技术。将来工业机器人技术发展重点有:第一,危险、恶劣环境作业机器人:重要有防暴、高压带电清扫、星球检测、油汽管道等机器人;第二,医用机器人:重要有脑外科手术辅助机器人,遥控操作辅助正骨等;第三,仿生机器人:重要有移动机器人,网络遥控操作机器人等。其发展趋势是智能化、低成本、高可靠性和易于集成。机器人市场竞争越来越激烈,中华人民共和国制造业面临着与国际接轨、参加国际分工巨大挑战,加快工业机器人技术研究开发与生产是咱们抓住这个历史机遇重要途径。因而国内工业机器人行业要结识到如下几点状况:第一,工业机器人技术是国内由制造大国向制造强国转变重要手段和途径,政府要对国产工业机器人有更多政策与经济支持,参照国外先进经验,加大技术投入与改造;第二,在国家科技发展筹划中,应当继续对智能机器人研究开发与应用予以大力支持,形成产品和自动化制造装备同步协调新局面;第三,某些国产工业机器人已经与国外相称,公司采购工业机器人时不要盲目进口,应当综合评估,立足国产。国内状况：在国内，机械手技术起步较晚，国内机械手研发和应用还处在一种发展阶段，跟美国日本等某些发达国家相比尚有很大差距，诸多产品还需要进口，特别是高灵活，高精度机械手。进入20世纪90年代后，国内机械手研究开始步入正轨，重要应用于家用电器产品装配生产线以及半导体芯片，印刷电路等电子产品装配流水线。要是国内机械工业更进一步发展壮大，就必要提高其自动化限度和生产效率，将人手操作变为机械手操作。同步，国家应加大对机械手研发投入，积极开发拥有自主知识产权产品，主线上解决对国外产品进口需求。国外状况：1985年美国联合控制公司研制出第一台机械手。随后联邦德国机械制造业从1970年开始应用机械手，重要用于起重运送，焊接和设备上下料等作业。日本日后居上，子1969年从美国引进两种机械手后大力从事机械手研究，是工业机械手发展做快，应用做多国家[1]。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学，麻省理工学院联合研制出一种Unitmate-Vicarm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差不大于1毫米。联邦德国KuKa还生产一种点焊机械手，采用关节式构造和程序控制。在国内，机械手技术起步较晚，进入20世纪90年代后，国内机械手研究开始步入正轨，重要应用于家用电器产品装配生产线以及半导体芯片，印刷电路等电子产品装配流水线。当代国际工业中，各种生产流水线以及物料管理中都在多元化使用着气动机械手。但在机械工业中，加工，装配等生产是不持续，工业机械手就是为实现这些工序自动化而生产。国外机械手工业中机械手上下料，减轻工人劳动强度，并和机床共同构成一种综合数据加工系统。采用机械手进行装配更是当前研究重点，国外已研究采用摄像机和力传感系统和微型计算机连在一起，能拟定零件方位达到镶装目。综上所述，有效应用机械手，是发展机械工业必然趋势。1.1.2毕业设计目毕业设计是学生完毕本专业教学筹划最后一种极为重要实践性教学环节，是使学生综合运用所学过基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范畴内工程技术问题而进行一次基本训练。这对学生即将从事有关技术工作和将来事业开拓都具备一定意义。其重要目：培养学生综合分析和解决本专业普通工程技术问题独立工作能力，拓宽和深化学生知识。培养学生树立对的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计普通程序规范和办法.培养学生树立对的设计思想和使用技术资料、国标等手册、图册工具书进行设计计算，数据解决，编写技术文献等方面工作能力。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基本工作态度，工作作风和工作办法。熟悉制机械手构成和构造，以及液压驱动实行办法。通过课题设计锻炼和培养自己工艺文献编制能力，熟悉惯用材料使用性能，对的选用材料；掌握夹具设计基本办法和机械零部件设计基本程序和办法；掌握机械加工工艺制定过程，对普通制造过程和办法有初步理解，理解惯用零部件设计软件，并能纯熟运用二维及三维软件进行设计。定机械加工工艺所加工产品能达到图纸各项技术规定。使自己在大学四年所学知识得到全面总结和巩固，对此前所学知识得以温故而知新，更好掌握学过知识，为将来工作奠定一种良好基本。研究办法和手段：调研收集整顿关于机械零件设计、装配工艺、机械加工工艺、制造技术等关于资料，供设计时使用；理解零件用途，分析零件工艺性、尺寸精度等技术规定；分析工艺资料，理解所用材料性能、零件特性以及工艺参数；熟悉工厂实际状况，生产车间加工能力与水平及检测手段等。以便能密切联系工厂实际，既以便又经济地进行设计工作。依照任务书研究内容查阅有关专业资料，进行总体和详细分析、设计和计算，完毕该制品工艺分析及造型设计，涉及装配图和零件图绘制，完毕零件图、装配图制作。1.2毕业设计内容和规定（1）应具备恰当夹紧力和驱动力；（2）手指应具备一定开闭范畴；（3）应保证工件在手指内夹持精度；（4）规定构造紧凑，重量轻，效率高；（5）应考虑通用性和特殊规定。设计参数及规定（1）采用手指式夹持器，执行动作为抓紧和放松；（2）所要抓紧工件正立于传送带上，直径为80mm，放松时两抓最大距离为110～120mm，1s抓紧,夹持速度20mm/s；（3）工件材质为45#钢，重量5kg；（4）夹持器有足够夹持力；（5）夹持器靠法兰联接在手臂上。由液压缸提供动力；（6）伸缩臂行程300mm；（7）机械手腕回转角度180°。工作规定规定设计一只机械手，用于给加工设备运送棒料。重要设计机械手小臂、手腕和机械手指构造，均采用液压驱动。完毕整装图设计，零件图设计，完毕液压原理图设计与计算。第二章机械手总体设计2.1机械手设计参数（1）采用手指式夹持器，执行动作为抓紧和放松；（2）所要抓紧工件正立于传送带上，直径为80mm，放松时两抓最大距离为110～120mm，1s抓紧,夹持速度20mm/s；（3）工件材质为45#钢，重量5kg；（4）夹持器有足够夹持力；（5）夹持器靠法兰联接在手臂上。由液压缸提供动力；（6）伸缩臂行程300mm；（7）机械手腕回转角度180°。2.2机械手夹紧装置设计2.2.1机械手夹紧力计算夹持器夹在工件上夹紧力是设计手部重要根据，因此必要对其大小、方向和作用点进行分析和计算。普通来说，加快力必要克服工件自身重力所产生惯性力或惯性力矩来使工件保持稳定加快状态。手指对工件夹紧力可按下列公式计算：式（2-1）式中：—安全系数，由机械手工艺及设计规定拟定,普通取，本设计取1.6；—工件状况系数，重要受惯性力影响，可依照公式计算出,公式中为最大加速度可依照任务书中给出关于参数可得，得到数据代人上述公式可得。—方位系数，可依照手指与工件位置和工件形状不同进行选定。本设计采用手指与工件位置为手指水平放置，工件垂直放置；手指与工件形状为V型指端夹持圆柱型工件。因此可依照公式计算出。上式中代表摩擦系数，代表型手指半角，此处粗略计算,如图2-1图2-1机械手开闭示例简图工作原理：V型手指位于夹持手指之上，通过连接件将活塞杆与夹持手指连接。活塞杆收缩，v型手指处在夹紧状态，反之，处在放松状态。—被抓取工件重量，可依照任务书中参数被抓取工件最大为，本设计中取其最大值。把上述关于数据代人上式（2—1）公式中可以求得夹持器夹紧力，，取。2.2.2机械手驱动力力计算依照夹紧力和驱动力之间关系式可得：式代人数据可得得出为理论计算值，实际采用液压缸驱动力要不不大于理论计算值，考虑手爪机械效率，普通取0.8～0.9，此处取0.88，则：，取2.2.3机械手液压缸驱动力计算设计方案中夹紧装置为常开式夹紧装置，故采用液压缸为单作用缸，提供推力：式式中—活塞直径（液压缸内径）—活塞杆直径—驱动压力，由于,已知液压缸驱动力=，且F’=500N<5KN表2-1荷选取工作压力载荷/KN<55～1010～2020～3030～50>50工作压力/MPa<0.8～11.5～22.5～33～44～5≥5故选工作压力P=1MPa可依照公式计算出液压缸内径（活塞直径）：依照液压设计手册,见表2-2。可到液压缸内径（活塞直径）D，活塞杆直径d,活塞厚B,缸筒长度L。表2-2液压缸内径系列（JB826-66）（mm）2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250由表可得D=32mm活塞杆直径d=0.5D=0.5×32mm=16mm活塞厚B=(0.6～1.0)D取B=0.8D=0.8×32mm=25.6mm,取26mm.缸筒长度L≤(20～30)D取L为123mm活塞行程，当抓取80mm工件时，即手爪从张开120mm减小到80mm，向前移动大概40mm。取液压缸行程S=40mm。液压缸流量计算：放松时流量夹紧时流量2.2.4机械手液压缸选用选取一种型号为：MOB-B-32-83-FB轻型拉杆液压缸其构造简图，外形尺寸及技术参数如下：表2-3夹持器液压缸技术参数工作压力使用温度范畴容许最大速度效率传动介质缸径受压面积()速度比无杆腔有杆腔1MPa～+300m/s90%常规矿物液压油32mm12.58.61.45机械手手爪夹持误差及分析机械手定位精度（由臂部和腕部等运动部件拟定）和手指夹持误差大小决定了夹持器能否按照任务规定来夹持工件和把工件送到指定位置。特别是在中、小批量生产多品种产品时，工件尺寸会在一定范畴内变化，从而产生定位误差，为了避免产生这种误差，需要注意选用合理手部构造参数，见图2-4，从而使夹持误差控制在较小范畴内。在机械加工中，普通状况下夹持误差不会超过，而手部最后误差取决于控制系统补偿能力手部装置和以及加工精度。图2-2设计简图工件直径为80mm，尺寸偏差，则本设计如图2-3。图2-3设计简图若把工件轴心位置C到手爪两支点连线垂直距离CD以X表达，依照几何关系有：简化为：该方程为双曲线方程，如图2-4：图2-4工件半径与夹持误差关系曲线由上图得，当工件半径为时，X取最小值，又从上式可以求出：，普通取若工件半径变化届时，X值最大变化量，即为夹持误差，用表达。在设计中，但愿按给定和来拟定手爪各某些尺寸，为了减少夹持误差，一方面可加长手指长度，但手指过长，使其构造增大；另一方面可选用适当偏转角，使夹持误差最小，这时偏转角称为最佳偏转角。只有当工件平均半径取为时，夹持误差最小。此时最佳偏转角选取对于两支点回转型手爪（特别当a值较大时），偏转角大小不易按夹持误差最小条件拟定，重要考虑这样极易出当前抓取半径较小时，两手爪和边平行，抓不着工件。为避免上述状况，普通按手爪抓取工件平均半径，觉得条件拟定两支点回转型手爪偏转角，即下式：其中,型钳夹角代入得出：则则，此时定位误差为和中最大值。分别代入得：因此，，夹持误差满足设计规定。由以上各值可得：取值为。图2-5V型手指第三章夹持器腕部设计3.1机械手腕部设计基本规定夹持器腕部是操作机臂部和手部（末端执行器）之间连接部件，它功用重要是运用自身活动度拟定被末端执行器加持物体空间姿态，也可以说是在臂部运动基本上进一步变化或调节工件方位，因此手腕部件具备独立自由度来扩大机械手动作范畴和使手部适应复杂动作规定。此设计中规定有绕中轴回转运动。（1）力求重量轻、构造紧凑腕部是臂部和手部之间部件，因而它动力载荷和手部动力载荷都由臂部来承担。显然，腕部构造、动力载荷和重量，直接影响着臂部性能、重量和构造。因此，在设计腕部时，必要要做到构造紧凑，重量轻。（2）考虑构造，合理布局腕部作为机械手执行机构，又承担连接和支撑作用，除保证力和运动规定外，要有足够强度、刚度外，还要考虑她灵活性、平稳性和定位精度高等。因而合理布局，解决好腕部与臂部和手部连接很重要。（3）要适应工作环境规定对于本设计，机械手工作条件是在工作场合中搬运加工棒料，因而不太受环境影响，没有处在高温和腐蚀性工作介质中，因此对机械手腕部没有太多不利因素。3.2自由度回转缸驱动典型腕部构造如图3-1所示，采用一种回转液压缸，实现腕部旋转运动。从A—A剖视图上可以看到，回转叶片（简称动片）用螺钉，销钉和转轴10连接在一起，定片8则和缸体9连接。压力油分别由油孔5.7进出油腔，实现手部12旋转。旋转角极限值由动，静片之间容许回转角度来决定（普通不大于），图中缸可回转。腕部旋转位置控制问题，可采用机械挡块定位。当规定任意点定位时，可采用位置检测元件（如本例为电位器，其轴安装在件1左端面小孔）对所需位置进行检测并加以反馈控制。图3.1图3-1液压回转缸实现腕部回转构造图示手部开闭动作采用单作用液压缸，只需一种油管。通向手部驱动液压缸油管是从回转中心通过，腕部回转时，油路承认保证畅通，这种布置可使油管既不外露，又不受扭转。腕部用来和臂部连接，三根油管（一根供手部油管，两根供腕部回转液压缸）由手臂内通过并经腕架分别进入回转液压缸和手部驱动液压缸。本设计规定手腕回转，综合以上分析考虑到各种因素，腕部构造选取具备一种自由度回转驱动腕部构造，采用液压驱动，参照上图典型构造。工作原理：定片与缸体固定，动片与转轴固定，其左右侧分别有进出油口，由于压力油作用，受力不平衡，使动片产生转矩，动片带动转轴回转，通过变化进出油方向，达到腕部回转目。图3-2手部抓取缸液压原理图3.3腕部构造计算3.3.1腕部回转力矩计算腕部回转时，需要克服阻力有：（1）腕部回转支承处摩擦力矩。式（3-1）式中，—轴承处支反力（N），可由静力平衡方程求得;,—轴承直径（m）；—轴承摩擦系数，对于滚动轴承=（0.01—0.02）；对于滑动轴承=0.1。为简化计算，取，其中，为工件重量，为手部重量，为手腕转动件重量。（2）克服由于工件重心偏置所需力矩。式（3-2）式中e—工件重心到手腕回转轴线垂直距离，已知e=10mm，把数据代入（3-2）得：（3）克服启动惯性所需力矩。启动过程近似等加速运动，依照手腕回转角速度及启动过程转过角度按下式计算：式（3-3）式中—工件对手腕回转轴线转动惯量；—手腕回转某些对腕部回转轴线转动惯量；—手腕回转过程角速度；—启动过程所需时间，普通取0.05-0.3s,此处取0.1s.。手抓、手抓驱动液压缸及回转液压缸转动件等效为一种圆柱体，高为200mm，直径90mm，其重力估算： ,取G=98N.等效圆柱体转动惯量：已知圆柱体工件R=40mm，=100mm则工件转动惯量为：规定工件在0.5s内旋转90度，取平均角速度，即=，代入（3-3）得：则有：由上式可得：3.3.2回转液压缸所驱动力矩计算回转液压缸所产生驱动力矩必要不不大于总阻力矩定片1与缸体2固连，动片3与转轴5固连，当a，b口分别进出油时，动片带动转轴回转，达到手腕回转目。回转液压缸进油腔压力油液，作用在动片上合成液压力矩即驱动力矩。或式（3-4）式中—手腕回转时总阻力矩—回转液压缸工作压力（Pa）—缸体内孔半径（m）—输出轴半径（m），设计时按选用—动片宽度（m）上述动力距与压力关系是设定为低压腔背压力等于零。3.3.3回转缸内径D计算由，得：，式（3-5）为减少动片与输出轴连接螺钉所受载荷及动片悬伸长度，选取动片宽度时，选用：综合考虑，取值计算如下：r=12.5mm，R=40mm，b=42mm，3.3.4液压缸盖螺钉计算图3-3缸盖螺钉间距示意表3-1螺钉间距t与压力P之间关系工作压力P（Mpa）螺钉间距t(mm)0.5~1.5不大于1501.5~2.5不大于1202.5~5.0不大于1005.0~10.0不大于80上图中表达连接中，每个螺钉在危险截面上承受拉力为：，即工作拉力与残存预紧力之和计算如下：液压缸工作压强为P=1Mpa,因此螺钉间距不大于150mm,试选取2个螺钉，，因此选取螺钉数目适当Z=2个则受力截面由以上数据可得，此处连接规定有密封性，故k取，取K=1.7。可得因此选取Q235为螺栓材料，，安全系数n取1.6。螺栓直径由下式得出，F为总拉力即依照实际螺栓直径d应选取8mm。3.3.5静片和输出轴间连接螺钉动片和输出轴之间连接构造见上图。连接螺钉普通为偶数。螺钉由于油液冲击产生横向载荷，由于预紧力作用，将在接合面处产生摩擦力以抵抗工作载荷，预紧力大小，以接合面不产生滑移条件拟定，故有如下等式：式（3-6）为预紧力,为接合面摩擦系数，取范畴中0.15，即钢和铸铁零件，为接合面数，取=2，Z为螺钉数目，取Z=2，D为静片外径，d为输出轴直径，则由（3-6）可得：式（3-7）螺钉强度条件为：式（3-8）把关于数据代入（3-7）得：选取Q235为螺钉材料，则（安全系数），把关于数据带入（3-8）可得螺钉直径，d值极小，取。螺钉选取M6开槽盘头螺钉，如图3.4：图3-4开槽盘头螺钉3.3.6腕部轴承选取腕部材料选取HT200，，预计轴承所受径向载荷为50N,轴向载荷较小，忽视。两处均选用深沟球轴承。现校核较小轴径处轴承。6005轴承基本数据如下：，当量动载荷，载荷系数取1，，则。N为转速，由0.5s完毕回转，计算得：，，球轴承。依照以上数据可计算轴承寿命，轴承寿命公式如下：式（3-9）把数据代入（3-9）可得：，远不不大于轴承额定寿命。因此可选用轴承为深沟球轴承6005和6008。3.3.7材料及连接件，密封件选取右端轴承端盖与腕部回转缸连接选用六角头螺栓，，,需用4个。右缸盖与缸体连接选用六角头螺栓，，,需用4个。左缸盖与缸体及法兰盘连接选用六角头螺栓，，,需用4个。选用垫圈防松，，公称尺寸为5。右端轴承端盖与腕部回转缸连接选用六角头螺栓，，,需用4个。为定位作用，轴左侧增长一种套筒，材料为HT200，尺寸如下：图3-5套筒 动片与输出轴连接选用六角头螺栓，，需用2个。密封件选取：所有选用毡圈油环密封，材料为半粗羊毛毡。右端盖d=40mm，左右缸盖d=25mm。第四章伸缩臂设计4.1机械手伸缩臂设计基本规定机械手伸缩臂底板固定在大臂上，前端安装机械手，完毕直线伸缩动作。（1）功能性规定伸缩要平稳灵活，动作快捷，定位精确，工作协调。（2）适应性规定为了因工件大小不同而随时做出调节，因此要设立成为可调式定位机构。为了减少运动产生冲击和惯性力，因而规定动力和负载大小相适应。（3）可靠性规定可靠性是指产品在规定工作条件下，在预定使用寿命期内能完毕规定功能概率。工业机械手可自动完毕预定工作，广泛应用在自动化生产线上，因而规定机械手工作必要可靠。设计时要进行可靠性分析。（4）寿命规定产品寿命是产品正常使用时因磨损而使性能下降在容许范畴内并且无需大修工作期限里。因而在设计中要特别考虑采用如何办法来减少摩擦和磨损。如：采用润滑办法、选取耐磨材料、合理设计零件形面等。（5）经济规定机械产品经济性涉及设计、制造、和使用经济性。在制造机械产品成本中材料费、加工费占了很大比例。因而设计时必要要合理考虑。（6）人机工程学规定人机工程学也称为技术美学，它涉及调节有效省力、操作简朴、照明适度、显示清晰、色彩和谐、造型美观、容易保养维护等。因而在本设计中充分考虑了人机工程学特点。（7）自动报警和安全保护规定按照规范规定，为了保证操作人员人身安全，设计时必要采用恰当防护办法，这是任何设计前提。例如因故障导致突然工作中断，如突然断电、机构卡死等状况。如果不安装报警装置也许会导致人身安全，因此报警装置和安全保护办法必要要有。设计参数（1）伸缩长度：300mm； （2）单方向伸缩时间：1.5～2.5S；（3）定位误差：要有定位办法，定位误差不大于2mm；（4）前端安装机械手，伸缩终点无刚性冲击；4.2方案设计液压驱动方案（1）伸缩原理这里选取液压油缸为单出杆双作用液压油缸，手臂伸出时采用单向调速阀进行回油节流调速；当接近终点时，发出信号，进行调速缓冲（也可采用缓冲油缸），靠油缸行程极限定位，采用导向杆导向防止转动；采用电液换向阀，控制伸缩方向。（2）液压系统设计计算液压控制系统设计要满足伸缩臂动作逻辑规定，液压缸及其控制元件选取要满足伸缩臂动力规定和运动时间规定，详细设计计算参照《液压传动与控制》等有关教材。由于伸缩臂做间歇式往复运动，有较大冲击，设计时要考虑缓冲办法，可从液压回路设计上考虑，也可从液压件构造上考虑等。设计计算参数及规定：①电磁阀流量：要满足伸缩速度规定。②油缸直径：推力大小要能克服机构起动惯性并有一定起动加速度，要满足运动时间规定。③导向杆刚度：按最长伸出时机械手端部挠度不超过规定规定。④定位方式和元件：自选。（3）构造方案设计及强度和刚度计算①构造方案阐明a：支座1安装在机器人床身上，用于安装伸缩臂油缸和导向杆等零部件。b：法兰4用于安装机械手，其形式和尺寸要与机械手相协调。c：液压缸伸出杆带动导向杆同步伸出300mm，伸出长度较大，设计、制造和安装时要考虑液压缸与导向杆平行度规定。d：导向杆可采用直线导轨或直线导轴。直线导轨可选用外购件，直接从生产厂家关于资料中获得所需参数（网上查询直线导轨、直线导轴）。采用直线导轴时可自行设计，并且要考虑导向杆润滑，润滑方式参照关于手册设计。②强度及刚度计算依照任务书机械手夹持工件最大重量为5Kg，本设计中取5Kg，依照设计需要夹持器重量取10Kg，夹持器长度最大概250mm。从受力角度分析，载荷不大，可参照其他机器作类比设计即可。伸缩臂机构力学模型如图4.2所示。夹持器夹着工件，伸缩臂所有伸出，是导杆受力最大状态,也是变形最大位置。在此状况下，用材料力学知识计算它强度和刚度。图4-1强度和刚度分析图4.3机械手伸缩臂机构构造设计4.3.1伸缩臂液压缸参数计算1.工作负载R液压缸工作负载R是指工作机构在满负荷状况下，以一定加速度启动时对液压缸产生总阻力，即：式（4-1）式中：-工作机构荷重及自重对液压缸产生作用力；-工作机构在满载启动时静摩擦力；-工作机构满载启动时惯性力。(1)拟定①工件质量m5.9(kg)②夹持器质量10kg(预计)③伸缩臂质量50kg(预计)④其她部件质量15kg(预计)工作机构荷重：取=810N(2)拟定(3)拟定)式中：为启动时间，其加速时间约为0.1～0.5s=0.1s，=0.2s把数据代入（4-1）可得：取实际负载为：=11002.液压缸缸筒内径D拟定可依照公式：式（4-2）式中：<，p可取Mpa，Mpa把数据代入（4-2）可得：依照第二章中表2.1可得液压缸缸筒内径为40mm。3.活塞杆设计参数及校核(1)活塞杆材料：选取45号调质钢，其抗拉强度=570Mpa(2)活塞杆直径：查《液压传动设计手册》得，当压力不大于10Mpa时，速比=1.33。则可选用活塞杆直径为20mm系列，且缸筒厚度为5mm。最小导向长度：(3)活塞杆强度及压杆稳定性计算采用非等截面计算法①油缸稳定性计算由于油缸工作行程较大，则在油缸活塞杆所有伸出时，计算油缸受最大作用力压缩时油缸稳定性。假设油缸活塞杆推理为P，油缸稳定极限应力为Pk，则油缸稳定性条件为P<Pk。Pk按下式得到：式（4-3）式（4-3）中：可按《液压传动设计手册》得到；式（4-4）式中：为活塞杆直径，可依照公式为缸体外径，为缸体内径,代入数据进（4-4）有：则可得：由于、为长度、上断面惯性矩。查液压设计手册可知时极限力计算图，可由且=300mm查得（其中，为活塞杆头部至油缸A点处距离cm；为缸体尾部至油缸A点处距离。因此：。可得所油缸稳定性是满足条件。②活塞杆强度计算（E：材料弹性模量）刚弹性模量为E＝200Mpa。由《液压传动与控制》查得：<20因此活塞杆强度是满足条件。4.缸筒设计参数及校核(1)缸筒材料：选取ZG310-570铸钢,其抗拉强度Mpa(2)缸筒壁厚及校核：取壁厚=5mm因而属于普通壁厚缸筒壁厚校核公式为：式（4-5）式中：-缸筒内最高工作压力；=7-材料许用应力-材料安全系数=5把数据代入（4-5）可得：校核符合规定(3)缸筒外径：5.缸底设计参数及校核(1)缸底材料：选取Q235碳素构造钢，其抗拉强度(2)缸底厚度取缸底厚度为5mm6.油缸零件连接计算一方面拟定油缸缸筒与缸盖采用螺纹连接;缸筒与缸底连接此处选用焊接方式，此种方式可以使液压缸紧凑牢固。（1）缸筒螺纹处强度计算：螺纹处拉应力：式（4-6）螺纹处剪应力：式（4-7）合成应力：许用应力：式中：P:油缸最大推力;D:油缸内径[cm];：螺纹直径[cm]；：螺纹内径，当采用普通螺纹时（GB196-63）时，可近似按下式（t螺距[cm]）;K:螺纹预紧力系数，去K＝1.25～1.5；：螺纹那摩擦系数（0.07～0.2），普通取＝0.12；：缸筒材料屈服极限。n：安全系数，取n=1.2-2.5,普通取n=1.75.由前面计算可得：D=40mm=4cm，则查《机械设计课程设计手册》，采用普通螺纹基本尺寸（GB/T196-）公称直径第二系列4.8，可得螺距t=0.4cm；因此，。K取1.5，，n:取1.75。因此代入数据进（4-6），（4-7）有：,满足强度条件。（2）缸筒与缸底焊接强度计算P:油缸推力:焊缝效率，可取＝0.7：焊条材料得抗拉强度n:安全系数，取n＝3.3～4并查到焊条材料抗拉强度为900Mpa～1200Mpa(手工焊条)，因而缸体与缸底得焊缝强度是满足规定得。7.液压油缸其她零件构造尺寸得拟定由于液压缸工作负载较小，因此选定液压缸工作压力为低压。取额定工作压力为2.0。 图4-2液压系统图液压系统图分析：电动机带动下，液压阀往上泵油，过滤器起过滤作用，防止杂物进入系统内部。溢流阀，起溢流定压作用，定是整个系统内压力，起安全保护作用。由于液压缸工作负载较小，因此选定液压缸工作压力为低压。取额定工作压力为2.0。整个液压系统最高压力为2.0，一旦系统压力超过这个安全值，溢流阀就会开通，将压力卸掉，直至下降到安全压力之内，然后，溢流阀关闭。三位四通电磁阀，2YA通电，油坐进右出，油进入缸体内推动活塞带动活塞杆往外伸，单向节流阀作用是调节伸缩臂伸缩速度。三位四通电磁阀，3YA通电时，交叉通，油右进左出，油进入缸体内推动活塞带动活塞杆收缩。三位四通电磁阀，4YA通电，油左进右出，油通过单向阀，进入缸体内推动活塞带动活塞杆收缩，v型手指处在加快状态。5YA通电，交叉通，单向阀不通油，当夹持器浮现故障，油压增长，就克服弹簧阻力，使得卸荷阀开通，卸去多余压力，起安全保护作用。三位四通电磁阀，6YA通电，油左进右出，回转缸体转动，21是内部压力控制阀，其安全保护作用，当内部压力增长超过安全值，内部压力控制阀就会开通，卸掉多余压力。7YA开通时候，交叉通，回转手腕反转。原始开始→夹持器夹紧工件→手腕回转→伸缩臂伸出→夹持器松开→伸缩臂缩回待加工完毕后伸缩臂伸出→夹持器夹紧→伸缩臂缩回→手腕回转→原位停止准备下次循环（1）活塞与活塞杆得连接构造：油缸在普通工作条件下，活塞与活塞杆采用螺纹连接。其形式如图所示图4-3构造图（2）活塞杆导向套：做成一种套筒，压入缸筒，靠缸盖与缸筒得连接压紧固定，材料选用铸铁材料。基本构造为：缸盖，防尘垫圈，活塞杆，活塞杆导向套图4-4基本结图（3）活塞与缸体得密封。采用O型密封圈密封。选用36.5内径，截面直径为3.55mm.其基本形式如下：图4-5基本构造图4.3.2导向杆机构设计1.导向机构作用保证伸出活塞杆时方向性和伸缩量精确性以及提供机构刚度等都是导向机构作用。2.导向机构外形尺寸及材料导向选取矩形导轨导向，导轨为伸缩臂基座上得一某些，经加工而成；滑台则在其上滑动且滑台得端部靠法兰安装夹持器某些。材料选取为45号钢.，如图4.8所示：图4-6矩形导轨图中：1为滑台，2为伸缩臂基座，3为矩形导轨压板。此处矩形导轨是直接在基座上加工出来，滑台在导轨面上滑动，靠压板来固定调节。基座臂厚为10mm.。3.矩形导轨弯曲强度及挠度校核(1)导轨弯曲应力式(4-8)依照（4-8）可得：<[]符合规定。由于只计算了一边得矩形导轨，由构造可知尚有此外一边得导轨支撑，故满足条件。(2)杆挠度此杆为一悬臂梁，依照简朴载荷作用下梁挠度和转角公式：，式（4-9）式中：EI是截面抗弯刚度：本式计算是完全把载荷加在导轨上，实际是载荷由导轨和活塞杆共同承受，因此导向杆挠度会更小，符合设计规定。转角=符合规定。(3)导轨表面解决及润滑①导轨表面淬火，不但能使表面硬度增长并且导向杆耐磨性也加强了，也可以保证导向杆韧性，但导轨精度规定必须要精加工才干提高；②导轨润滑可采用润滑油润滑，或是采用润滑脂润滑。本设计采用润滑脂润滑。伸缩臂基座与升降臂相连靠伸缩臂基座底部法兰。用4个M12内六角圆柱头螺钉固定。4.伸缩臂范畴控制与调节伸缩臂伸缩范畴控制靠活动挡块与行程开关。设备附件活动挡块，它用在当设备安装好后，可以靠它在小范畴内调节臂伸长量，其构造图如图4.6所示此活动挡块可套装在导向杆上，a处可以压住行程开关压柱，从而压动行程开关使行程开关实现动作。此外除上述调节外，还可以调节连接件旋入导向杆和液压活塞杆长度，实现对伸长度微调。保证把工件精准地放在加工机床作业台上。行程开关使用LXW4-11型微型开关。工作原理：伸缩臂推动夹持器和回转腕部，使其迈进或者后退。第五章驱动系统设计5.1机械手驱动系统设计规定本设计机械手属于液压机械手。具备手臂伸缩，回转，升降，手腕回转四个自由度。因而，相应地有手腕回转机构、手臂伸缩机构，手臂回转机构，手臂升降机构等机构。这些机构都是用液压缸或液压马达驱控制和驱动。设计规定（1）满足工业机械手动作顺序规定。而这个规定是靠电控系统按照程序控制电磁铁依次步进动作而实现。（2）机械手伸缩臂安装在升降大臂上，前端安装夹持器，按控制系统指令，完毕工件自动换位工作。它规定伸缩要平稳灵活，动作快捷，定位精确，工作协调。（3）液压控制系统设计要满足伸缩臂动作逻辑规定，液压缸及其控制元件选取要满足伸缩臂动力规定和运动时间规定。5.2机械手驱动系统设计方案采用叶片泵供油，动作顺序：从原位开始——夹持器夹紧——底座慢进——手腕回转——伸缩臂伸出——夹持器松开——伸缩臂缩回；待加工完毕后，伸缩臂伸出——夹持器夹紧——伸缩臂缩回——手腕回转——夹持器松开到原位停止，准备下次循环。上述动作均由电控系统发讯号控制相应电磁铁（电磁换向阀），按程序依次步进动作而实现。（1）各液压缸换向回路本设计采用可编程控制器进行控制，是为机械手能更好自动控制，前文分析可以懂得系统流量和压力都不是很高，因此本设计选用电磁换向阀回路，这样更能较好获得自动化成都和经济效益。液压机械手采用单泵供油，手腕回转，手臂伸缩，夹持动作采用并联供油，这样可有效减少系统供油压力，此时为了保证多缸运动系统互不干扰，实现同步或非同步运动，换向阀采用中位“O”型换向阀。压系统图分析：电动机带动下，液压阀往上泵油，过滤器起过滤作用，防止杂物进入系统内部。溢流阀，起溢流定压作用，定是整个系统内压力，起安全保护作用。由于液压缸工作负载较小，因此选定液压缸工作压力为低压。取额定工作压力为2.0。整个液压系统最高压力为2.0，一旦系统压力超过这个安全值，溢流阀就会开通，将压力卸掉，直至下降到安全压力之内，然后，溢流阀关闭。三位四通电磁阀，2YA通电，油坐进右出，油进入缸体内推动活塞带动活塞杆往外伸，单向节流阀作用是调节伸缩臂伸缩速度。三位四通电磁阀，3YA通电时，交叉通，油右进左出，油进入缸体内推动活塞带动活塞杆收缩。三位四通电磁阀，4YA通电，油左进右出，油通过单向阀，进入缸体内推动活塞带动活塞杆收缩，v型手指处在加快状态。5YA通电，交叉通，单向阀不通油，当夹持器浮现故障，油压增长，就克服弹簧阻力，使得卸荷阀开通，卸去多余压力，起安全保护作用。三位四通电磁阀，6YA通电，油左进右出，回转缸体转动，21是内部压力控制阀，其安全保护作用，当内部压力增长超过安全值，内部压力控制阀就会开通，卸掉多余压力。7YA开通时候，交叉通，回转手腕反转。（2）调速方案整个液压系统只用单泵工作，各液压缸所需流量相差较大，各液压缸都用液压泵全流量是无法满足设计规定。尽管有液压缸是单一速度工作，但也需要进行节流调速，用以保证液压缸平稳运营。各缸可选取进油路或回油路节流调速，选用节流阀调速。单泵供油系统以所有液压缸中需流量最大来选取泵流量。系统较为简朴，所需元件较少，经济性好，考虑到系统功率较小，其溢流损失也较小。（3）缓冲回路伸缩臂处设立缓冲回路，使用单向节流阀（4）系统安全可靠性夹紧缸在夹紧工件时，为防止失电等意外状况，设立锁紧保压回路。手臂升降缸在系统失压状况下会自由下落或超速下行，因此在回路中设立平衡回路。5.3机械手驱动系统设计5.3.1分功能设计分析（1）为了保证运动过程中不使工件掉下，因而本夹持器采用单出杆双作用缸，夹持器夹紧工件后，锁紧回路由单向阀和先导型顺序阀构成。顺序阀设立在夹持器松开回油过程中起到缓冲作用。（2）手臂伸缩采用单出杆双作用缸，手臂伸出时，由单向阀和节流阀构成调速回路进行回油节流调速。手臂缩回时，回油路设立调速阀以完毕缓冲作用。（3）伸缩臂进油路设立蓄能保压回路，伸出完全后，进油路压力升高，压力继电器发出电信号导致换向阀通电，泵卸荷，单向阀自动关闭，由蓄能器保压。（4）单泵供油，采用先导型溢流阀卸荷，设立二位二通换向阀。5.3.2液压泵拟定与所需功率计算a.系统各执行元件最大需用流量夹紧缸：Q=1.5L/min伸缩缸：Q=15L/minb.泵排量c.泵工作时最高压力夹紧缸：伸缩缸：