1、仲愷工業機械手設計任務書設計是學生完成本專業教學計劃的最后一個極為重要的實踐性教學環節，是使學生綜合運用所學過的基本理論、基本知識與基本技能去解決專業范圍內的工程技術問題而進行的一次基本訓練。這對學生即將從事的相關技術工作和未來事業的開拓都具有一定意義。主要目的：一、培養學生綜合分析和解決本專業的一般工程技術問題的獨立工作能力，拓寬和深化學生的知識。 二、培養學生樹立正確的設計思想，設計構思和創新思維，掌握工程設計的一般程序規范和方法。三、培養學生樹立正確的設計思想和使用技術資料、國家標準等手冊、圖冊工具書進行設計計算，數據處理，編寫技術文件等方面的工作能力。四、培養學生進行調查研究，面向實際

2、，面向生產，向工人和技術人員學習的基本工作態度，工作作風和工作方法。目錄1 械手設計任務書21.1 設計目的21.2 本課題的內容和要求31.3 工業機械手簡圖42 臂部液壓缸設計42.1 臂部受力計算52.2 臂部油缸驅動力計算52.3 臂部活塞桿的穩定性校核62.4 臂部缸體的螺栓鏈接計算73 臂部液壓傳動與控制系統計設83.1 臂部伸縮油缸83.2 液壓元件的計算和選擇103.3 臂部液壓原件及工作原理114 PLC控制系統設計134.1 機械手可編程順序控制134.2 機械手PLC控制梯形圖175 參 考 文 獻196 總結191 械手設計任務書1.1 設計目的設計是學生完成本專業教學

3、計劃的最后一個極為重要的實踐性教學環節，是使學生綜合運用所學過的基本理論、基本知識與基本技能去解決專業范圍內的工程技術問題而進行的一次基本訓練。這對學生即將從事的相關技術工作和未來事業的開拓都具有一定意義。主要目的：一、培養學生綜合分析和解決本專業的一般工程技術問題的獨立工作能力，拓寬和深化學生的知識。 二、培養學生樹立正確的設計思想，設計構思和創新思維，掌握工程設計的一般程序規范和方法。三、培養學生樹立正確的設計思想和使用技術資料、國家標準等手冊、圖冊工具書進行設計計算，數據處理，編寫技術文件等方面的工作能力。四、培養學生進行調查研究，面向實際，面向生產，向工人和技術人員學習的基本工作態度，

4、工作作風和工作方法。1.2 本課題的內容和要求原始數據及技術要求：表1 臂部運動參數運動名稱符號行程范圍速度伸縮X<200,<250,<300mm/s升降Z回轉表2 腕部運動參數運動名稱符號行程范圍速度回轉其它主要參數：抓重:150N自由度：4個手指夾持范圍：棒料， 長度定位方式：電位器（或接近開關等）設定，點位控制定位精度： 控制方式：PLC控制 設計要求：a、數據一定要用圓柱坐標系；b、一個裝配圖和兩個零件圖；c、設計計算說明書（一份）1.3 工業機械手簡圖工業機械手的動作簡圖如下圖：本任務設計的是機械手手臂伸縮部分，設計部分如下簡圖：2 臂部液壓缸設計臂部是機械手的主要

5、執行部件。它的作用是支承腕部和手部，并帶動它們作空間運動。臂部的運動的目的是把手部送到空間運動范圍內的任意一點。如要改變手部的姿態則由腕部的自由度實現。因而機械手的臂部一般有三個自由度才能滿足基本的要求：手臂的伸縮，左右回轉和升降運動。臂部的各種運動通常采用驅動機構和各種傳動機構來實現，從臂部的受力情況來看，它在工作中既直接承受腕部，手部和工件的靜，動載荷，而且自身運動又較多，因而它的結構，工作范圍，靈活性以及抓重大小和定位精度等都直接影響機械手的工作性能。2.1 臂部受力計算手臂的行程為400mm.速度為200mm/s,起動和制動的時間為0.2s水平伸縮直線運動油缸驅動力P的計算為了提高伸縮

6、桿的穩定性，采用圓柱面雙導桿。導桿對稱配置在油缸兩側的水平伸縮缸，起動時，導向裝置處的摩擦阻力較大，由于導向桿對稱配置，兩導向桿的受力均衡，可按一個導向桿計算。根據受力平衡有： G參與運動的零部件的總重量（包括工件）400N當量摩擦系數0.18導向桿的摩擦阻力分別為a,b桿的摩擦阻力Ra，Rb 分別為導向套左右端的受力a 導向套的長度200mmL工件重心距離導向套的長度100mm水平移動油缸受力狀態2.2 臂部油缸驅動力計算活塞桿，缸蓋，缸壁，伸縮油管之間的摩擦阻力0.05P密封裝置處的摩擦阻力0.05P油缸回油腔低壓油造成的阻力，取為0.05P臂部起動或制動時活塞桿上受到的平均慣性力從靜止加

7、速到工作速度的速度變化量起動的時間取為0.2s油缸驅動力444N油缸的尺寸：當油進入無桿腔有： （工作壓力），取根據標準油缸外徑(JB1068-67)取,所以壁厚為活塞桿的計算計算得臂的伸縮行程為,根據其它零部件的安裝所需間隙，總長取活塞桿。2.3 臂部活塞桿的穩定性校核因為l>15d，所以活塞桿需要穩定性校核油缸安裝屬于兩端固定，長度折算系數彈性模量 特定柔度值活塞桿橫截面的慣性半徑安全系數活塞桿的面積活塞桿的計算柔度屬于大柔度桿其臨界力,活塞桿穩定性符合要求2.4 臂部缸體的螺栓鏈接計算確定油缸缸筒與缸蓋采用螺栓連接，此種方式能夠使液壓缸緊湊牢固。在這種鏈接中，每個螺栓在危險剖面上承

8、受的拉力為工作載荷Q和剩余預緊力之和，即：Q：工作載荷（N）P：缸蓋受到的合成液壓力，即驅動力（N）Z：螺栓數目：剩余預緊力，則螺栓 取螺栓公稱直徑為6 數目4 安全系數2 k=1.8所以，滿足強度條件。3 臂部液壓傳動與控制系統計設3.1 臂部伸縮油缸缸內徑，活塞桿直徑，驅動力，運動速度，加速和制動的時間分別為：起動驅動力勻速驅動力減速驅動力 無桿腔進油時：圖4 伸縮油缸工況圖（伸出過程）有桿腔進油時：圖5 伸縮油缸工況圖（縮回過程）3.2 液壓元件的計算和選擇液壓泵的計算和選擇泵的工作壓力油缸的最大工作油壓=1.31MPa管道和各類閥的全部油壓損失液壓泵的流量油壓系統采用單泵供油,故臂部回

9、轉油缸供油泵泄漏折算系數4除臂部回轉油缸處,其它幾個部分中的最大流量選擇液壓泵的規格因為葉片泵有結構緊湊外形尺寸小,流量均勻,噪音小,壽命長,所以根據<<液壓傳動手冊>>選YB1-40(YB1型低壓單級中片泵).額定轉速 額定排量額定壓力電機選用取泵的總效率,則選電機:Y100L-4,N=2.2KW,n=1430r/min選擇液壓控制閥和輔助元件過濾器過濾精度在左右的線式過濾器油管與管接頭：管接頭聯接螺紋 管子壁厚1mm (用于) 管子壁厚1mm (用于)油管以滿足最大壓力為要求選用價低,安裝方便的尼龍管油箱容積：溢流閥和減壓閥的壓力調整：溢流閥減壓閥 因為夾緊運動時的

10、壓力為所以選取YJF3-10B調壓范圍為根據工況圖Q-t選元件的額定流量,根據p=7L/min選擇元件的額定壓力3.3 臂部液壓原件及工作原理表1械手所用液壓元件表序號元件名稱型號規格數量1線隙式過濾器2.5MPa,40L/min12電動機Y100L-4N=3.0KW,n=1430r/min13葉片泵2MPa,960r/min14 13溢流閥15，11二位二通電磁換向閥26壓力表開關17壓力表18,14單向順序閥29,10節流閥212二位四通電磁換向閥1 液壓工作原理圖表2 液壓系統動作循環及電磁鐵動作順序表電磁鐵 序號動作循環1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10Y11Y12Y13Y14Y

11、臂部伸縮伸出+伸出緩沖+縮回+縮回緩沖+4 PLC控制系統設計控制系統是機械手的重要組成部分。在某種意義上講，控制系統起著與人腦相似的作用。機械手的手部、腕部、臂部等的動作以及相關機械的協調動作都是通過控制系統來實現的。主要控制內容有動作的順序，動作的位置與路徑、動作的時間。機械手的控制方法，總的來說有機械控制，氣動控制，液壓系統的液壓控制和電氣控制?？刂葡到y有開環系統和閉環系統兩種結構。閉環系統一般也叫反饋控制系統，是一種不斷把定值與控制量進行比較，使其偏差為零的控制系統。而開環系統，即使有局部小的閉環系統存在，但主要的控制量是不用反饋控制的。對比兩者，通常閉環系統的抵抗外部干擾和系統中主要

12、單元的特性變化的能力比較強，而開環系統較弱。但由于各種影響因素的存在，閉環控制的精度和定位時間等控制性能也有一定的限度。因此不應局限于開環或閉環的系統，而吸收兩者之長，以提高機械手的性能。4.1 機械手可編程順序控制不論自動電氣控制裝置復雜程度如何，對于生產線及各種功能的機械手來說，一般都要求電氣控制系統按照預先規定的動作順序依次進行順序控制?？删幊炭刂品绞绞侵笝C械手的動作程序采用軟，硬的手段，加以改變或重新編排，以適應不同作業循環的需要。特別對于通用工業機械手尤為重要。如甲作業要求機械手的動作順序為1-2-3-4；乙作業要求1-4-3-2；丙作業要求1-3-2-4.為此，可采用各種不同順序控

13、制器直接給定或改變程序?？删幊炭刂破骺刂破饔址Q可編程邏輯控制器PLC,是微機技術與繼電器常規控制技術相結合的產物，是在順序控制器和微機控制器的基礎上發展起來的新型控制器，是一種以微處理為核心用數字控制的專用計算機。根據機械手的控制方法采用液壓控制制和電氣控制相結合的方法來操縱機械手。通過電氣控制液壓系統中的液壓元件從而來控制機械手各個部位的運動。電氣控制通過可編程序控制器，用編程語言來使控制器發出指令，進而控制運動。常見的編程表達方式有：繼電器梯形圖，邏輯功能圖，功能流程圖，邏輯代數表達式，指令語句。由于繼電器梯形圖比較形象，直觀，易于接受，所以本電氣控制采用此方法編程。圖7 現場器件和PLC

14、的實際連按圖表3 現場器件與PLC的內部等效繼電器地址對照現場器件內部等效繼電器地址號說明現場器件內部等效繼電器地址號說明輸入SB1400啟動按鈕輸出HL430原位指示燈SB2401停止按鈕1YA431原位卸荷SQ1401臂伸縮原位2YA432伸縮緩沖SQ2403臂縮緩沖3YA433伸升緩沖SQ3404臂伸緩沖4YA434臂正反轉緩沖SQ4405臂伸縮限位5YA435腕正反轉緩沖SQ5406臂升降原位6YA436臂部伸出SQ6407臂降緩沖7YA437臂部縮回SQ7410臂升緩沖8YA530臂部升SQ8411臂升降限位9YA531臂部降SQ9412臂回轉原位10YA532臂部正轉SQ10413

15、臂反轉緩沖11YA533臂部反轉SQ11500臂正轉緩沖12YA534腕部正轉SQ12501臂回轉限位13YA535腕部反轉SQ13502腕回轉原位14YA536夾緊SQ14503腕反轉緩沖SQ15504腕正轉緩沖SQ16505腕回轉限位SB3510復位按鈕4.2 機械手PLC控制梯形圖5 參 考 文 獻1 重慶市科技局，第一機械工業機械部第三設計院.工業機械手M，重慶市科技局，第一機械工業機械部第三設計院出版，1977.2 上海市第一機電工業局科技組情報站.工業機械手資料選編 M,上海：第一機械工業部情報所，1974.3 機械工程手冊編輯委員會.機械工程手冊:試用本.第53篇,工廠運輸M,北京：機械工業出版社, 1979.4 上海市電動工具研究所.國外工業機械手及其應用M，上海科學技術情報研究所，1978. 5 沈陽市機床工業公司七·二一大學.工業機械手M,北京：遼寧人民出版社，1979.6 徐灝.機械設計手冊M,北京：機械工業出版社, 2003.7 李允文.工業機械手設計M ,北京：機械工業出版社，1996.8 天津大學工業機械手設計基礎編寫組.工業機械手設計基礎M，天津科學技術出版社，1980.6 總結通過這次課程設計，使我更加深入地了解了機械設