数控机床自动夹持搬运装置毕业设计论文说明书.doc

毕业设计(论文)说明书题 目： 数控机床自动夹持搬运装置 的液压系统设计 作 者： 学 号： 系 (院)： 专业班级： 指导者： 评阅者： 年 月 毕业设计（论文）中文摘要数控机床自动夹持搬运装置的液压系统设计摘 要：数控机床上专用于工件和零件的夹持和自动运转的装置，其运动自由度多，且有严格的动作顺序要求。用液压驱动可实现动作自动循环，利于自动化和高效率等要求。机械手用于各种工艺装备上，其中包括组成柔性自动化系统的数控金属切削机床。工业机器人装备有自动可换夹持装置，其中双夹持器的装置用来保证同时操作毛坯和在加工的零件。本设计主要针对机械手的液压系统，确定液压系统中各个部分的功能，并且对各种执行元件进行计算分析，最终完成液压原理图。关键词：可换夹持装置 液压元件 双夹持器毕业设计（论文）外文摘要Numerically Controlled Machine Tools Automatically Handling Devices Hydraulic Rescue System DesignAbstract: Numerically controlled machine tools, spare parts and dedicated to her rescue and automatic operation of the device, the more freedom of movement and strict action sequence. Driven by hydraulic achievable moves automatically cycle for automation and high efficiency. Mechanical hand for various processes and equipment, including the digital automation system composed soft metal cutting machine tools. Industrial robots are equipped with automatic convertible rescue devices, including devices used to ensure that double-rescue devices at the same time and in the processing operation blank parts. The design of the hydraulic system mainly mechanical hand, identifying the functions of the various parts of the hydraulic system, and implementation of various components in the calculation of analysis, and ultimately complete hydraulic principles maps.Keywords: Convertible rescue devices ; Hydraulic components; Double-rescue vehicles目 录1 概述 11.1课题背景 11.2课题内容 11.3课题的意义 21.4课题的创新点 22 机械手的功能设计 22.1机械手液压系统的各部分功能 22.2 机械手液压系统的功能综合52.3机械手电磁铁动作循环表 62.4 机械手液压系统方案设计 63 机械手液压系统机构设计计算 63.1负载分析 63.2 液压马达的负载93.3 执行元件主要参数的确定103.4 计算液压缸各工作阶段的工作压力、流量、功率113.5 拟定液压原理图113.6选择液压元件123.7液压缸基本参数的确定143.8液压缸结构强度计算和稳定校验173.9液压传动用油的选择224 验算系统液压性能234.1压力损失的验算及泵压力的调整234.2液压系统发热和温升验算264.3滤油器的选择26结论 30致谢 31参考文献321概述11 课题背景 现在工业机器人集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术极其产品发展很快，已成为柔性制造系统（FMS）、自动化工厂（FA）、计算机集成制造系统（CIMS）的自动化工具。广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改善着人类的生产和生活方式。工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。国外专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲委员会（UNECE）和国际机器人联合会（IFR）的统计，世界机器人市场前景看好，从20世纪下半叶起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。进入20世纪90年代，机器人产品发展速度较快，年增长率平均在10%左右。2004年增长率达到闯记录的20%。其中，亚洲机器人增长幅度最为突出，高达43%。在自动化生产领域中，工业机械手是近几十年发展起来的。工业机械手的是从工业机器人中分支出来的。 其特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业具有准确性和各种环境中完成作业的能力。 机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。 机械手由执行机构、驱动-传动机构、控制系统、智能系统、远程诊断监控系统五部分组成。驱动-传动机构与执行机构是相辅相成的，在驱动系统中可以分：机械式、电气式、液压式和复合式，其中液压操作力最大。本课题是数控机床上专用于工件和零件的夹持和自动运转的装置，其运动自由度多，且有严格的动作顺序要求、用液压驱动可实现动作自动循环，利于自动化和高效率等要求。12课题内容本课题的基本内容是：1）功能原理方案分析2）液压系统原理图设计3）液压系统的计算4）油箱与执行元件工作图设计5）编写计算说明书13课题的意义本课题所研究的数控机床的装夹装置属于工业机器人这一范畴，对它的研究实际上就是对工业机器人的研究。现在工业机器人集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术极其产品发展很快，已成为柔性制造系统（FMS）、自动化工厂（FA）、计算机集成制造系统（CIMS）的自动化工具。广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改善着人类的生产和生活方式。随着加工行业在我国的迅速发展，各行各业的自动化装备水平越来越高，现代化加工车间，常常配有机械手，以提高生产效率，代替工人完成恶劣环境下危险、繁重的劳动。14课题的创新点采用手动换向阀变换夹持方式，既可以双夹持也可以单夹持。2机械手的功能设计21机械手液压系统的各部分功能2.1.1 液压站图2-1液压站液压原理图1蓄能器 2精过滤器 3.压力继电器 4.减压阀 5.冷却器 6.液压马达本设计应用液压站供应小车，滑板和机器人手臂位移电液步进式驱动装置以及手腕转动、摆动机构和夹持器夹紧机构驱动装置。同时液压站能够相应于在主干线恒压下进入液压系统的耗油量来自动变化可调泵的供给量。液压站还进行油的冷却，并能防止在断路状态下液压系统中漏油。2.1.2小车驱动装置图2-2小车驱动装置液压原理图1.液压马达M1 2.单向阀 3.液压分配器 4.步进电动机 小车的驱动装置由液压马达M1和成套步进驱动系统组成。当信号传递到步进马达M5时，其转子通过螺旋传动推动液压分配器的滑阀，他连接着压力管和溢流管与相应的液压马达腔。液压马达之间的连接使其在轴上的力矩方向相反，以保持在齿轮齿条传动中的无隙啮合。在电液步进驱动装置的液压马达传动时，其与分配器滑阀刚性相连的轴，使得滑阀回到初始位置，从而实现位置反馈。 手臂滑板移动用线性电液步进式驱动装置和手臂摆动用线性电液步进驱动装置是由步进电动机（M3和M4）、随动分配器和液压缸组成，液压缸活塞杆内装有位置反馈螺旋机构。在信号传递到步进电动机时，其转子通过螺旋传动推动液压分配器滑阀，开启进入液压缸油通道。液压缸活塞平行运动通过螺旋传动变为丝杆传动，而通过齿轮传动和螺旋副变为滑阀轴向移动。单向阀的作用是用来防止液压设备断路时手臂杆件自然下垂。2.1.3 机械手腕转动（摆动）图2-3机械手手腕摆动（转动）液压原理图1.定位器 2.液压缸液压操纵盘控制手腕转动（摆动），取决于电磁铁Y7或Y8及Y6，由取决于手腕（头部）摆动方向的旋转指令控制。此时定位器的活塞克服弹簧力向上运动，并通过杠杆推动随动滑阀，开启油道通路，油通过分配器P2到液压马达M2的腔内。此后，当液压马达达到所需的转速时，信号进入电磁铁断路，从而使手腕固定和分配器P2断路。液压马达转速可以调节。在指令传递到液压滑阀上的分配器P3和P4时，液压马达M3使手腕转动。在电磁铁P4接通时，油在压力下进入控制液压缸左腔。此时电磁铁Y5断开，则活塞移动到极右位置，通过杠杆17推动随动阀，并且开启油通道，使油进入液压马达M3腔内。杠杆17的另一端安装在手腕传动部分的靠模保持接触。这样当手腕转动一定角度时（例如在极右位置）杠杆17使随动阀回到中间位置，且液压马达M3停止转动。当电磁铁Y5接通，Y4断开，油在压力下进入控制液压缸右腔，而其左腔与排油孔相连；活塞移动到左边位置，且液压马达M3将手腕转动到靠模的相应突缘上。在电磁铁Y2和Y5接通时，液压缸2两腔均与压力管路相连，而由于活塞面积，使他停在套筒挡块所确定的中间位置上。液压马达转动手腕到靠模中间凸缘上。2.1.4夹持器驱动装置图2-4夹持装置液压原理图1.手动换向阀 2.单向阀液压缸的驱动装置不但用于带双夹持器，又用于单夹持器。按夹持器型式，液压操纵盘的阀式分配器用手动摆放在左面或右面的位置。用单夹持器工作时用液压分配器P5进行控制。在接通电磁铁Y2时，夹持器张开；而在断开Y2时，夹持器产生压紧动作。装在液压操纵盘上的单向阀防止在系统中压力下降时，夹持器迅速松开。在双夹持工作时，通过接通电磁铁Y2或Y3来传递给每一只手臂的松开指令。当两个磁铁接通时（或断开），夹持器同时被弹簧压紧。22 机械手液压系统的功能综合总之，本次设计的机械手的总的功能如以下图所示：图2-5机械手总功能示意图 小车，滑板和机器人手臂位移电液步进式驱动装置以及手腕转动、摆动机构和夹持器夹紧机构驱动装置都需要液压系统来调控。23机械手电磁铁动作循环表表2-1机械手工作状态以及动作控制目标工作状态电 磁 铁Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8液压站启动-工作+夹持器传动装置夹紧+-+松开+-中间位置+-手腕（头部）回转传动装置向右+-向左+-+中间位置+停止+-手腕（头部）摆动传动装置向右+-向左+-+停止+-2.4 机械手液压系统方案设计液压执行元件大体分为液压缸或液压马达。前者实现直线运动，后者实现回旋运动，对于单纯并且简单的直线运动或回转运动机构，可以分别采用液压缸或液压马达直接驱动。根据设计目标及现有条件,在查阅有关资料和实物调研的基础上,构建本机械手的总本设计方案如下:1.设计成一个数控机床搬运机械手,用于将工件从工位I搬运到工位。2.本机械手包含手指夹紧工件,手臂转位,手指松开卸料,手臂复位四个基本动作,采用手动上下料等功能。3.具备自动与手动操作两种工作方式并能快速灵活地切换且互锁.手动方式下操作者可以随意地完成这四个基本动作的任意组合;自动方式下机械手的一个工作循环包括夹紧,转位,卸料,复位,能够稳定可靠地重复循环工作。3机械手液压系统机构设计计算31负载分析311载荷的组成和计算如图1表示一个以液压缸为执行元件的液压系统计算简图。各参数标注图上，其中Fw是作用在活塞杆上的外部载荷，Fm是活塞与缸壁以及活塞杆遇导向套之间的密封阻力。作用在活塞杆上的外部载荷Fg，导轨的摩擦力Ff和由速度变化而产生的惯性力Fa。图3-1液压缸受力简图（1）工作载荷Fd常见的工作载荷有作用于活塞杆上的重力、切削力、挤压力等，这些作用力与活塞的运动方向相同为负相反为正。（2）导轨摩擦载荷摩擦阻力是指液压缸驱动工作机构工作时所克服的机械摩擦阻力，对于机床来说，即导轨摩擦阻力，其值与导轨的形式，放置情况和运动状态有关。在机床上经常使用的平导轨和V型导轨水平放置。对于平道轨 f （3-1）对于V型导轨 f/sin（/2） （3-2）式中Fn作用在导轨上的法向力 V型导轨夹角 f导轨摩擦因数图3-2 平导轨图3-3 V型导轨本课题采用平轨，故：ff取滑动导轨（材料铸铁对铸铁）低速（v10m/min）时的摩擦因数。F0.1409.8392N故：39.2（3）惯性力惯性力指运动部件在启动或制动过程中的惯性力，其计算公式如下： （3-3）式中m运动部件的质量a运动部件的加速度V启动或制动前后的速度差t启动或制动时间一般机床运动取0.250.5s进给运动取0.10.5s故取t0.5s400.8/0.564N（4）重力垂直或倾斜放置运动部件无平衡，其自重也是一种负载，409.8392N（5）密封阻力密封阻力指装有密封件在相对移动中产生的摩擦力。它与密封类型、液压缸的加工精度和油液的工作压力有关。密封阻力难以计算，一般估算为 （1-）F （3-4）式中 液压缸的机械效率 一般取0.900.95 F作用在活塞杆上的载荷故 = /参 考 文 献1 雷天觉 .新编液压工程手册. 机械工业出版社.19982 路甬祥.液压气动技术手册.机械工业出版社.20023 吉林工业大学等校编.工程机械液压与液力传动.机械工业出版社.19794 马永辉等编 .工程机械液压系统设计计算.机械工业出版社.19855 大连理工大学工程画教研室.机械制图.第4版.北京：高等教育出版社，1993.6 机械工程手册.机械工程手册机电工程手册编辑委员会编.北京：机械工业出版社，1982.7 吴宗泽.机械机构设计.北京：机械工业出版社，1988.8 戌大先.机械设计图册（第四卷）.北京：化学工业出版社，1997.9 吴宗泽.机械结构设计.北京：机械工业出版社，1988.10 工程手册编委会.机械工程手册.第6卷.北京：机械工业出版社,1982.11 濮良贵，纪名刚.机械设计.第7版.北京：高等教育出版社，2001.12 徐灏.机械设计手册.第2版.北京：机械工业教育出版社，2000.13 成大先.机械设计手册.第三版第四卷.北京：化学工业出版社,1996.