冲压机械手液压系统设计【优秀+3张CAD图纸】

购买设计文档后加 费领取图纸 毕业设计（论文）任务书 学生姓名： 学号： 学 院： 专业： 任务起止时间： 毕业设计（论文）题目： 冲压机械手 毕业设计工作内容： 1、实际调研，收集相关资料； 1 3 周。 2、结合生产实际，设计机械手液压系统； 4 7 周。 3、设计机械手的液压系统泵站结构图； 8 11 周。 4、设计机械手的电气控制原理； 12 13 周。 5、撰写毕业设计论文；准备答辩。 14。 注：要求全部用计算机绘图和打印文稿（交打印件和电子稿） 资料 ： 1、工业机器人设计手册； 2、非标设计手册； 3、液压与气压传动； 4、相关的技术资料。 指导教师意见： 签名： 系主任意见： 签名： 购买设计文档后加 费领取图纸 毕业设计（论文）评语 学生姓名： 学号： 学 院： 专业： 任务起止时间： 毕业设计（论文）题目： 冲压机械手 指导教师对毕业设计（论文）的评语： 该课题源于生产实践，该同学在毕业设计中，态度端正，能把所学习相关知识运用设计中，设计结构基本合理正确，设计论文论述较正确、 格式较规范，尚能正确运用所学基本知识，完成任务要求，可以参加答辩。 指导教师签名： 指导教师职称： 评阅教师对毕业设计（论文）的评语： 该同学论文格式规范，对机械设计有了一定了解，设计符合任务书要求，所做画纸符合要求，但在图纸的绘制和尺寸的标注需要改进，建议修改后参加答辩。 评阅教师签名： 评阅教师职称： 答辩委员会对毕业设计（论文）的评语： 该同学的设计符合“毕业设计任务书”的要求，任务量适中，答辩表述清晰，能恰当的回答论文的有关提 问，概念清晰，条理性强，设计的内容合理，掌握了一定的基础知识和基本技能。符合学院专科毕业设计的要求。 答辩委员会评定，该生毕业设计（论文）成绩为： 答辩委员会主席签名： 职称： 年 月 日 教务处制表 I 冲压机械手 液压系统 设计 摘 要 机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。通过编程来完成各种动作，它的准确性和多自由度，保证了机械手能在各种不同的环境中工作。机械手在工业生产中应用较多，机械手的使用能够显著提高生产效率，减少人为因素造成的废次品率。机械手可以完成很多工作，它在自动化车间中用来运送物料，从事多种工艺操作。它的特点是通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器人的部分优点，尤其体现了人的灵活协调和机器人的精确到位。 机械手是在机械自动化生产中逐步发展出的一种新型装置。现代生产过程中机械手被广泛的应用到自动生产线中。机械手目前虽然不如人手的灵活多变，但它具有重复性，无疲劳，不惧危险，有大的抓举力量，因此越来越多的被广泛运用。 机械手技术涉及机械学、力学、自动控制技术、传感技术、电气液压技术， 计算机可编程技术等，是一门跨学科综合技术。 本课题在执行机构由电动和液压组成的结构基础上将 用于其自动控制系统，完成机械手系统的硬件及软件设计。 关键词 数控；自动卸料； 机械手 目 录 摘 要 . I 第 1 章 绪论 . 1 题背景 . 1 械手的发展 . 2 械手的分类 . 2 规格分类 . 3 用途分类 . 3 题设计的目的及意义 . 3 第 2 章 机械手概述 . 4 械手的组成 . 4 用机械手的意义 . 4 第 3 章 任务分析 . 5 作分析 . 5 动节拍 . 5 体方案 . 5 案一 . 5 案二 . 5 案比较 . 5 章小结 . 5 第 4 章 总体设计 . 6 体设计的思路 . 6 术指标 . 6 章小结 . 6 第 5 章 液压系统设计 . 7 指部分 . 7 计要求： . 7 况分析： . 7 算外负载 ： . 7 行时间 . 7 定液压系统参数 . 8 定液压系统原理图 . 10 择液压件 . 10 力损失验算 . 11 腕 . 11 计要求 . 11 况分析 . 11 腕驱动力矩的计算 . 11 压缸所产生的驱动力矩计算 . 12 定的液压原理图为 . 13 择液压件 . 13 力损失验算 . 14 臂伸缩 . 15 计要求 . 11 况分析 . 11 算外负载 . 15 行时间 . 16 定液压系统参数 . 16 定液压系统原理图 . 18 择液压件 . 18 力损失验算 . 19 臂回转 . 19 计要求 . 19 况分析 . 19 臂 驱动力矩的计算 . 19 压缸所产生的驱动力矩计算 . 20 定的液压原理图为 . 21 择液压件 . 21 力损失验算 . 22 位 . 23 计要求 . 23 况分析 . 23 算外负载 . 23 行时间 . 23 定液压系统参数 . 24 定液压系统原理图 . 25 择液压件 . 25 力损失验算 . 26 臂升降 . 27 计要求 . 27 况分析 . 27 算外负载 . 27 行时间 . 28 定液压系统参数 . 28 定液压系统原理图 . 29 择液压件 . 29 力损失验算 . 30 定油箱容量 . 31 章总结 . 31 第六章 制回路的设计 . 32 磁铁动作顺序 . 32 形图 . 35 结论 . 37 致谢 . 38 参考文献 . 39 1 第 1章 绪论 题背景 随着我国社会经济的迅猛发展，人民物质文化生活水平日益提高，随着工业自 动化的普及和发展 ,控制器的需求量逐年增大。为了改变落后的生产状态 ,缓解日趋紧 张的供求关系 ,我们就得研究开发机械手。 新中国成立特别是改革开放以来，我国社会主义现代 化建设取得了举世瞩目的伟大成就。同时，必须清醒地看到，我国正处于并将长期处于社会主义初级阶段。全面建设小康社会，既面临难得的历史机遇，又面临一系列严峻的挑战。经济增长过度依赖能源资源消耗，环境污染严重；经济结构不合理，农业基础薄弱，高技术产业和现代服务业发展滞后；自主创新能力较弱，企业核心竞争力不强，经济效益有待提高。在扩大劳动就业、理顺分配关系、提供健康保障和确保国家安全等方面，有诸多困难和问题亟待解决。从国际上看，我国也将长期面临发达国家在经济、科技等方面占有优势的巨大压力。为了抓住机遇、迎接挑战，我们 需要进行多方面的努力，包括统筹全局发展，深化体制改革，健全民主法制，加强社会管理等。与此同时，我们比以往任何时候都更加需要紧紧依靠科技进步和创新，带动生产力质的飞跃，推动经济社会的全面、协调、可持续发展。进入 21 世纪，我国作为一个发展中大国，加快科学技术发展、缩小与发达国家的差距，还需要较长时期的艰苦努力，同时也有着诸多有利条件。中华民族拥有 5000 年的文明史，中华文化博大精深、兼容并蓄，更有利于形成独特的创新文化。只要我们增强民族自信心，贯彻落实科学发展观，深入实施科教兴国战略和人才强国战略，奋起直追、 迎头赶上，经过 15 年乃至更长时间的艰苦奋斗，就一定能够创造出无愧于时代的辉煌科技成就。科技工作的指导方针是：自主创新，重点跨越，支撑发展，引领未来。自主创新，就是从增强国家创新能力出发，加强原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新。重点跨越，就是坚持有所为、有所不为，选择具有一定基础和优势、关系国计民生和国家安全的关键领域，集中力量、重点突破，实现跨越式发展。支撑发展， 就是从现实的紧迫需求出发，着力突破重大关键、共性技术，支撑经济社会的持续协调发展。引领未来，就是着眼长远，超前部署前沿技术和基础研究，创造 新的市场需求，培育新兴产业，引领未来经济社会的发展。这一方针是我国半个多世纪科技发展实践经验的概括总结，是面向未来、实现中华民族伟大复兴的重要抉择。要把提高自主创新能力摆在全部科技工作的突出位置。在对外开放条件下推进社会主义现代化建设，必须认真学习和充分借鉴人类一切优秀文明成果。改革开放 20 多年来，我国引进了大量技术和装备，对提高产业技术水平、促 2 进经济发展起到了重要作用。但是，必须清醒地看到，只引进而不注重技术的消化吸收和再创新，势必削弱自主研究开发的能力，拉大与世界先进水平的差距。总之，必须把提高自主 创新能力作为国家战略，贯彻到现代化建设的各个方面，贯彻到各个产业、行业和地区，大幅度提高国家竞争力。我国科学技术发展的总体目标是：自主创新能力显著增强，科技促进经济社会发展和保障国家安全的能力显著增强，为全面建设小康社会提供强有力的支撑；基础科学和前沿技术研究综合实力显著增强，取得一批在世界具有重大影响的科学技术成果，进入创新型国家行列，为在本世纪中叶成为世界科技强国奠定基础，形成比较完善的中国特色国家创新体系。 械手的发展 机械手一般为三类：一是不需要人工控制的通用型机械手。它是不属于其 他主机的独立装置。可以根据任务需要编制独立程序完成各项规定操作。它的特点是具备不同装置的性能之外还具备通用机械及记忆功能的三元型机械。二是需要人工操作的，起源于原子，军事工业。先是通过操作完成特定工序，后来逐步发展到无线遥控操作。第三类是专用机械手，通常依附于自动生产线上，用于机床的上下料和装卸工件。这种机械手国外叫做“ 它由主机驱动来服务，工作程序固定，一半是专用的。 机械手首先是在美国开始研制。第一台机械手是在 1958 年美国联合控制公司研究制作出来的。结构是：主机 安装一个回转长臂，长臂顶端有电磁 抓放机构。 日本在工业上应用机械手最多，发展最快的国家，自 1969 年从美国引进两种机械手后开始大力研发机械手。 前苏联自六十年代开始发展和应用，自 1977 年，前苏联使用的机械手一半来自国产一半来自进口。 现代工业中，自动化在生产过程中已日趋突出，机械手就是在机械工业中为实现加工、装配、搬运等工序的自动化而产生的。随着工业自动化的发展，机械手的出现大大减轻了人类的劳动，提高了生产效率。采用机械手已为目前研究的热重点。 目前机械手在工业上主要用于机床加工 、铸造，热处理等方面，但是还不能够满足现代工业发展的需求。 械手的分类 现在对工业机械手的分类尚无明确标准，一般都从规格和性能两方面来分类。 3 规格分类 1. 微型的 搬运重量在 1公斤以下； 2. 小型的 搬运重量在 10公斤以下； 3. 中型的 搬运重量在 50公斤以下； 4. 大型的 搬运重量在 50公斤以上 ； 目前大多数工业机械手能搬运的重量为 130 公斤，最小的为 斤，最大的已达到 800 公斤。 用途分 类 1. 专用机械手 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，这种工业机械工作对象不变，手动比较简单，结构简单，使用可靠，适用于大批量生产自动线或专机作为自动上、下料用。 2. 通用机械手 具有独立控制系统，程序可变、动作灵敏、动作灵活多样的机械手。通用机械手的工作范围大，定位精度高，通用性强，适用于工件经常变换的中、小批量自动化生产。 题设计的目的及意义 自改革开放，我国经济高速发展，机械手早期应用在汽车制造业。当面临人工无法实现的工作时，机械手成为了替代人工的替代品。机械手的使用能够显著的提高生产效率，减少人为因素造成的废次品率。机械手可以完成很多工作，它在自动化 车间中用来运送物料，从事多种工艺操作。它的特点是通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器人的部分优点，尤其体现了人的灵活协调和机器人的精确到位。 随着科学技术的发展，人们对机械手的安全性，可靠性，准确性有了充分的认识，同时对其要求也越来越高。可编程控制器凭其稳定性，简单性，强大性成为了目前应用最广的工业自动化支柱之一。 4 第 2章 机械手概述 械手的组成 机械手的形式是多样的，但是其基本的组成都是相似的。一般机械手由执行机构、传动机构，控制系统和辅助装置组成。 执行 机构由手、关节、手臂和支柱组成，与人体手臂相似。手为抓取机构，用于抓取工件。关节是连接手与手臂的关键性原件，具有多方位旋转特性。支柱用来支撑手臂，可做活动支柱方便机械手多方位移动。 传动机构用于实现执行机构的动作。常用的有机械传动、液压传动、气压传动，电力传动等形式。 机械手按照制定的程序，步骤，参数进行动作完成该指定工作要依靠控制系统来实现。 辅助装置主要是连接机械手各部分元件的装置。 用机械手的意义 随着科技的发展，机械手应用的越来越多。在 机械工业中，机械手应用的意义概括如下： 强生产效率。 机械手方便与材料的传送、工件的装卸、刀具的更换等自动化过程，从而提高劳动生产率和降低劳动投入，从而降低生产成本。 在车间的劳动环境下，高温、高压、噪音、灰尘等污染会严重影响人的身体健康，人在车间工作不可避免的会接触到危险，而应用机械手可以替代人安全的完成作业，从而改善劳动条件。 于节奏生产。 机械手的应用增强了自动化生产，会减少人力的使用。机械手可以长时间重 复性连续完成工作，这是人工无法实现并完成的。生产线增加使用机械手以减少人力和精准的生产节拍，有利于节奏性的工作生产。 综上所述，机械手的合理利用是机械行业发展的必然趋势。 5 第 3 章 任务分析 作分析 根据生产条件要求，机械手须把加工原料从输送带上取下，旋转 一定角度后将加工原料放入冲压机填料口，然后返回，重复这一动作。 动节拍 插销定位 手臂前伸 手指抓料 手臂上升 手臂缩回 手腕回转 拔定位销 手臂回转 插定位销 手臂前伸 手臂下降 手指松开 手臂缩回 手腕回转 拔定位 销 手臂回转 插定位销 手臂伸出。 体方案 案一 插销定位 手臂前伸 手指抓料 手臂上升 手臂缩回 拔定位销 手腕回转、手臂回转 插定位销 手臂前伸 手臂下降 手指松开、手臂缩回 拔定位销 手腕回转、手臂回转 插定位销。 案二 插销定位 手臂前伸 手指抓料 手臂上升 手臂缩回、手腕回转 拔定位销 手臂回转 插定位销 手臂前伸 手臂下降 手指松开 手臂缩回 手腕回转 拔定位销 手臂回转 插定位销。 案比较 按照方案一与方案二的行进方式均可完成加工原 料的自动填充，但是从工作效率与经济性方面考虑还是应采用方案一。原因如下：方案一有效的把不做功行程与做功行程以及空行程之间结合在了一起，不仅完成了工作要求，而且提高了工作效率，也间接增加了经济效益。 章小结 本章主要介绍 了机械手的运行要求，还有机械手在运行时的各动作节拍以及确定了机械手在正常运行时的动作规范。 6 第 4章 总体设计 体设计的思路 设计机械手基本上分为以下几个阶段： （ 1）根据所设计的要求首先确定机械手的目的和任务； （ 2）分析机械手需要适应 的工作环境； （ 3）根据机械手的工作要求，确定机械手的基本功能和方案 （ 1）确定驱动系统的类型； （ 2）选择各部件的具体结构，进行机械手总装图的设计； （ 3）绘制机械手的零件图，并确定尺寸。 术指标 10 x 宽 x 高） ： 1000400400； 升高度 转角度 60，行走范围 M 总 查 表 13 表 动缸参数表 选取 压缸， 选定工作压力 为设定的角速度为 s（ ） ,查表 ，得流量为 0s。 液压缸的功率见式（ 41 P=006W= （ 4 转动时间为 t=/ =（ 90/s= 拟定的液压原理图为 图 5腕回转系统图 择液压件 确定液压泵的工作压力 液压缸的最大压力 为 路简单、流速不大，管路损失取 p=的最高工作压力为 14 是流量泵的最高工作压力，液压泵的公称工作压力 在转动时，最大流量值为 0s,取 K=算泵的最大流量 （ 10s 件的选择见 表 5 表 5件表 5 选用 8缝钢管。 力损失验算 已知：油管长 L=2m，油管内径 4量 0s，选用 损耗系统用油，最低工作温度 15 ， v=s。 52 2 0 0 3 54 M 总 ，查 。 21 表 动缸基本参数表 选取 压缸，选定工作压力 为设定的角速度为 s（ ），查 表 ， 得流量为 210s，液压缸的功率由下面公式可得： P=1006W=30W 转动时间为 t=/ =（ 60/s= 拟定液压原理图 图 5臂回转缸系统图 择液压件 确定液压泵的工作压力 液压缸在工作中的最大压力为 路损失取 p=22 泵的最高压力为 是流量泵的最高工作压力，液压泵的公称工作压力 在转动时，最大流量值为 210s,取 K=计算泵的最大 流量 （ 10s=0s 件的选择见 表 5 5件表 5 0244 选用 9缝钢管。 力损失验算 已知：油管长 L=2m，油管内径 7过流量 210s，选用 损耗系统用油，最低工作温度 15 ， v=s。 3 54 dv qR e 为层流 程压力损失 P l qp v 5124121 程压力损失 P l qp v 5124121 )( M P ap v 52(102)252(102)25 02 5252525 编号 元件名称 技术数据 p105， 0m3/s 调整压力 1 单向调速阀 p=63， 5， p 2，实际 2 三 位四通电磁换向阀 p=63， 5 23 取油流通过集成块时 的压力损失为 p= 位 计要求 快速、准确定位 况分析 工作循环为快进 中停 快退 原位停止，采用定位销定位，定位销的重量为 100N，与装置间的压力为 100N，静、动摩擦因数均为 进、快退的速度均为 s，加减速反应时间为 行程为 算外负载 动摩擦阻力 00N=15N 静摩擦阻力 5N 惯性阻力 0 液压缸负载见 表 5 5载力 工况 计算公式 液压缸负载， N 液压缸驱动力， W 启动 15 17 加速 20 22 快进 15 17 快退 15 17 制动 10 11 9.0m 行时间 快进 24 快退 定液压系统参数 查 表 20，选定工作压力为 定回油压力 因为往返速度相同，所以 d=5262122111 (22)( F 液压缸驱动力 21 4 无杆腔活塞有效工作面 积 )(4 222 有 杆腔活塞有效工作面积 1p 液压缸工作腔压力 2p 液压缸回油腔压力，即背压力 D 活塞直径 d 活塞杆直径 51 取标准值 D=8 活塞杆直径 d=取标准值 d=6压缸尺寸取标准值后的有效工作面积 无杆腔面积 252321 1054 )108( 有杆腔面积 252323222 106()108(4 液压缸各工况参数见 表 5 25 表 5压缸参数表 工况 计算公式 驱动力， N 液压缸 05， Pa 05， Pa 05， m3/s 功率，W 快进 起动 12201 A 11 17 速 22 进 17 动 11 退 起动 21201 A 22 17 速 22 退 17 动 11 拟定液压系统原理图 图 5位缸系统图 择液压件 确定液压泵的工作压力 液压缸在工作中的最大压力为 路损失取 p=泵的最高工作压力为 是流量泵的最高工作压力。液压泵 的公称工作压力 26 在快进时，最大流量值为 0s,取 K=算泵的最大流量（ 0s。 件的选择见表 5 55 ， 取 d=5用 7拔无缝钢管 。 力损失验算 已知：油管 L=1m，油管内径 3过流量 0s，选用 损耗系统用油，最低工作温度 15 ， v=s。 2 0 0 3 54 dv qR e 为层流 P l qp v 5124121 P l qp v 0 2 5124121 )(M P ap v 55(102)255(102)255(102 252525 取油流通过集成块时的压力损失 以总的压力损失为 p=（ 编号 元件名称 技术数据 p105， 0m3/s 调整压力 1 单向阀 p=63， 0， p 2，实际 2 二位四通电磁换向阀 p=63， 5 4 减压阀 p=63， 0 27 臂升降 计要求 平 稳的进行手臂升降 况分析 工作循环为上升 中停 下降 停止，单行程为 升与下降的速度均为 s。手臂与工件的总重量为 6000N，考虑到手臂为悬挂放置，设定手臂与基体间的压力为 500N，静、动摩擦系数均为 速、减速时间为 计算外负载 动摩擦阻力 05 0 静摩擦阻力 05 0 惯性阻力 0 0 0 液压缸工作时的负载力见 表 5 5载力 工况 计算公式 液压缸负载 F， N 液压缸驱动力， N 启动 6050 6722 加速 6356 7062 上升 6050 6722 制动 5744 6382 反向启动 5950 6611 加速 5644 6271 下降 5950 6611 制动 6256 6951 9.0m 28 行时间 上升时间 下降 时间 定液压系统参数