5说明书圆钢送料机械手,上下料机械手毕业设计

天津大学仁爱学院2013届本科生毕业设计（论文）1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，应用机械手的意义可以概括如下：（1）以提高生产过程中的自动化程度应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装夹、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。（2）二、以改善劳动条件，避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，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造成的人身事故。（3）可以减轻人力，并便于有节奏的生产应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都没有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。我国的机器人研究始于二十世纪70年代。经过近30年努力，从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，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企业的近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的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，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，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程。我国机器人技术主题发展的战略目标是:根据2l世纪初我国国民经济对先进天津大学仁爱学院2013届本科生毕业设计（论文）2制造及自动化技术的需求,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的基础技术、产品技术和系统技术。未来工业机器人技术发展的重点有:第一,危险、恶劣环境作业机器人:主要有防暴、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:主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:主要有移动机器人,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,中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战,加快工业机器人技术的研究开发与生产是我们抓住这个历史机遇的主要途径。因此我国工业机器人行业要认识到以下几点情况:第一,工业机器人技术是我国由制造大国向制造强国转变的主要手段和途径,政府要对国产工业机器人有更多的政策与经济支持,参考国外先进经验,加大技术投入与改造;第二,在国家的科技发展计划中,应该继续对智能机器人研究开发与应用给予大力支持,形成产品和自动化制造装备同步协调的新局面;第三,部分国产工业机器人已经与国外相当,企业采购工业机器人时不要盲目进口,应该综合评估,立足国产。国内状况：在我国，机械手技术起步较晚，我国机械手的研发和应用还处在一个发展阶段，跟美国日本等一些发达国家相比还有很大的差距，很多产品还需要进口，特别是高灵活，高精度的机械手。进入20世纪90年代后，我国机械手的研究开始步入正轨，主要应用于家用电器产品的装配生产线以及半导体芯片，印刷电路等电子产品的装配流水线。要是我国机械工业更进一步的发展壮大，就必须提高其自动化程度和生产效率，将人手操作变为机械手操作。同时，国家应加大对机械手的研发投入，积极开发拥有自主知识产权的产品，根本上解决对国外产品的进口需求。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，主要用于起重运输，焊接和设备的上下料等作业。日本后来居上，子1969年从美国引进两种机械手后大力从事机械手的研究，是工业机械手发展做快，应用做多的国家[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，定位误差小于1毫米。联邦德国KuKa还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。在我国，机械手技术起步较晚，进入20世纪90年代后，我国机械手的研究开始步入正轨，主要应用于家用电器产品的装配生产线以及半导体芯片，印刷电路等电子产品的装配流水线。天津大学仁爱学院2013届本科生毕业设计（论文）3现代国际工业中，各种生产流水线以及物料管理中都在多元化的使用着气动机械手。但在机械工业中，加工，装配等生产是不连续的，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而生产的。国外机械手工业中机械手上下料，减轻工人的劳动强度，并和机床共同组成一个综合的数据加工系统。采用机械手进行装配更是目前研究的重点，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，能确定零件的方位达到镶装的目的。综上所述，有效的应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。1.1.2毕业设计的目的毕业设计是学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义。其主要目的：培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识。培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序规范和方法.培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。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的基本工作态度，工作作风和工作方法。熟悉制机械手组成和结构，以及液压驱动的实施方法。通过课题的设计锻炼和培养自己的工艺文件的编制能力，熟悉常用材料的使用性能，正确选用材料；掌握夹具设计的基本方法和机械零部件设计的基本程序和方法；掌握机械加工工艺的制定过程，对一般的制造过程和方法有初步的了解，了解常用的零部件设计软件，并能熟练运用二维及三维软件进行设计。定的机械加工工艺所加工的产品能达到图纸的各项技术要求。使自己在大学四年所学的知识得到全面总结和巩固，对以前所学的知识得以温故而知新，更好的掌握学过的知识，为将来的工作奠定一个良好基础。研究方法和手段：调研收集整理有关机械零件设计、装配工艺、机械加工工艺、制造技术等有关资料，供设计时使用；了解零件的用途，分析零件的工艺性、尺寸精度等技术要求；分析工艺资料，了解所用材料性能、零件特性以及工艺参数；熟悉工厂实际情况，生产车间的加工能力与水平及检测手段等。以便能密切天津大学仁爱学院2013届本科生毕业设计（论文）4联系工厂实际，既方便又经济地进行设计工作。根据任务书的研究内容查阅相关专业资料，进行总体和具体的分析、设计和计算，完成该制品的工艺分析及造型设计，包括装配图和零件图绘制，完成零件图、装配图的制作。1.2毕业设计的内容和要求（1）应具有适当的夹紧力和驱动力；（2）手指应具有一定的开闭范围；（3）应保证工件在手指内的夹持精度；（4）要求结构紧凑，重量轻，效率高；（5）应考虑通用性和特殊要求。设计参数及要求（1）采用手指式夹持器，执行动作为抓紧和放松；（2）所要抓紧的工件正立于传送带上，直径为80mm，放松时的两抓的最大距离为110～120mm，1s抓紧,夹持速度20mm/s；（3）工件的材质为45#钢，重量5kg；（4）夹持器有足够的夹持力；（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°。工作要求要求设计一只机械手，用于给加工设备运送棒料。主要设计机械手的小臂、手腕和机械手指的结构，均采用液压驱动。完成整装图设计，零件图设计，完成液压原理图设计与计算。天津大学仁爱学院2013届本科生毕业设计（论文）5第二章机械手的总体设计2.1机械手的设计参数（1）采用手指式夹持器，执行动作为抓紧和放松；（2）所要抓紧的工件正立于传送带上，直径为80mm，放松时的两抓的最大距离为110～120mm，1s抓紧,夹持速度20mm/s；（3）工件的材质为45#钢，重量5kg；（4）夹持器有足够的夹持力；（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的夹紧力是设计手部的主要依据，所以必须对其大小、方向和作用点进行分析和计算。一般来说，加紧力必须克服工件本身重力所产生的惯性力或惯性力矩来使工件保持稳定的加紧状态。手指对工件的夹紧力可按下列公式计算：GKKKFN321式（2-1）式中：1K—安全系数，由机械手的工艺及设计要求确定,通常取)0.2~2.1(，本设计取1.6；2K—工件情况系数，主要受惯性力的影响，可根据公式gaK12计算出2K,公式中a为最大加速度可根据任务书中给出的有关参数可得2s/m02.0102.0a，得到的数据代人上述公式可得002.18.902.0112gak。3K—方位系数，可根据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。所以可根据公式30.5sinKf计算出3K。上式中f代表摩擦系数，代表V型手指半角，此处粗略计算34K,如图2-1天津大学仁爱学院2013届本科生毕业设计（论文）6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型手指处于夹紧状态，反之，处于放松状态。G—被抓取工件的重量，可根据任务书中的参数被抓取的工件最大为Kg5，本设计中取其最大值Kg5。把上述有关数据代人上式（2—1）的公式中可以求得夹持器的夹紧力NF，NMgKKKFN23.3148.954002.16.1321，取NFN315。2.2.2机械手驱动力力计算根据夹紧力和驱动力之间的关系式可得：2sinNFcFba式)22(代人数据可得NcabFFN24.4393416sin862315sin20天津大学仁爱学院2013届本科生毕业设计（论文）7得出F为理论计算值，实际采取的液压缸驱动力'F要大于理论计算值，考虑手爪的机械效率，一般取0.8～0.9，此处取0.88，则：NFF14.49988.024.439，取'500FN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，故采用的液压缸为单作用缸，提供推力：2=4FDp推式)32(式中D—活塞直径（液压缸内径）d—活塞杆直径p—驱动压力，由于'FF推,已知液压缸驱动力'F=N500，且F’=500N5KN表2-1荷选择工作压力故选工作压力P=1MPa可根据公式)32(计算出液压缸内径（活塞直径）：mm231.25mm114.35004p4'FD根据液压设计手册,见表2-2。可的到液压缸内径（活塞直径）D，活塞杆直径d,活塞厚B,缸筒长度L。表2-2液压缸的内径系列（JB826-66）（mm）2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250载荷/KN55～1010～20