仲恺工业机械手课程设计说明书

仲恺工业机械手设计任务书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。主要目的：一、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。二、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。三、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。四、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。仲恺农业工程学院——机械手臂部伸缩第2页目录1械手设计任务书.................................................................................................31.1设计目的....................................................................................................31.2本课题的内容和要求................................................................................31.3工业机械手简图........................................................................................42臂部液压缸设计...............................................................................................52.1臂部受力计算............................................................................................52.2臂部油缸驱动力计算................................................................................62.3臂部活塞杆的稳定性校核........................................................................72.4臂部缸体的螺栓链接计算........................................................................73臂部液压传动与控制系统计设.......................................................................83.1臂部伸缩油缸............................................................................................83.2液压元件的计算和选择..........................................................................103.3臂部液压原件及工作原理......................................................................114PLC控制系统设计.........................................................................................134.1机械手可编程顺序控制..........................................................................144.2机械手PLC控制梯形图.........................................................................175参考文献...................................................................................................196总结.................................................................................................................19仲恺农业工程学院——机械手臂部伸缩第3页1械手设计任务书1.1设计目的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。主要目的：一、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。二、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。三、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。四、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。1.2本课题的内容和要求原始数据及技术要求：表1臂部运动参数运动名称符号行程范围速度伸缩X400mm200,250,300mm/s升降Z300mm090/s回转0~21070/mms表2腕部运动参数运动名称符号行程范围速度回转0~18090/s仲恺农业工程学院——机械手臂部伸缩第4页其它主要参数：抓重:150N自由度：4个手指夹持范围：棒料，50~70mm，长度450~1200mm定位方式：电位器（或接近开关等）设定，点位控制定位精度：3mm控制方式：PLC控制设计要求：a、数据一定要用圆柱坐标系；b、一个装配图和两个零件图；c、设计计算说明书（一份）1.3工业机械手简图工业机械手的动作简图如下图：本任务设计的是机械手手臂伸缩部分，设计部分如下简图：仲恺农业工程学院——机械手臂部伸缩第5页2臂部液压缸设计臂部是机械手的主要执行部件。它的作用是支承腕部和手部，并带动它们作空间运动。臂部的运动的目的是把手部送到空间运动范围内的任意一点。如要改变手部的姿态则由腕部的自由度实现。因而机械手的臂部一般有三个自由度才能满足基本的要求：手臂的伸缩，左右回转和升降运动。臂部的各种运动通常采用驱动机构和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况来看，它在工作中既直接承受腕部，手部和工件的静，动载荷，而且自身运动又较多，因而它的结构，工作范围，灵活性以及抓重大小和定位精度等都直接影响机械手的工作性能。2.1臂部受力计算手臂的行程为400mm.速度为200mm/s,起动和制动的时间为0.2s水平伸缩直线运动油缸驱动力P的计算为了提高伸缩杆的稳定性，采用圆柱面双导杆。导杆对称配置在油缸两侧的水平伸缩缸，起动时，导向装置处的摩擦阻力较大，由于导向杆对称配置，两导向杆的受力均衡，可按一个导向杆计算。根据受力平衡有：NaGLRaRGLbb2002.01.0400NaGLGRRRGaab600200400NaaLGPm360100100200240018.02总＝G参与运动的零部件的总重量（包括工件）400N当量摩擦系数0.18gmP导向杆的摩擦阻力,ambmPP分别为a,b杆的摩擦阻力Ra，Rb分别为导向套左右端的受力a导向套的长度200mmL工件重心距离导向套的长度100mm仲恺农业工程学院——机械手臂部伸缩第6页水平移动油缸受力状态2.2臂部油缸驱动力计算活塞杆，缸盖，缸壁，伸缩油管之间的摩擦阻力0.05PsP密封装置处的摩擦阻力0.05PhP油缸回油腔低压油造成的阻力，取为0.05PgP臂部起动或制动时活塞杆上受到的平均惯性力NtVgGPg402.02.010400v从静止加速到工作速度的速度变化量t起动的时间取为0.2s油缸驱动力ghsmPPPPP444N油缸的尺寸：当油进入无杆腔有：mmPPD3.2496.0144413.113.11（工作压力MPaP11），取mmD25根据标准油缸外径(JB1068-67)取40mm,所以壁厚为7.5mm活塞杆的计算4[][]100~120pdMPa计算得14d臂的伸缩行程为400mm,根据其它零部件的安装所需间隙，总长取活塞杆mml460。仲恺农业工程学院——机械手臂部伸缩第7页2.3臂部活塞杆的稳定性校核因为l15d，所以活塞杆需要稳定性校核油缸安装属于两端固定，长度折算系数0.5弹性模量52.110EMPa特定柔度值512.11028.64256pE活塞杆横截面的惯性半径143.544dimm安全系数3Kn活塞杆的面积223144dFmm活塞杆的计算柔度0.546067.1528.643.5li属于大柔度杆其临界力2254223.142.1103141.51067.15kEPFNNnPNPkk500444,活塞杆稳定性符合要求2.4臂部缸体的螺栓链接计算确定油缸缸筒与缸盖采用螺栓连接，此种方式能够使液压缸紧凑牢固。在这种链接中，每个螺栓在危险剖面上承受的拉力0Q为工作载荷Q和剩余预紧力'Qs之和，即：0'QQQsPQZQ：工作载荷（N）P：缸盖受到的合成液压力，即驱动力（N）仲恺农业工程学院——机械手臂部伸缩第8页Z：螺栓数目'Qs：剩余预紧力，',1.5~1.8QsKQK则螺栓0合211.3Q[],[],为螺栓材料的屈服强度d4n为安全系数，n1.2~2.5ssn取螺栓公称直径为6数目4安全系数2k=1.820.5MPa4PQZ'1.80.50.75MPaQsKQ235[]1.17MPa2sn0'0.50.91.4MPaQQQs0合2211.3Q1.31.40.6MPa[]d3.14644所以，满足强度条件。3臂部液压传动与控制系统计设3.1臂部伸缩油缸缸内径，活塞杆直径，驱动力，运动速度，加速和制动的时间分别为：stsmmvNPmmdmmD2.0,/200,444,14,25起动驱动力NP444匀速驱动力NPPz39450444减速驱动力NPPz3441004442无杆腔进油时：仲恺农业工程学院——机械手臂部伸缩第9页MpaDPpMpaDPpMpaDPp7.01091.434448.01091.439449.01091.44444424242min/892.5/10982.0402.014.32.043224LsmDvQW11125.0444MNW5.9825.0394MNW8625.0344MN图4伸缩油缸工况图（伸出过程）有杆腔进油时：MpadDPpMpadDPpMpadDPp02.11037.33444)(16.11037.33944)(31.11037.34444)(422422422min/044.4