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1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說明書 題 目： 數(shù)控機(jī)床自動夾持搬運(yùn)裝置 的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作 者： 學(xué) 號： 系 (院)： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)者： 評閱者：

2、 年 月  畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要 數(shù)控機(jī)床自動夾持搬運(yùn)裝置的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要：數(shù)控機(jī)床上專用于工件和零件的夾持和自動運(yùn)轉(zhuǎn)的裝置，其運(yùn)動自由度多，且有嚴(yán)格的動作順序要求。用液壓驅(qū)動可實(shí)現(xiàn)動作自動循環(huán)，利于自動化和高效率等要求。機(jī)械手用于各種工藝裝備上，其中包括組成柔性自動化系統(tǒng)的數(shù)控金屬切削機(jī)床。工業(yè)機(jī)器人裝備有自動可換夾持裝置，其中雙夾持器的裝置用來保證同時(shí)操作毛坯和在加工的零件。本設(shè)計(jì)主要針對機(jī)械手的液壓系統(tǒng)，確定液壓系統(tǒng)中各個(gè)部分的功能，并且對各種執(zhí)行元件進(jìn)行計(jì)算分析，最終完成液壓原理圖。 關(guān)鍵詞：可換夾持裝置 液壓元件 雙夾持器

3、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要 Numerically Controlled Machine Tools Automatically Handling Devices Hydraulic Rescue System Design Abstract: Numerically controlled machine tools, spare parts and dedicated to her rescue and automatic operation of the device, the more freedom of mo

4、vement 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

5、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 imple

6、mentation of various components in the calculation of analysis, and ultimately complete hydraulic principles maps. Keywords: Convertible rescue devices ; Hydraulic components; Double-rescue vehicles  目 錄 1 概述……………………………………………………………………………………… 1 1.1課題背景…………………………

7、…………………………………………… 1 1.2課題內(nèi)容………………………………………………………………………… 1 1.3課題的意義………………………………………………………………………… 2 1.4課題的創(chuàng)新點(diǎn)………………………………………………………………………… 2 2 機(jī)械手的功能設(shè)計(jì)…………………………………………………………………… 2 2.1機(jī)械手液壓系統(tǒng)的各部分功能…………………………………………………………… 2 2.2 機(jī)械手液壓系統(tǒng)的功能綜合…………………………………………………………5 2.3機(jī)械手電磁鐵動作循環(huán)表……………………………………………………

8、……… 6 2.4 機(jī)械手液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)……………………………………………………… 6 3 機(jī)械手液壓系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………… 6 3.1負(fù)載分析………………………………………………………………………………… 6 3.2 液壓馬達(dá)的負(fù)載…………………………………………………………………………9 3.3 執(zhí)行元件主要參數(shù)的確定…………………………………………………………………10 3.4 計(jì)算液壓缸各工作階段的工作壓力、流量、功率………………………………………11 3.5 擬定液壓原理圖………………………………………………………………………11

9、 3.6選擇液壓元件………………………………………………………………………………12 3.7液壓缸基本參數(shù)的確定……………………………………………………………………14 3.8液壓缸結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算和穩(wěn)定校驗(yàn)…………………………………………………………17 3.9液壓傳動用油的選擇………………………………………………………………………22 4 驗(yàn)算系統(tǒng)液壓性能………………………………………………………………………23 4.1壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整…………………………………………………………23 4.2液壓系統(tǒng)發(fā)熱和溫升驗(yàn)算…………………………………………………………………26

10、 4.3濾油器的選擇………………………………………………………………………………26 結(jié)論 …………………………………………………………………………………… 30 致謝 …………………………………………………………………………………… 31 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………32 1概述 1．1 課題背景 現(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。自從1962年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人以來，機(jī)器人技術(shù)極其產(chǎn)品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(tǒng)（FMS）、自動化工廠（FA

11、）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）的自動化工具。 廣泛采用工業(yè)機(jī)器人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。和計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用正在日益改善著人類的生產(chǎn)和生活方式。 工業(yè)機(jī)器人是最典型的機(jī)電一體化數(shù)字化裝備，技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很廣，作為先進(jìn)制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息化社會的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起著越來越重要的作用。國外專家預(yù)測，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計(jì)算機(jī)之后出現(xiàn)的一種新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。據(jù)聯(lián)合國歐洲委員會（UNECE）和國際機(jī)器人聯(lián)合會（IFR）的統(tǒng)計(jì)

12、，世界機(jī)器人市場前景看好，從20世紀(jì)下半葉起，世界機(jī)器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長的良好勢頭。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，機(jī)器人產(chǎn)品發(fā)展速度較快，年增長率平均在10%左右。2004年增長率達(dá)到闖記錄的20%。其中，亞洲機(jī)器人增長幅度最為突出，高達(dá)43%。 在自動化生產(chǎn)領(lǐng)域中，工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的。工業(yè)機(jī)械手的是從工業(yè)機(jī)器人中分支出來的。 其特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)具有準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力。 機(jī)械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，

13、可用來搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。 機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動-傳動機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、智能系統(tǒng)、遠(yuǎn)程診斷監(jiān)控系統(tǒng)五部分組成。驅(qū)動-傳動機(jī)構(gòu)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)是相輔相成的，在驅(qū)動系統(tǒng)中可以分：機(jī)械式、電氣式、液壓式和復(fù)合式，其中液壓操作力最大。 本課題是數(shù)控機(jī)床上專用于工件和零件的夾持和自動運(yùn)轉(zhuǎn)的裝置，其運(yùn)動自由度多，且有嚴(yán)格的動作順序要求、用液壓驅(qū)動可實(shí)現(xiàn)動作自動循環(huán)，利于自動化和高效率等要求。 1．2課題內(nèi)容 本課題的基本內(nèi)容是： 1）功能原理方案分析 2）液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì) 3）液壓系統(tǒng)的計(jì)算 4）油箱與執(zhí)行元件工作圖設(shè)計(jì) 5）編寫計(jì)算說明書 1．3課題的意義 本課

14、題所研究的數(shù)控機(jī)床的裝夾裝置屬于工業(yè)機(jī)器人這一范疇，對它的研究實(shí)際上就是對工業(yè)機(jī)器人的研究?，F(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。自從1962年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人以來，機(jī)器人技術(shù)極其產(chǎn)品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(tǒng)（FMS）、自動化工廠（FA）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）的自動化工具。 廣泛采用工業(yè)機(jī)器人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。和計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用正在日益改善著人

15、類的生產(chǎn)和生活方式。 隨著加工行業(yè)在我國的迅速發(fā)展，各行各業(yè)的自動化裝備水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常常配有機(jī)械手，以提高生產(chǎn)效率，代替工人完成惡劣環(huán)境下危險(xiǎn)、繁重的勞動。 1．4課題的創(chuàng)新點(diǎn) 采用手動換向閥變換夾持方式，既可以雙夾持也可以單夾持。 2機(jī)械手的功能設(shè)計(jì) 2．1機(jī)械手液壓系統(tǒng)的各部分功能 2.1.1 液壓站 圖2-1液壓站液壓原理圖 1．蓄能器 2精過濾器 3.壓力繼電器 4.減壓閥 5.冷卻器 6.液壓馬達(dá) 本設(shè)計(jì)應(yīng)用液壓站供應(yīng)小車，滑板和機(jī)器人手臂位移電液步進(jìn)式驅(qū)動裝置以及手腕轉(zhuǎn)動、擺動機(jī)構(gòu)和夾持器夾緊機(jī)構(gòu)驅(qū)動裝置。同時(shí)液壓站能夠相應(yīng)于在主干線恒壓

16、下進(jìn)入液壓系統(tǒng)的耗油量來自動變化可調(diào)泵的供給量。液壓站還進(jìn)行油的冷卻，并能防止在斷路狀態(tài)下液壓系統(tǒng)中漏油。 2..1.2小車驅(qū)動裝置 圖2-2小車驅(qū)動裝置液壓原理圖 1.液壓馬達(dá)M1 2.單向閥 3.液壓分配器 4.步進(jìn)電動機(jī) 小車的驅(qū)動裝置由液壓馬達(dá)M1和成套步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)組成。當(dāng)信號傳遞到步進(jìn)馬達(dá)M5時(shí)，其轉(zhuǎn)子通過螺旋傳動推動液壓分配器的滑閥，他連接著壓力管和溢流管與相應(yīng)的液壓馬達(dá)腔。液壓馬達(dá)之間的連接使其在軸上的力矩方向相反，以保持在齒輪齒條傳動中的無隙嚙合。在電液步進(jìn)驅(qū)動裝置的液壓馬達(dá)傳動時(shí)，其與分配器滑閥剛性相連的軸，使得滑閥回到初始位置，從而實(shí)現(xiàn)位置反饋。

17、 手臂滑板移動用線性電液步進(jìn)式驅(qū)動裝置和手臂擺動用線性電液步進(jìn)驅(qū)動裝置是由步進(jìn)電動機(jī)（M3和M4）、隨動分配器和液壓缸組成，液壓缸活塞桿內(nèi)裝有位置反饋螺旋機(jī)構(gòu)。在信號傳遞到步進(jìn)電動機(jī)時(shí)，其轉(zhuǎn)子通過螺旋傳動推動液壓分配器滑閥，開啟進(jìn)入液壓缸油通道。液壓缸活塞平行運(yùn)動通過螺旋傳動變?yōu)榻z桿傳動，而通過齒輪傳動和螺旋副變?yōu)榛y軸向移動。單向閥的作用是用來防止液壓設(shè)備斷路時(shí)手臂桿件自然下垂。 2.1.3 機(jī)械手腕轉(zhuǎn)動（擺動） 圖2-3機(jī)械手手腕擺動（轉(zhuǎn)動）液壓原理圖 1.定位器 2.液壓缸 液壓操縱盤控制手腕轉(zhuǎn)動（擺動），取決于電磁鐵Y7或Y8及Y6，

18、由取決于手腕（頭部）擺動方向的旋轉(zhuǎn)指令控制。此時(shí)定位器的活塞克服彈簧力向上運(yùn)動，并通過杠桿推動隨動滑閥，開啟油道通路，油通過分配器P2到液壓馬達(dá)M2的腔內(nèi)。此后，當(dāng)液壓馬達(dá)達(dá)到所需的轉(zhuǎn)速時(shí)，信號進(jìn)入電磁鐵斷路，從而使手腕固定和分配器P2斷路。液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)。 在指令傳遞到液壓滑閥上的分配器P3和P4時(shí)，液壓馬達(dá)M3使手腕轉(zhuǎn)動。在電磁鐵P4接通時(shí)，油在壓力下進(jìn)入控制液壓缸左腔。此時(shí)電磁鐵Y5斷開，則活塞移動到極右位置，通過杠桿17推動隨動閥，并且開啟油通道，使油進(jìn)入液壓馬達(dá)M3腔內(nèi)。杠桿17的另一端安裝在手腕傳動部分的靠模保持接觸。這樣當(dāng)手腕轉(zhuǎn)動一定角度時(shí)（例如在極右位置）杠桿17使隨動

19、閥回到中間位置，且液壓馬達(dá)M3停止轉(zhuǎn)動。當(dāng)電磁鐵Y5接通，Y4斷開，油在壓力下進(jìn)入控制液壓缸右腔，而其左腔與排油孔相連；活塞移動到左邊位置，且液壓馬達(dá)M3將手腕轉(zhuǎn)動到靠模的相應(yīng)突緣上。在電磁鐵Y2和Y5接通時(shí)，液壓缸2兩腔均與壓力管路相連，而由于活塞面積，使他停在套筒擋塊所確定的中間位置上。液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動手腕到靠模中間凸緣上。 2.1.4夾持器驅(qū)動裝置 圖2-4夾持裝置液壓原理圖 1.手動換向閥 2.單向閥 液壓缸的驅(qū)動裝置不但用于帶雙夾持器，又用于單夾持器。按夾持器型式，液壓操縱盤的閥式分配器用手動擺放在左面或右面的位置。用單夾持器工作時(shí)用液壓分配器P5進(jìn)行控制

20、。在接通電磁鐵Y2時(shí)，夾持器張開；而在斷開Y2時(shí)，夾持器產(chǎn)生壓緊動作。裝在液壓操縱盤上的單向閥防止在系統(tǒng)中壓力下降時(shí)，夾持器迅速松開。在雙夾持工作時(shí)，通過接通電磁鐵Y2或Y3來傳遞給每一只手臂的松開指令。當(dāng)兩個(gè)磁鐵接通時(shí)（或斷開），夾持器同時(shí)被彈簧壓緊。 2．2 機(jī)械手液壓系統(tǒng)的功能綜合 總之，本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手的總的功能如以下圖所示： 圖2-5機(jī)械手總功能示意圖 小車，滑板和機(jī)器人手臂位移電液步進(jìn)式驅(qū)動裝置以及手腕轉(zhuǎn)動、擺動機(jī)構(gòu)和夾持器夾緊機(jī)構(gòu)驅(qū)動裝置都需要液壓系統(tǒng)來調(diào)控。 2．3機(jī)械手電磁鐵動作循環(huán)表 表2-1機(jī)械手工作狀態(tài)以及動作 控制目標(biāo) 工作狀態(tài) 電

21、 磁 鐵 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 液壓站 啟動 - 工作 + 夾持器傳動裝置 夾緊 + - + 松開 + + - 中間位置 + + + - 手腕（頭部）回轉(zhuǎn)傳動裝置 向右 + + - 向左 + - + 中間位置 + + + 停止 + - - 手腕（頭部）擺動傳動裝置 向右 +

22、 + + - 向左 + + - + 停止 + - - - 2.4 機(jī)械手液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸或液壓馬達(dá)。前者實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動，后者實(shí)現(xiàn)回旋運(yùn)動，對于單純并且簡單的直線運(yùn)動或回轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)，可以分別采用液壓缸或液壓馬達(dá)直接驅(qū)動。 根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)及現(xiàn)有條件,在查閱有關(guān)資料和實(shí)物調(diào)研的基礎(chǔ)上,構(gòu)建本機(jī)械手的總本設(shè)計(jì)方案如下: 1.設(shè)計(jì)成一個(gè)數(shù)控機(jī)床搬運(yùn)機(jī)械手,用于將工件從工位I搬運(yùn)到工位Ⅱ。 2.本機(jī)械手包含手指夾緊工件,手臂轉(zhuǎn)位,手指松開卸料,手臂復(fù)位四個(gè)基本動作,采用手動上下料等功能。 3.具備

23、自動與手動操作兩種工作方式并能快速靈活地切換且互鎖.手動方式下操作者可以隨意地完成這四個(gè)基 本動作的任意組合;自動方式下機(jī)械手的一個(gè)工作循環(huán)包括夾緊,轉(zhuǎn)位,卸料,復(fù)位,能夠穩(wěn)定可靠地重復(fù)循環(huán)工作。 3機(jī)械手液壓系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 3．1負(fù)載分析 3．1．1載荷的組成和計(jì)算 如圖1表示一個(gè)以液壓缸為執(zhí)行元件的液壓系統(tǒng)計(jì)算簡圖。各參數(shù)標(biāo)注圖上，其中Fw是作用在活塞桿上的外部載荷，F(xiàn)m是活塞與缸壁以及活塞桿遇導(dǎo)向套之間的密封阻力。作用在活塞桿上的外部載荷Fg，導(dǎo)軌的摩擦力Ff和由速度變化而產(chǎn)生的慣性力Fa。 圖3-1液壓缸受力簡圖 （1）工作載荷Fd 常見的工作載荷有作用于活塞桿上

24、的重力、切削力、擠壓力等，這些作用力與活塞的運(yùn)動方向相同為負(fù)相反為正。 （2）導(dǎo)軌摩擦載荷 摩擦阻力是指液壓缸驅(qū)動工作機(jī)構(gòu)工作時(shí)所克服的機(jī)械摩擦阻力，對于機(jī)床來說，即導(dǎo)軌摩擦阻力，其值與導(dǎo)軌的形式，放置情況和運(yùn)動狀態(tài)有關(guān)。 在機(jī)床上經(jīng)常使用的平導(dǎo)軌和V型導(dǎo)軌水平放置。 對于平道軌 ＝f （3-1） 對于V型導(dǎo)軌 ＝f/sin（Φ/2） （3-2） 式中Fn——作用

25、在導(dǎo)軌上的法向力 Φ——V型導(dǎo)軌夾角 f——導(dǎo)軌摩擦因數(shù) 圖3-2 平導(dǎo)軌 圖3-3 V型導(dǎo)軌 本課題采用平軌，故： ＝f f取滑動導(dǎo)軌（材料鑄鐵對鑄鐵）低速（v<10m/min）時(shí)的摩擦因數(shù)。 F＝0.1 ＝409.8＝392N 故：＝39.2 （3）慣性力 慣性力指運(yùn)動部件在啟動或制動過程中的慣性力，其計(jì)算公式如下： （3-3） 式中m——運(yùn)動部件的質(zhì)量 a——運(yùn)動部件的加速度 ΔV——啟動或制動前后的速度差 Δt——啟動或制動

26、時(shí)間 一般機(jī)床運(yùn)動取0.25~0.5s 進(jìn)給運(yùn)動取0.1~0.5s 故取Δt＝0.5s ＝400.8/0.5＝64N （4）重力 垂直或傾斜放置運(yùn)動部件無平衡，其自重也是一種負(fù)載， ＝409.8＝392N （5）密封阻力 密封阻力指裝有密封件在相對移動中產(chǎn)生的摩擦力。它與密封類型、液壓缸的加工精度和油液的工作壓力有關(guān)。密封阻力難以計(jì)算，一般估算為 ＝（1-）F （3-4） 式中 ——液壓缸的機(jī)械效率 一般取0.90~0.95 F——作用在活塞桿上的

27、載荷 故 = / 參 考 文 獻(xiàn) [1] 雷天覺 .新編液壓工程手冊. 機(jī)械工業(yè)出版社.1998 [2] 路甬祥.液壓氣動技術(shù)手冊.機(jī)械工業(yè)出版社.2002 [3] 吉林工業(yè)大學(xué)等校編.工程機(jī)械液壓與液力傳動.機(jī)械工業(yè)出版社.1979 [4] 馬永輝等編 .工程機(jī)械液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算.機(jī)械工業(yè)出版社.1985 [5] 大連理工大學(xué)工程畫教研室.機(jī)械制圖.第4版.北京：高等教育出版社，1993. [6] 機(jī)械工程手冊.機(jī)械工程手冊機(jī)電工程手冊編輯委員會編.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982. [7] 吳宗澤.機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988. [8] 戌大先.機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊（第四卷）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1997. [9] 吳宗澤.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988. [10] 工程手冊編委會.機(jī)械工程手冊.第6卷.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1982. [11] 濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì).第7版.北京：高等教育出版社，2001. [12] 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.第2版.北京：機(jī)械工業(yè)教育出版社，2000. [13] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.第三版第四卷.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1996.