机械5

技术要求 1.装配前，轴承用汽油清洗，其他零件用煤油清洗，箱体内壁涂耐油油漆； 2.箱体铸成后应清理铸件，并进行时效处理； 3.箱座和轴承上座和箱后边缘应平齐，相互错位每边不大于2mm； 4.轴承孔中心线与剖分面的位置度为0.5mm； 5.加工后应清除污垢，内表面涂漆。 目录 摘要I ABSTRACT（英文摘要） Ⅱ 目录IV 第一章引言1 1.1课题的背景和意义1 1.2课题国内外发展现状2 第二章总体方案确定4 2.1总体方案论证4 2.1.1机械手手臂结构方案设计4 2.1.2机械手驱动方案设计4 2.1.3机械手控制方案设计5 2.1.4机械手主要参数5 2.1.5机械手的技术参数列表6 第三章机械手总体结构设计7 3.1动作工况与分析7 3.2机械手各部分结构设计8 3.2.1机械手底座的设计8 3.2.2立柱结构的设计8 3.2.3轴承的选择9 3.2.4上轴承座的选择10 3.2.5下轴承座的选择11 3.2.6大臂的结构设计12 3.2.7小臂的结构设计12 3.2.8气爪的结构设计12 3.2.9手部夹紧气缸设计计算14 3.2.10升降气缸设计计算18 3.2.11伸缩气缸设计计算22 3.2.12回转气缸设计计算25 第四章气动部分设计28 第五章PLC控制部分设计30 5.1电磁铁动作顺序30 5.2 I/O分配30 5.3 PLC控制梯形图31 5.4 PLC控制程序指令32 结论37 参考文献38 致谢及声明39 第二章总体方案确定 2.1总体方案论证 机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。 对气动机械手的基本要求是能快速、准确地拾一放和搬运物件，这就要求它们具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度及在任意位置都能自动定位等特性。设计气动机械手的原则是:充分分析作业对象(工件)的作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工艺，并满足系统功能要求和环境条件;明确工件的结构形状和材料特性，定位精度要求，抓娶搬运时的受力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步确定对机械手结构及运行控制的要求;尽量选用定型的标准件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转换和编程控制.本次设计的机械手是通用气动机械手，是一种适合于小批生产的、可以变动作程序的自动搬运或操作设备生产场合。 2.1.1机械手手臂结构方案设计 按照抓取工件的要求，本机械手的手臂有四个自由度，即手臂的夹紧、左右回转、左右伸缩和升降运动。手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的，立柱的横向移动即为手臂的手臂的左右伸缩，手臂的各种运动由气缸来实现 2.1.2机械手驱动方案设计 气压传动的优点： 1.对于传动形式而言，气缸作为线性驱动器可在空间的任意位置组建它所需的运动轨迹，安装维护简单； 2．工作介质是取之不劲用之不竭的空气，空气本身不花钱。排气处理简单，不污染环境，成本低。压力等级低，使用安全； 3.气缸动作速度一般为50～500mm/s，比液压和电气方式的动作速度快，其间，通过单向节流阀，可使气缸速度无级调节； 4.可靠性高，使用寿命长。电器元件的有效动作数约为数百万次，而进口的一般电磁阀的寿命大于3000万次，小型阀超过一亿次； 5．利用空气的可压缩性，可储存能量，实现集中供气； 6.全气动控制具有防火、防爆、耐潮的能力。与液压方式相比，气动方式可在高温场合使用； 7.由于空气损失小，压缩空气可集中供应，远距离输送。 根据以上优点可知道气压传动系统的动作迅速，反应灵敏，阻力损失和泄漏较小，成本低廉因此本机械手采用气压传动方式。 2.1.3机械手控制方案设计 综合分析机械手的动作要求，PLC在机械手中需要完成的控制功能较多，控制精度较高，运算速度较快且具有数据处理能力，并考虑整个系统的经济和技术指标，由于PLC的输出电流较小，需要用功率模块来控制比例液压阀，选用西门子公司的S7-200系CPU226型PLC，其I／O功能和指令系统都能满足对该机械手的控制要求。控制按钮、各处的行程开关及压力继电器等开关量信号直接与PLC的输入端子相连，PLC的开关量输出端子直接与各个电磁阀相连，用PLC上所带的24V电源或外接24V电源驱动，采用编程软件(STEP 7-Micro／WIN V4．4版)进行编程和运行监控。 2.1.4机械手主要参数 a.主参数 机械手的最大抓重是其规格的主参数，本设计机械手最大抓重以1kg为数最多。故该机械手主参数定为1kg。 b.基本参数 运动速度是机械手主要的基本参数。操作节拍对机械手速度提出了要求，设计速度过低限制了它的使用范围。而影响机械手动作快慢的主要因素是手臂回转的速度。 该机械手最大升降速度设计为100mm/s，最大回转速度设计为450°/s。平均升降速度为80m/s，平均回转速度为90°/s。 2.1.5机械手的技术参数列表 A.设计技术参数: a)抓重 1公斤(夹持式手部) b)自由度数 4个自由度 c)最大工作半径 279mm d)手臂最大中心高 684.5mm B.手臂运动参数 夹紧行程50mm 夹紧速度50m
n/s 升降行程100mm 升降速度100mm/s 回转范围0°~180° 回转速度90°/s C.手指夹持范围 塑料:Φ40mm D.定位方式 行程开关 E.定位精度 士0.5mm F.缓冲方式 液压缓冲器 G.驱动方式 气压传动 H.控制方式 点位程序控制(采用PLC) 3.2.3轴承的选择 轴承是用以支承轴和轴上回转或摆动零件的部件,在各种机械中应用广泛。根据轴承工作时的摩擦性质，可分为滚动轴承和滑动轴承两大类。滚动轴承依靠主要元件间的滚动接触来承受载荷，它与滑动轴承相比，具有摩擦阻力孝效率高、启动容易、润滑简便等优点。同时，滚动轴承绝大部分已经标准化，并由专业厂家生产，选用和更换很方便。其缺点就是抗击能力差，工作时有噪声，以及工作寿命不及液体摩擦的滑动轴承。 滚动轴承的类型很多，按照滚动体的形状，滚动轴承可分为球轴承和滚子轴承两大类。球轴承的滚动体与内、外圈是点接触，运转时摩擦耗损小，但承载能力和抗击能力差；滚子轴承为线接触，承载能力和抗冲击能力较球轴承大，但运转是耗损大。按照滚动轴承能否自动调心，可分为调心轴承和非调心轴承。按照滚动体列数多少，可分为单列轴承、双列轴承和多列轴承。按照轴承能承受的主要载荷方向和公称接触角的不同，可分为向心轴承和推力轴承两大类。 a.向心轴承 向心轴承主要承受径向载荷，0° 45°，又可分为：①径向接触轴承， = 0°，只能承受径向载荷；②角接触向心轴承，0°< 45°，不仅能承受径向载荷,而且随着角的增大,其承受轴向载荷的能力随之增大。 b.推力轴承 推力轴承主要承受轴向载荷，45° 90°，又可分为：①轴向接触轴承， = 90°，只能承受轴向载荷；②角接触推力轴承，450°< <90°，它主要承受轴向载荷,同时也能承受较小的径向载荷。随着角的增大,其承受径向载荷的能力将减校 轴承所受载荷的大孝方向和性质，是选择滚动轴承的主要依据。本设计中轴承既承受径向力及转矩，又承受轴向力，因此选用推力球轴承和深沟球轴承,推力轴承主要受轴向力，球轴承主要受径向力，又根据外廓尺寸的条件和轴的内径选用6006深沟球轴承和51213推力球轴承。