機(jī)械設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)-壓鑄機(jī)自動(dòng)澆鑄機(jī)械手設(shè)計(jì)

IV4.6傾倒液壓缸結(jié)構(gòu)的計(jì)算 155臂部的結(jié)構(gòu)及有關(guān)計(jì)算 175.1手臂的總體設(shè)計(jì) 175.2手臂俯仰運(yùn)動(dòng) 175.3手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 175.4升降液壓缸的計(jì)算 185.5手臂升降液壓缸的校核 195.6升降液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算 206機(jī)身的設(shè)計(jì)計(jì)算 216.1機(jī)身的整體設(shè)計(jì) 216.2機(jī)身回轉(zhuǎn)液壓缸的計(jì)算 226.3回轉(zhuǎn)液壓缸的尺寸校核 236.4軸的設(shè)計(jì) 236.5初選軸頸 24結(jié)論 25致謝 26參考文獻(xiàn) 27畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 27畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 291緒論P(yáng)AGEPAGE271緒論1.1選題背景澆鑄，在不加壓或稍加壓的情況下，將液態(tài)單體，樹(shù)脂或其混合物注入模內(nèi)并使其成為固態(tài)制品的方法。塑料的鑄塑成型類(lèi)似于金屬的澆鑄，它是將配制好的液態(tài)原料澆入模具，固化后得到與模腔形狀和尺寸相近的塑料制件，這種方法稱(chēng)為塑料的鑄塑成型。澆鑄法分為靜態(tài)澆鑄、嵌鑄、離心澆鑄、搪塑、旋轉(zhuǎn)鑄塑、滾塑和流延鑄塑等，在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動(dòng)化水平越來(lái)越高，現(xiàn)代化加工車(chē)間，常配有機(jī)械手。在沖床上采用送料機(jī)械手取代人工送料已成為最有效防止工傷事件的安全生產(chǎn)措施。機(jī)械手不但可以實(shí)現(xiàn)安全操作，也提高了產(chǎn)品品質(zhì)和生產(chǎn)效率，降低了廢品率。機(jī)械手是在自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中使用的一種具有抓取和移動(dòng)工件功能的自動(dòng)化裝置，它是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。近年來(lái)，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手能代替人類(lèi)完成危險(xiǎn)、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類(lèi)勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)力[1]。機(jī)械手越來(lái)越廣泛的得到了應(yīng)用，在機(jī)械行業(yè)中它可用于零部件組裝，加工工件的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更普遍。目前，機(jī)械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中一個(gè)重要組成部分。把機(jī)床設(shè)備和機(jī)械手共同構(gòu)成一個(gè)柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，它適應(yīng)于中，小批量生產(chǎn)，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強(qiáng)。當(dāng)工件變更時(shí)，柔性生產(chǎn)系統(tǒng)很容易改變，有利于企業(yè)不斷更新適銷(xiāo)對(duì)路的品種，提高產(chǎn)品質(zhì)量，更好地適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要。而目前我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機(jī)械手的研究和開(kāi)發(fā)直接影響到我國(guó)自動(dòng)化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟(jì)上，技術(shù)上考慮都是十分必要的。因此，進(jìn)行機(jī)械手的研究設(shè)計(jì)是非常有意義的。1.2機(jī)械手概述西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)(機(jī)械本體)、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說(shuō)它也是機(jī)器的進(jìn)化過(guò)程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)各，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備.機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱(chēng)為“工業(yè)機(jī)械手”。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率:可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn);尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來(lái)越廣泛的引用.機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開(kāi)始比較簡(jiǎn)單，專(zhuān)用性較強(qiáng)，僅為某臺(tái)機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專(zhuān)用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱(chēng)通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用[2]。1.3機(jī)械手的組成工業(yè)機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三部分組成。1.3.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)(1)手部既直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動(dòng)型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單）。手部多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種；也可以用負(fù)壓式或真空式的空氣吸盤(pán)（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤(pán)。傳力機(jī)構(gòu)形式教多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜槭杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。(2)腕部是連接手部和臂部的部件，并可用來(lái)調(diào)節(jié)被抓物體的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍，并使機(jī)械手變的更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕有獨(dú)立的自由度。有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、上下擺動(dòng)、左右擺動(dòng)。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)再增加一個(gè)上下擺動(dòng)即可滿足工作要求，有些動(dòng)作較為簡(jiǎn)單的專(zhuān)用機(jī)械手，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部,而直接用臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手部搬運(yùn)工件。目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓（氣）缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，靈巧但回轉(zhuǎn)角度小（一般小于2700）,并且要求嚴(yán)格密封，否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭距。因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下，采用齒條傳動(dòng)或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。(3)臂部手臂部件是機(jī)械手的重要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動(dòng)他們做空間運(yùn)動(dòng)。臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來(lái)說(shuō)臂部具有三個(gè)自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯仰）運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較為多，受力復(fù)雜。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機(jī)械手的工作性能。(4)立柱——是支撐手臂等構(gòu)件的。一般機(jī)械于的立往為固定不動(dòng)的，也有的因工作需要立往作橫向移孔此種稱(chēng)可移動(dòng)式立柱。(5)行走機(jī)構(gòu)——在機(jī)械手要求完成較遠(yuǎn)距離的操作時(shí)，可增加滾輪、軌道等行走機(jī)構(gòu)。(6)機(jī)座—是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用。1.3.2驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分。根據(jù)動(dòng)力源的不同,工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類(lèi)。采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便[3]。1.3.3控制系統(tǒng)分類(lèi)在機(jī)械手的控制上，有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷(xiāo)板進(jìn)行點(diǎn)位控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計(jì)算機(jī)控制，采用凸輪、磁盤(pán)磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性。1.4國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r它是在早期出現(xiàn)的古代機(jī)器人基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，機(jī)械手研究始于20世紀(jì)中期，隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，特別是1946年第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)，計(jì)算機(jī)取得了驚人的進(jìn)步，向高速度，大容量，低價(jià)格方向發(fā)展。同時(shí)，大批量生產(chǎn)的迫切需求推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)展，又為機(jī)器人的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。另一方面，核能技術(shù)的研究要求某些操作機(jī)械代替人處理放射性物質(zhì)，在這一需求背景下，美國(guó)于1947年開(kāi)發(fā)了遙控機(jī)械手1948年又開(kāi)發(fā)了機(jī)械式的主從機(jī)械手。機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制，1954年美國(guó)戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請(qǐng)了專(zhuān)利。該專(zhuān)利的要點(diǎn)是借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，利用人手對(duì)機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作示教，機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人。現(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方式。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手鉚接機(jī)器人。作為機(jī)器人產(chǎn)品最早的實(shí)用機(jī)型（示教再現(xiàn)）是1962年美國(guó)AMF公司推出的“VERSTRAN”和“UNIMATION”公司“UNIMATE”。這些工業(yè)機(jī)器人主要由類(lèi)似人的手和臂組成它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造，冶金，電子，輕工和原子能等部門(mén)。我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開(kāi)始起步，在國(guó)家的支持下，通過(guò)“七五”，“八五”科技攻關(guān)，目前己基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)，運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆，弧焊，點(diǎn)焊，裝配，搬運(yùn)等機(jī)器人；其中有130多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應(yīng)用弧焊機(jī)器人己應(yīng)用在汽車(chē)制造廠的焊裝線上。但總的來(lái)看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如：可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)己安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬(wàn)分之四。以上原因主要是沒(méi)有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多，批量小，零部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、成本也不低，而且質(zhì)量，可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。我國(guó)的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“863”計(jì)劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機(jī)器人，6000m水下無(wú)纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開(kāi)發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種：在機(jī)器人視覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)、聲覺(jué)等基礎(chǔ)技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用上開(kāi)展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績(jī)的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中[4]。1.5課題的提出及主要任務(wù)1.5.1課題的提出澆鑄是高溫、高危的，人類(lèi)無(wú)法直接接觸高溫鋼鐵溶液，只能通過(guò)機(jī)械來(lái)代替人類(lèi)的活動(dòng)。這樣就必須開(kāi)始設(shè)計(jì)一種機(jī)器能夠在高溫環(huán)境下仍能正常工作，還有就是澆鑄本身出在一個(gè)污染嚴(yán)重的、躁聲大的環(huán)境當(dāng)中，一般的機(jī)器可能在此環(huán)境下不能正常工作或壽命難以保證，總之要澆鑄用機(jī)械要耐高溫，壽命和安全系數(shù)要高。壓鑄機(jī)自動(dòng)澆鑄機(jī)械手，就是本著這一目的設(shè)計(jì)的。1.5.2課題的主要任務(wù)本文研究了國(guó)內(nèi)外機(jī)械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過(guò)學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理，熟悉了澆鑄機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，確定了澆鑄機(jī)械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)澆鑄機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的力學(xué)模型分析，完成了機(jī)械手機(jī)械方面的設(shè)計(jì)工作（包括傳動(dòng)部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動(dòng)部分）的設(shè)計(jì)工作。本課題將要完成的主要任務(wù)如下：1）運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì)：即自由度設(shè)計(jì)，應(yīng)盡可能的靈活運(yùn)動(dòng)和大的工作空間，分析各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)以及排列順序等。2）傳動(dòng)功能設(shè)計(jì)：機(jī)械手操作機(jī)是由若干個(gè)構(gòu)件和關(guān)節(jié)組成的多自由度空間機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)功能中驅(qū)動(dòng)器安排和機(jī)構(gòu)要合理。3）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：滿足強(qiáng)度和剛度情況下，要充分考慮機(jī)器人的結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積小等特點(diǎn)。同時(shí)滿足裝卸方便，便于維修、調(diào)整。2機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案本課題是澆鑄機(jī)械手的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)主要任務(wù)是完成機(jī)械手的結(jié)構(gòu)方面設(shè)計(jì)。在本章中對(duì)機(jī)械手的座標(biāo)形式、自由度、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等進(jìn)行了確定。因此，在機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)。2.1工況分析澆鑄機(jī)械手主要是將熔融的金屬液送到壓鑄機(jī)的模具內(nèi)要完成這樣的動(dòng)有以下動(dòng)作：澆鑄機(jī)械手手部停在保溫爐坩堝內(nèi)熔融金屬液面的上方，等待澆鑄。當(dāng)壓鑄機(jī)合模時(shí)，手部開(kāi)始下降并浸入液態(tài)金屬內(nèi)，以裝滿液態(tài)金屬，后手部上升，直到手部底面超過(guò)爐坩堝的最高點(diǎn)（最大俯仰角度54°），上升結(jié)束。同時(shí)，澆鑄機(jī)械手手臂回轉(zhuǎn)（手臂最大回轉(zhuǎn)角度110°）到達(dá)澆鑄口停止回轉(zhuǎn)。手部翻轉(zhuǎn)倒料（最大傾角70°），完成澆鑄。2.2機(jī)械手坐標(biāo)形式的選擇坐標(biāo)形式是指執(zhí)行機(jī)構(gòu)的手臂在運(yùn)動(dòng)時(shí)所取的參考坐標(biāo)系的形式。常見(jiàn)的工業(yè)機(jī)械手根據(jù)手臂的動(dòng)作形態(tài)，按坐標(biāo)形式大致可以分為以下4種:1)直角坐標(biāo)式直角坐標(biāo)機(jī)械手的末端執(zhí)行器在空間位置的改變是通過(guò)三個(gè)互相垂直的軸線移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即沿X軸的縱向移動(dòng)、沿Y軸的橫向移動(dòng)及沿Z軸的升降。這種機(jī)械手位置精度最高，控制無(wú)耦合，比較簡(jiǎn)單，避障性好，但結(jié)構(gòu)較龐大，動(dòng)作范圍小，靈活性差。2)圓柱坐標(biāo)式圓柱坐標(biāo)機(jī)械手通過(guò)兩個(gè)移動(dòng)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器空間位置的改變，其手臂的運(yùn)動(dòng)由在垂直立柱的平面伸縮和沿立柱升降兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)及手臂繞立柱轉(zhuǎn)動(dòng)復(fù)合而成。這種機(jī)械手位置精度較高，控制簡(jiǎn)單，避障性好，但結(jié)構(gòu)也較龐大。3)極坐標(biāo)式(球坐標(biāo)式)西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）軸的伸縮，繞Y軸的俯仰和繞Z軸的回轉(zhuǎn)。這種機(jī)械手占地面積小，結(jié)構(gòu)緊湊，位置精度尚可，但避障性差，有平衡問(wèn)題。4)關(guān)節(jié)坐標(biāo)式關(guān)節(jié)坐標(biāo)機(jī)械手主要是由立柱，大臂和小臂組成，立柱繞Z軸旋轉(zhuǎn)，形成腰關(guān)節(jié)，立柱和大臂形成肩關(guān)節(jié)，大臂和小臂形成肘關(guān)節(jié)，大臂和小臂作俯仰運(yùn)動(dòng)，這種機(jī)械手工作范圍大，動(dòng)作靈活，避障性好，但位置精度低，有平衡問(wèn)題，控制耦合比較復(fù)雜，目前應(yīng)用越來(lái)越多[5]。由于本設(shè)計(jì)中精度要求較高，首先排除了直角坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)坐標(biāo)式，而且它們還存在平衡問(wèn)題，直角坐標(biāo)式靈活性差，不利于提高工作效率。其中圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，定位精度較高，占地面積小，因此本設(shè)計(jì)采用類(lèi)似球坐標(biāo)型。機(jī)械手坐標(biāo)類(lèi)型選擇為類(lèi)似球坐標(biāo)式機(jī)械手。2.3機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動(dòng)路線在類(lèi)似球坐標(biāo)式機(jī)械手的基本方案選定后，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，為了滿足設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)關(guān)于機(jī)械手具有3個(gè)自由度，通常把傳送機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為傳送機(jī)構(gòu)的自由度。即：手臂俯仰運(yùn)動(dòng)和手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，手臂上的傾倒機(jī)構(gòu)的傾倒運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)機(jī)械手主要由4個(gè)大部件和3個(gè)液壓缸組成：（1）采用回轉(zhuǎn)液壓缸使手臂回轉(zhuǎn)110°（2）采用伸縮液壓缸使手臂俯仰54°（3）采用一個(gè)傾倒液壓缸，通過(guò)傾倒機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)澆包的翻倒及其倒料。2.4驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有四種：液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。其中以液壓，氣壓用的最多，占90%以上，電動(dòng)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)用的較少[7]。1)液壓驅(qū)動(dòng)是以液壓的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。但對(duì)密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對(duì)機(jī)械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過(guò)濾要求嚴(yán)格，成本高。2)氣壓驅(qū)動(dòng)是以壓縮空氣的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:介質(zhì)源極為方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。3)機(jī)械驅(qū)動(dòng)即由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的專(zhuān)用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，用于工作主機(jī)的上、下料。動(dòng)作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作程序不可變。4)電氣驅(qū)動(dòng)即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的械手，因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長(zhǎng)，維護(hù)和使用方便。此類(lèi)機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。綜上所述，由于本次設(shè)計(jì)機(jī)械手負(fù)載較小，對(duì)體積有一定要求，又考慮到機(jī)械手的特點(diǎn)和采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便，驅(qū)動(dòng)力大等優(yōu)點(diǎn)。綜合考慮自己所學(xué)的知識(shí)和實(shí)際要求，因此，機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案選擇液壓驅(qū)動(dòng)。2.5機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表一、用途：澆鑄機(jī)械手用于將熔融的液態(tài)金屬放入壓鑄機(jī)的模具內(nèi)，可以根據(jù)生產(chǎn)需要改變動(dòng)作程序。二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)：1、抓重：8Kg2、自由度數(shù)：3個(gè)自由度3、座標(biāo)型式：類(lèi)似球座標(biāo)4、最大工作半徑：1500mm5、手臂最大中心高：1230mm6、手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)回轉(zhuǎn)范圍：0-110°7、手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)傾倒范圍：0-70°驅(qū)動(dòng)方式：液壓2.6機(jī)械手的組成與結(jié)構(gòu)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)主要由手部、手臂回轉(zhuǎn)支架、傾倒機(jī)構(gòu)、澆包(即勺式手部)、傾倒油缸、回轉(zhuǎn)油缸、底座及升降油缸等組成。如圖2.6所示：手臂為一平行四邊形機(jī)構(gòu)，它具有俯仰和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。手臂俯仰運(yùn)動(dòng)是通過(guò)鉸鏈支承的升降油缸來(lái)達(dá)到，使得平行四邊形機(jī)構(gòu)的連桿(它帶動(dòng)澆包)作平面平行運(yùn)動(dòng)，即澆包有升降和橫移運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是由回轉(zhuǎn)油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)的。手臂上安裝有彈簧，通過(guò)繩索和滑輪與傾倒機(jī)構(gòu)聯(lián)接，用來(lái)使傾倒機(jī)構(gòu)復(fù)位，同時(shí)也起緩沖作用。為適應(yīng)壓鑄機(jī)壓鑄不同零件或控制零件最佳加工余量的需要，澆鑄機(jī)械手的澆包容量可以調(diào)節(jié)。對(duì)于大容量調(diào)節(jié)采用凋換澆包的辦法，松開(kāi)螺釘(共四只)，便能更換澆包。另外，也可以調(diào)節(jié)螺釘，使?jié)舶什煌膬A斜角度達(dá)到微量調(diào)節(jié)。壓鑄機(jī)澆鑄機(jī)械手備有4、6、8公斤三種容量的澆包，它們的結(jié)構(gòu)相同，只是尺寸有異。它的特點(diǎn)是底部進(jìn)料，并有隔板以擋住氧化皮，其容積是定量的。圖2.6機(jī)械手的基本組成3機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算3機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1手部設(shè)計(jì)基本要求（1）應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力。應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需的驅(qū)動(dòng)力大小是不同的。（2）要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強(qiáng)度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負(fù)載。（3）應(yīng)保證澆包的定位精度[8]。3.2機(jī)械手的設(shè)計(jì)計(jì)算3.3.1手部結(jié)構(gòu)分類(lèi)手爪的類(lèi)型大致分為下列三種：1)夾持式手爪：根據(jù)手爪的功作可分為回轉(zhuǎn)型和平移型；根據(jù)手指的數(shù)量可分為雙指和多指式；根據(jù)夾持工件的方法又可分為外卡式和內(nèi)脹式兩種。。2)吸附式手爪：分為真空吸盤(pán)式和電磁吸盤(pán)式兩種。真空吸盤(pán)式義分為真空泵式和氣流焚壓式。真空吸盤(pán)是用橡膠或塑料制成杯狀，在吸盤(pán)內(nèi)部邊緣處，加上2~3個(gè)同心元皺折，以保證吸附的可靠性。電磁式手爪用予夾持式手爪與真空泵式手爪難以抓取的工件或細(xì)小的工件。它可采用電磁鐵，其結(jié)構(gòu)形式類(lèi)同于真空吸盤(pán)式；也有如同夾持式的結(jié)構(gòu)，手爪內(nèi)裝磁鐵。采用永久磁鐵吸附工件，需要用外力釋放工件，因此，一般不用它為好。3)帶觸覺(jué)或視覺(jué)的手爪：除了幾種帶傳感器的手爪外，還有根據(jù)工件所在位置，控制手臂移動(dòng)，逐步使兩手爪同時(shí)夾緊工件的帶傳感器機(jī)械手[9]。3.3.2選擇手抓的類(lèi)型本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)平動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)，考慮到所要達(dá)到的原始參數(shù)：手的傾倒角最大是70°，夾取重量為8Kg。常用的工業(yè)機(jī)械手手部，按握持工件的原理，分為夾持和吸附兩大類(lèi)。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體，不適合用于本方案。本設(shè)計(jì)機(jī)械手采用夾持式手指，夾持式機(jī)械手按運(yùn)動(dòng)形式可分為回轉(zhuǎn)型和平移型。平移型手指的張開(kāi)閉合靠手指的平行移動(dòng)，這種手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適于夾持平板方料，且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置，其理論夾持誤差零。若采用典型的平移型手指，驅(qū)動(dòng)力需加在手指移動(dòng)方向上，這樣會(huì)使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜且體積龐大。顯然是不合適的，因此不選擇這種類(lèi)型。通過(guò)綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇回轉(zhuǎn)型手臂和具有平行四邊形機(jī)構(gòu)的手臂。手臂上安裝有彈簧，通過(guò)繩索和滑輪與傾倒機(jī)構(gòu)聯(lián)接，用來(lái)使傾倒機(jī)構(gòu)復(fù)位，同時(shí)也起到緩沖作用。為適應(yīng)壓鑄機(jī)壓住不同零件或控制零件最佳加工余量的需要，澆鑄機(jī)械手的澆包容量可以調(diào)節(jié)。對(duì)于大容量調(diào)節(jié)采用調(diào)換澆包的辦法，松開(kāi)螺釘，便能更換澆包。對(duì)于小容量調(diào)節(jié)，可調(diào)節(jié)電極與金屬液面的間距。3.3.2自動(dòng)澆鑄機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)的工作需要，要澆鑄液體，所以采取勺式結(jié)構(gòu)，以便盛取液體，由于要傾倒、復(fù)位，所以需設(shè)計(jì)拉桿傾倒機(jī)構(gòu)。本課題液壓機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)如圖3.3所示：圖3.3澆包根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)澆包各部位尺寸如下：澆包半徑：55澆包橫長(zhǎng)：265澆包高度：245進(jìn)液體擋板高度：200進(jìn)液體口：邊長(zhǎng)為40的正方形隔板高度：215壁厚：7支撐耳朵直徑：1604手腕的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1腕部總體設(shè)計(jì)手腕部件設(shè)置于手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變或調(diào)整其在空間的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍，并使機(jī)械手變得更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)，腕部是連接手部和臂部的構(gòu)件，它具有獨(dú)立的自由度，使機(jī)械手適應(yīng)復(fù)雜動(dòng)作的要求，腕部的動(dòng)作有繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)稱(chēng)為回轉(zhuǎn)；繞Y抽轉(zhuǎn)動(dòng)稱(chēng)為俯仰；繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)稱(chēng)為左右擺動(dòng)；還可有沿Y軸方向移動(dòng)的自由度[10]。圖4.1為其運(yùn)動(dòng)示意圖。圖4.1手腕運(yùn)動(dòng)示意圖4.2腕部的設(shè)計(jì)要求1)腕部自由度的選取在臂部運(yùn)動(dòng)的范圍內(nèi)，當(dāng)可以滿足抓取工件和傳送工件等要求時(shí)，應(yīng)盡可能不設(shè)計(jì)腕部的運(yùn)動(dòng)。這樣，則可使機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便和成本降低。根據(jù)抓取對(duì)象和機(jī)械手的坐標(biāo)形式的需要，可增加腕部的自出度。如腕部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這是在手爪夾持工件后，需要翻轉(zhuǎn)角度，或者機(jī)械手從一個(gè)工位轉(zhuǎn)到另一個(gè)工位西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)，需要工件轉(zhuǎn)。若是采用臀部購(gòu)則使機(jī)械于的穩(wěn)定性降低，因?yàn)?，臂部長(zhǎng)度大，回轉(zhuǎn)時(shí)稍有偏心(特別是高速回轉(zhuǎn)時(shí))，使機(jī)械手的離心力增加，臂部振動(dòng)加大，影響定垃精度。因此，應(yīng)設(shè)計(jì)腕部的回轉(zhuǎn)，若機(jī)械手是球坐標(biāo)形式，腕部應(yīng)設(shè)計(jì)具有梢仰運(yùn)動(dòng)，以保持手爪處于水平位置，不影響手爪的工作。還要根據(jù)加工工藝的要求，設(shè)計(jì)骯部在Y軸方向的移動(dòng)運(yùn)動(dòng)。如機(jī)械手將工件送到某—工位后，需要把工件定位夾緊，為使機(jī)床運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化，而要求腕部沿Y袖方向做少量的移位的運(yùn)動(dòng)。如用項(xiàng)尖支承的軸類(lèi)零件，在用機(jī)械手取下土件時(shí)，為脫離主軸頂尖而需要有骯部的橫移運(yùn)動(dòng)。總之，腕部自由度的選取應(yīng)在臂部自由度確定以后，再根據(jù)工件的料道位置、工藝要求、應(yīng)用范圍及制造成本等方面綜合分析，以確定最佳的方案，確定出腕部合適的自由度數(shù)。2)腕部的動(dòng)作要靈活、自重要輕在設(shè)計(jì)腕部結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，減輕結(jié)構(gòu)的重量。機(jī)械手配合機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)，腕部的動(dòng)作時(shí)間往往在幾秒鐘以內(nèi)，甚至不超過(guò)一秒，所以腕部一定要靈活，在保證構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度的條件下，回轉(zhuǎn)件盡量采用滾動(dòng)軸承或滾校，減少阻力，降低摩擦。3)腕部運(yùn)動(dòng)位要淮確手腕的回轉(zhuǎn)、俯仰與左右擺動(dòng)等運(yùn)動(dòng)位置都要求準(zhǔn)確，除對(duì)零部件配合精度嚴(yán)格要求以外，要采取措施消除傳動(dòng)部件之間的間隙。根據(jù)需要可設(shè)置位置檢測(cè)元件，來(lái)控制手腕的準(zhǔn)確位置。4.3腕部的結(jié)構(gòu)尺寸1)腕部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)用回轉(zhuǎn)證實(shí)現(xiàn)小于360°的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)2)腕部左右擺動(dòng)結(jié)構(gòu)根據(jù)工件的工藝要求，需要手腕做左右擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。對(duì)于抓取非中心對(duì)稱(chēng)的工件，當(dāng)手臂回轉(zhuǎn)時(shí)。工件方位變化，往往需要用于腕左右擺動(dòng)予以補(bǔ)償。3)腕部俯仰運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)它是通過(guò)安裝在手臂上的液壓缸，拉動(dòng)于腕上的鋼絲，使之向下傭仰一定角度，放置工件，然后活塞稈向左移動(dòng)，使手爪恢復(fù)平直狀態(tài)，再去抓取工件。4)腕部的回轉(zhuǎn)與俯仰復(fù)合運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)為了擴(kuò)大機(jī)械手的應(yīng)用范圍，同時(shí)要減少結(jié)構(gòu)中的零件數(shù)量，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、自重輕，設(shè)計(jì)腕部具有兩個(gè)自由度的結(jié)構(gòu)。4.4手（澆包）的回轉(zhuǎn)支架設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)支架的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析：為實(shí)現(xiàn)澆包傾倒70°，必須確定連桿的起始位置和終點(diǎn)位置以及連桿的尺寸。首先，為使拉伸的力盡量的小，位置1應(yīng)該盡量靠近澆包的左側(cè)位置，最終確定距離澆包左側(cè)55mm處為1位置；其次，確定位置2，具體尺寸如圖4.4所示。再將位置1和位置2連線，將此線由a位置順時(shí)針轉(zhuǎn)70°到b位置；然后以位置2為圓心，以位置1和位置2的連線為半徑畫(huà)圓，直線和園的交點(diǎn)即位置3。任意選擇位置4，將位置4和位置3連接，其長(zhǎng)度107mm。根據(jù)桿長(zhǎng)不變，將位置1向右偏移107mm，確定位置5。分別以4和5為圓心，R=255mm畫(huà)圓。交于一點(diǎn)即位置6。圖4.4回轉(zhuǎn)支架運(yùn)動(dòng)學(xué)示意圖4.5手臂傾倒運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算手臂作傾倒運(yùn)動(dòng)時(shí)，除克服摩擦阻力和慣性力之外，還要克服澆包和液態(tài)金屬的重力，故其驅(qū)動(dòng)力（4.1）密封裝置處的摩擦阻力：不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設(shè)計(jì)中，采用O型密封，當(dāng)液壓缸工作壓力小于10Mpa。液壓缸處密封的總摩擦阻力可近似為：（4.2）傾倒液壓缸慣性力的計(jì)算：本設(shè)計(jì)要求活塞運(yùn)動(dòng)速度，在計(jì)算慣性力時(shí)，設(shè)置啟動(dòng)時(shí)間（4.3）4.6傾倒液壓缸結(jié)構(gòu)的計(jì)算：經(jīng)過(guò)上面的計(jì)算，確定了液壓缸驅(qū)動(dòng)力，選擇液壓缸的工作壓力，確定液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸：當(dāng)油進(jìn)入無(wú)桿腔，（4.4）當(dāng)油進(jìn)入有桿腔中，(4.5)液壓缸的有效面積：(4.6)故有(無(wú)桿腔）(4.7)（有桿腔）(4.8)，選擇機(jī)械效率將有關(guān)數(shù)據(jù)代入：4.7傾倒液壓缸的尺寸校核(4.9)(4.10)∴設(shè)計(jì)尺寸符合使用要求，安全4.8傾倒液壓缸的壁厚設(shè)計(jì)液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來(lái)計(jì)算。液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。計(jì)算時(shí)可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒[11]。液壓缸的內(nèi)徑D與其壁厚δ的比值D/δ≥10的圓筒稱(chēng)為薄壁圓筒，起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸，一般用無(wú)縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算。由(4.11)式中———液壓缸壁厚(m)———液壓缸內(nèi)徑(m)——試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的(1.25~1.5)倍(MPa)———缸筒材料的許用應(yīng)力。其值為：鑄鋼：(4.12)＝＞在中低壓液壓系統(tǒng)中，按上式計(jì)算所得液壓缸的壁厚往往很小，使缸體的剛度往往不夠，如在切削加工過(guò)程中的變形、安裝變形等引起液壓缸工作過(guò)程卡死或漏油。因一般不作計(jì)算，按經(jīng)驗(yàn)選取，必要時(shí)按上式進(jìn)行校核。所以按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)圓整為壁厚，液壓缸外徑為5臂部的結(jié)構(gòu)及有關(guān)計(jì)算5.1手臂的總體設(shè)計(jì)臂部是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件，其作用是支承澆包和傾倒機(jī)構(gòu)，并將裝滿的鋼水傳送到給定位置和方位上，因而一般機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂上傾倒缸的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)[12]。手臂的回轉(zhuǎn)是通過(guò)立柱來(lái)實(shí)現(xiàn)的，手臂的俯仰是通過(guò)升降液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)的；手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，它不僅僅承受被抓取工件的重量，而且承受手部和手臂自身的重量。手臂的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大?。幢哿Γ┖投ㄎ痪鹊榷贾苯佑绊憴C(jī)械手的工作性能，所以必須根據(jù)機(jī)械手的抓取重量、運(yùn)動(dòng)形式、自由度數(shù)、運(yùn)動(dòng)速度及其定位精度的要求來(lái)設(shè)計(jì)手臂的結(jié)構(gòu)型式。同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到手臂的受力情況、油缸及導(dǎo)向裝置的布置、內(nèi)部管路的連接形式等因素。因此設(shè)計(jì)臂部時(shí)一般要注意下述要求：1)剛度要大，為防止臂部在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)大的變形，手臂的截面形狀的選擇要合理。弓字形截面彎曲剛度一般比圓截面大；空心管的彎曲剛度和扭曲剛度都比實(shí)心軸大得多。所以常用鋼管作臂桿及導(dǎo)向桿，用工字鋼和槽鋼作支承板。2)導(dǎo)向性要好，為防止手臂在直線移動(dòng)中，沿運(yùn)動(dòng)軸線發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，或設(shè)置導(dǎo)向裝置，或設(shè)計(jì)方形、花鍵等形式的臂桿。3)偏重力矩要小，所謂偏重力矩就是指臂部的重量對(duì)其支承回轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的靜力矩。為提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度，要盡量減少臂部運(yùn)動(dòng)部分的重量，以減少偏重力矩和整個(gè)手臂對(duì)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。4)運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)、定位精度要高，由于臂部運(yùn)動(dòng)速度越高、重量越大，慣性力引起的定位前的沖擊也就越大，運(yùn)動(dòng)即不平穩(wěn)，定位精度也不會(huì)高。故應(yīng)盡量減少小臂部運(yùn)動(dòng)部分的重量，使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，同時(shí)要采取一定的緩沖措施。5.2手臂俯仰運(yùn)動(dòng)手臂為以平行四邊形機(jī)構(gòu)，它具有俯仰和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。手臂俯仰運(yùn)動(dòng)是通過(guò)鉸鏈支撐的升降油缸來(lái)達(dá)到，活塞桿帶動(dòng)連接的手臂左端上下運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)手臂西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的升降運(yùn)動(dòng)，其俯仰角度是54°，使得平行四邊形機(jī)構(gòu)的連桿做平面平行運(yùn)動(dòng)，即澆包具有升降和橫移運(yùn)動(dòng)。西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5.3手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)回轉(zhuǎn)油缸實(shí)現(xiàn)的。液壓油通過(guò)進(jìn)油口進(jìn)入回轉(zhuǎn)油缸腔體內(nèi)，作用在動(dòng)片上，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩，推動(dòng)動(dòng)片及其與動(dòng)片連接輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出軸將產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩通過(guò)傳遞軸帶動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)帶動(dòng)與其連接的手臂回轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)。如圖5.3所示：圖5.3回轉(zhuǎn)液壓缸圖5.4升降液壓缸的計(jì)算手臂作俯仰運(yùn)動(dòng)時(shí)，除克服摩擦阻力和慣性力之外，還要克服臂部運(yùn)動(dòng)部件的重力，故其驅(qū)動(dòng)力可按下式計(jì)算：(5.1)式中——各支承處的摩擦力（N）；——啟動(dòng)時(shí)慣性力（N）可按臂伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)的情況計(jì)算；——臂部運(yùn)動(dòng)部件的總重量（N）；——上升時(shí)為正，下降時(shí)為負(fù)。當(dāng)Fm=40N，F(xiàn)g=100N，W=1098N時(shí)圖5.4液壓缸示意圖(5.2)當(dāng)油進(jìn)入有桿腔中，(5.3)液壓缸的有效面積：(5.4)故有(無(wú)桿腔)(5.5)(有桿腔)(5.6)，選擇機(jī)械效率將有關(guān)數(shù)據(jù)代入：根據(jù)表1（JB826-66），選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列，負(fù)載選擇執(zhí)行元件的工作壓力，選擇D=100mm。按活塞桿直徑系列選取活塞桿直徑d＝32mm。表5.1液壓缸的內(nèi)徑系列（JB826-66）（mm）液壓缸內(nèi)徑系列2253240505563657758085909510010511251301401601802002505.5手臂升降液壓缸的校核(5.7)∴設(shè)計(jì)尺寸符合使用要求，安全5.6升降液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來(lái)計(jì)算。液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。計(jì)算時(shí)可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。液壓缸的內(nèi)徑D與其壁厚δ的比值D/δ≥10的圓筒稱(chēng)為薄壁圓筒。起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸，一般用無(wú)縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算。由(5.8)式中———液壓缸壁厚(m)；———液壓缸內(nèi)徑(m)；——試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1．25～1．5）倍（MPa）；———缸筒材料的許用應(yīng)力。其值為：鑄鋼：＝100MPa＝＞在中低壓液壓系統(tǒng)中，按上式計(jì)算所得液壓缸的壁厚往往很小，使缸體的剛度往往不夠，如在切削加工過(guò)程中的變形、安裝變形等引起液壓缸工作過(guò)程卡死或漏油。因一般不作計(jì)算，按經(jīng)驗(yàn)選取，必要時(shí)按上式進(jìn)行校核。根據(jù)裝配等因素，考慮到液壓缸的臂厚在6mm，所以該液壓缸的外徑為112mm。6機(jī)身的設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)身是直接支撐和驅(qū)動(dòng)手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都安在機(jī)身上，或者直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。因此，臂部的運(yùn)動(dòng)越多，機(jī)身的機(jī)構(gòu)和受力情況就越復(fù)雜。機(jī)身是可以固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架空軌道運(yùn)動(dòng)[13]。6.1機(jī)身的整體設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)要求，機(jī)械手要實(shí)現(xiàn)手臂110°的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般設(shè)計(jì)在機(jī)身處。為了設(shè)計(jì)出合理的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，就要綜合考慮和分析。機(jī)身承載著手臂，做回轉(zhuǎn)，升降運(yùn)動(dòng)，是機(jī)械手的重要組成部分。常用的機(jī)身結(jié)構(gòu)有以下幾種：回轉(zhuǎn)缸置于升降之下的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是能承受較大偏重力矩。其缺點(diǎn)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)路線長(zhǎng)，花鍵軸的變形對(duì)回轉(zhuǎn)精度的影響較大。回轉(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)采用單缸活塞桿，內(nèi)部導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)緊湊。但回轉(zhuǎn)缸與臂部一起升降，運(yùn)動(dòng)部件較大?；钊缀妄X條齒輪機(jī)構(gòu)。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)齒條齒輪機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)：齒條的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)與手臂連接的齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn)，從而使手臂左右擺動(dòng)。分析：經(jīng)過(guò)綜合考慮，本設(shè)計(jì)選用回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)機(jī)身包括一個(gè)運(yùn)動(dòng)，機(jī)身的回轉(zhuǎn)。如圖6.1所示，回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸體連接，由缸體帶動(dòng)手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?；剞D(zhuǎn)缸的轉(zhuǎn)軸與升降缸的活塞桿是一體的?；钊麠U采用空心，內(nèi)裝一花鍵套與花鍵軸配合，活塞升降由花鍵軸導(dǎo)向?；ㄦI軸與與升降缸的下端蓋用鍵來(lái)固定，下短蓋與連接地面的的底座固定。這樣就固定了花鍵軸，也就通過(guò)花鍵軸固定了活塞桿。這種結(jié)構(gòu)是導(dǎo)向桿在內(nèi)部，結(jié)構(gòu)緊湊。具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖[14]。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是液壓驅(qū)動(dòng)，回轉(zhuǎn)缸通過(guò)兩個(gè)油孔，一個(gè)進(jìn)油孔，一個(gè)排油孔，分別通向回轉(zhuǎn)葉片的兩側(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)葉片回轉(zhuǎn)。定片與缸體固連，動(dòng)片封圈把油腔分割成兩個(gè)。當(dāng)液壓油從孔a進(jìn)入時(shí)，推動(dòng)輸出軸做回轉(zhuǎn)，則低壓油腔的油從b孔排出。反之，則反之。回轉(zhuǎn)角度一般靠機(jī)械擋塊來(lái)決定，對(duì)于本設(shè)計(jì)就是考慮兩個(gè)葉片之間可以轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，為滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)中動(dòng)片和靜片之間可以回轉(zhuǎn)110°。圖6.1回轉(zhuǎn)缸的截面圖6.2機(jī)身回轉(zhuǎn)液壓缸的計(jì)算從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。計(jì)算時(shí)可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。液壓缸的內(nèi)徑D與其壁厚δ的比值D/δ≥10的圓筒稱(chēng)為薄壁圓筒。起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸，一般用無(wú)縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算：(6.1)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，暫設(shè)液壓缸長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為150mm，液壓缸內(nèi)徑D1=220mm，R1=110mm，軸的套筒徑為d=130mm，液壓缸內(nèi)徑r1=65mm，設(shè)加速度時(shí)間為Δt=1s，壓強(qiáng)P=0.4MPa則驅(qū)動(dòng)力矩：(6.2)6.3回轉(zhuǎn)液壓缸的尺寸校核測(cè)定參與腰身回轉(zhuǎn)部件的質(zhì)量，，，，，(6.3)設(shè)機(jī)床等加速運(yùn)動(dòng)，,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(6.4)(6.5)密封處的摩擦阻力矩可以粗略估算下，由于回油背差一般非常的小，故在這里忽略不計(jì)。(6.6)∴設(shè)計(jì)尺寸符合使用要求，安全6.4軸的設(shè)計(jì)1.概括：軸是組成機(jī)械的重要零件之一，它用來(lái)安裝各種傳動(dòng)零件，使之繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，傳遞轉(zhuǎn)矩或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)軸承與機(jī)架或機(jī)座相連接[14]。軸與其上的零件組成一個(gè)組合體—軸系部件，在軸的設(shè)計(jì)時(shí)，不能只考慮軸本身，必須和軸系零、部件的整個(gè)結(jié)構(gòu)密切聯(lián)系起來(lái)，軸按受載情況分為： (1)轉(zhuǎn)軸：支承傳動(dòng)機(jī)件又傳遞轉(zhuǎn)矩，即同時(shí)承受彎矩和紐矩的作用。(2)心軸：只支承旋轉(zhuǎn)機(jī)件而不傳遞轉(zhuǎn)矩，即只承受彎矩作用。心軸又可分為固定心軸和轉(zhuǎn)動(dòng)心軸兩種。(3)傳動(dòng)軸：主要傳遞轉(zhuǎn)矩，即主要承受紐矩，不承受或承受較小的彎矩。2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則(1)節(jié)約材料，減輕重量，盡量采用等強(qiáng)度外行尺寸或大的截面系數(shù)的截面形狀；(2)易于軸上零件的精確定位、穩(wěn)固、裝配、拆卸和調(diào)整；(3)采用各種減少應(yīng)力集中和提高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)措施；(4)便于加工制造和保證精度。6.5初選軸頸按回轉(zhuǎn)缸所需提供的力的大小，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)于升降缸的運(yùn)動(dòng)，對(duì)于機(jī)身回轉(zhuǎn)用的軸承有影響，因此，這里要充分考慮這個(gè)問(wèn)題，對(duì)于本設(shè)計(jì)，采用一支點(diǎn)，雙固定，另一支點(diǎn)游動(dòng)的支撐結(jié)構(gòu)。作為固定支撐的軸承，應(yīng)能承受雙向軸向載荷，故內(nèi)外圈在軸向全要固定。本設(shè)計(jì)采用兩個(gè)角接觸球軸承，面對(duì)面或者背對(duì)背的組合結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以承受雙向軸向載荷。結(jié)論通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我了解機(jī)械手各種結(jié)構(gòu)以及相關(guān)知識(shí)，并將幾何畫(huà)圖知識(shí)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、液壓傳動(dòng)等相關(guān)知識(shí)綜合運(yùn)用。這不但夯實(shí)了我的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，而且也使我的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)有了很大提高。除此之外，我也了解了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外在機(jī)械手先進(jìn)生產(chǎn)和制造技術(shù)，尤其是日本的機(jī)械手設(shè)計(jì)精巧靈活。同時(shí)，通過(guò)對(duì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作了系統(tǒng)的分析，在一定程度上我掌握了機(jī)械手設(shè)計(jì)和計(jì)算過(guò)程和相關(guān)知識(shí)。這將為以后的工作學(xué)習(xí)打下一定基礎(chǔ)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì)澆鑄機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)做了系統(tǒng)的計(jì)算分析，設(shè)計(jì)中沒(méi)有涉及到機(jī)械手繼電器固定程序設(shè)計(jì)。壓鑄機(jī)械手的結(jié)構(gòu)主要由手部、手臂回轉(zhuǎn)支架、傾倒機(jī)構(gòu)、澆包(即勺式手部)、傾倒油缸、回轉(zhuǎn)油缸、底座及升降油缸等組成。在類(lèi)似球坐標(biāo)式機(jī)械手的基本方案選定后，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，為了滿足設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)關(guān)于機(jī)械手具有3個(gè)自由度，即：手臂俯仰運(yùn)動(dòng)和手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，手臂上的傾倒機(jī)構(gòu)的傾倒運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)機(jī)械手主要由4個(gè)大部件和3個(gè)液壓缸組成：(1)采用回轉(zhuǎn)液壓缸使手臂回110°.(2)采用伸縮液壓缸使手臂俯仰54°.(3)采用一個(gè)傾倒液壓缸，通過(guò)傾倒機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)澆包的翻倒及其倒料。手臂為一平行四邊形機(jī)構(gòu)，它具有俯仰和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。手臂俯仰運(yùn)動(dòng)是通過(guò)鉸鏈支承的升降油缸來(lái)達(dá)到，使得平行四邊形機(jī)構(gòu)的連桿(它帶動(dòng)澆包)作平面平行運(yùn)動(dòng)，即澆包有升降和橫移運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是由