《冲床上下料气动机械手的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《冲床上下料气动机械手的设计（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、冲床上下料气动机械手的设计摘 要机械手在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配、轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用。本文的机械手用于冲床上下料，介绍它的组成和分类、自由度和座标型式、气动技术的特点、PLC控制的特点及国内外的发展状况，对机械手进行总体方案设计，确定机械手的座标型式和自由度，确定机械手的技术参数，设计机械手的手臂结构，设计出机械手的气动系统，绘制机械手气压系统工作原理图。利用可编程序控制器对机械手进行控制，选取合适的PLC型号，根据机械手的工作流程制定可编程序控制器的控制方案，画出机械手的工作时的顺序功能图和梯形图，并编制可编程序控制器的控制程序。关键词
2、：机械手设计；冲床上下料；气动；PLC Punch discharging pneumatic manipulator designAbstractMechanical hand in machining, stamping, casting, forging, welding, heat treatment, plating, painting, assembly and light industry, transportation industry has been more and more widely applied. In this paper, the mechanical ha
3、nd for punching baiting, introduces its composition and classification, degree of freedom and coordinate type, the characteristics of pneumatic technology, PLC control characteristics and the domestic and foreign development condition of the manipulator, the overall scheme design, the manipulator to
4、 determine the coordinate type and degree of freedom, identifying the mechanical the technical parameters, the design of the manipulator arm structure, design of manipulator pneumatic system, rendering the manipulator pneumatic system working principle diagram. Using programmable controller to contr
5、ol the mechanical hand, the appropriate selection of PLC models, according to the manipulator workflow developed programmable controller control scheme, draw the mechanical hand work order function diagram and ladder diagram, and the preparation of PLC control program.Key words: Design of manipulato
6、r; Punch blanking; Pneumatic; PLC目录1 前言11.1 选题背景11.2 设计目的21.3 发展现状和趋势31.4 机械手的系统工作原理及组成32 机械手各部件的设计72.1 机械手的总体设计72.1.1 机械手总体结构的类型72.2 机械手手爪结构设计82.2.1 设计要求82.2.2 驱动方式82.2.3 典型结构92.2.4 具体设计方案102.3 机械手手臂结构的设计102.3.1 手臂结构的设计要求102.3.2 具体设计方案102.4 机械手腰座结构的设计112.4.1 腰座结构的设计要求112.4.2 具体设计方案112.5 机械手驱动系统设计11
7、2.5.1 常用驱动系统及其特点112.5.2 具体设计方案122.6 机械手手臂的平衡机构设计122.6.1 平衡机构的形式122.6.2 具体设计方案133 手部结构设计143.1 手指的形状143.2 设计时考虑的几个问题143.3 手部夹紧气缸的设计153.3.1 手部驱动力计算153.3.2 气缸的直径163.3.3 缸筒壁厚的设计184 手臂结构设计204.1 手臂伸缩204.1.1 结构设计204.1.2 导向装置204.1.3 手臂伸缩驱动力的计算204.2 手臂升降和回转部分的结构设计214.3 手臂伸缩气缸的设计214.3.1 驱动力计算214.3.2 气缸的直径224.3
8、.3 活塞杆直径的计算234.3.4 缸筒壁厚计算245 气动系统设计255.1 主要元器件的选择255.1.1 气动三联件255.1.2 换向阀255.1.3 节流阀285.2 拟定执行元件运动控制回路295.3 气源系统的设计295.4 气压传动系统工作原理图305.5 机械手运行顺序及电气控制306 机械手的PLC控制设计326.1 可编程序控制器的选择及工作过程326.1.1 可编程序控制器的选择326.1.2 可编程序控制器的工作过程326.2可编程序控制器的使用步骤336.3 机械手可编程序控制器控制方案346.3.1 系统简介346.3.2 工业机械手的工作流程346.3.3 I
9、/0分配346.3.4 机械手工作时序图366.3.5 梯形图设计(如附图所示)367 结论38参考文献39致谢40附录141附录242附录3431 前言1.1 选题背景由于工业自动化的全面发展和科学技术的不断提高，对工作效率的提高迫在眉睫。单纯的手工劳作已满足不了工业自动化的要求，因此，必须利用先进设备生产自动化机械以取代人的劳动，满足工业自动化的需求。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是
10、在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。随着工业自动化程度的提高，工业现场的很多易燃、易爆等高危及重体力劳动场合必将由机器人所代替。这一方面可以减轻工人的劳动强度，另一方面可以
11、大大提高劳动生产率。例如，目前在我国的许多中小型汽车生产以及轻工业生产中，往往冲压成型这一工序还需要人工上下料，既费时费力，又影响效率。为此，我把上下料机械手作为我研究的课题。现在的机械手大多采用液压传动，液压传动存在以下几个缺点:(1)液压传动在工作过程中常有较多的能量损失(摩擦损失、泄露损失等)；液压传动易泄漏，不仅污染工作场地，限制其应用范围，可能引起失火事故，而且影响执行部分的运动平稳性及正确性。(2)工作时受温度变化影响较大。油温变化时，液体粘度变化，引起运动特性变化。(3)因液压脉动和液体中混入空气，易产生噪声。(4)为了减少泄漏，液压元件的制造工艺水平要求较高，故价格较高;且使用
12、维护需要较高技术水平。鉴于以上这些缺陷，本机械手拟采用气压传动，气动技术有以下优点:(1)介质提取和处理方便。气压传动工作压力较低，工作介质提取容易，而后排入大气，处理方便，一般不需设置回收管道和容器:介质清洁，管道不易堵塞，不存在介质变质及补充的问题.（2)阻力损失和泄漏较小，在压缩空气的输送过程中，阻力损失较小(一般仅为油路的千分之一)，空气便于集中供应和远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样，造成压力明显降低和严重污染。(3)动作迅速，反应灵敏。气动系统一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需的压力和速度。气动系统也能实现过载保护，便于自动控制。(4) 能源可储存。压缩空气可存贮在储气
13、罐中，因此，发生突然断电等情况时，机器及其工艺流程不致突然中断。(5) 工作环境适应性好。在易燃、易爆、多尘埃、强磁、强辐射、振动等恶劣环境中，气压传动与控制系统比机械、电器及液压系统优越，而且不会因温度变化影响传动及控制性能。(6) 成本低廉。由于气动系统工作压力较低，因此降低了气动元、辅件的材质和加工精度要求，制造容易，成本较低。1.2 设计目的目前，我国大多数工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，其劳动强度大、生产效率低，而且具有一定的危险性，已经满足不了生产自动化的发展趋势。为了提高工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统,适应现代机械行业自动化生产的要求,针对具体生产
14、工艺,结合机床的实际结构，利用机械手技术，设计用一台上下料机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。本机械手主要与数控机床组合最终形成生产线，实现加工过程的自动化和无人化。1.3 发展现状和趋势 目前，国内外各种机械手和机械手的研究成为科研的热点，其研究的现状和大体趋势如下：（1）机械结构向模块化、可重构化发展。（2）工业机械手控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，结构小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性，而且维修方便。（3）机械手中的传感器作用日益重要，使其向智能化方向发展。（4）关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机械手产品标准化、通
15、用化、模块化、系列化设计；柔性仿形喷涂机械手开发，柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规划研究，控制系统开发； （5）焊接、搬运、装配、切割等作业的工业机械手产品的标准化、通用化、模块化、系列化研究；以及离线示教编程和系统动态仿真。总的来说，大体是两个方向：其一是机械手的智能化，多传感器，多控制器，先进的控制算法，复杂的机电控制系统；其二是与生产加工相联系，性价比高，在满足工作要求的基础上，追求系统的经济、简洁、可靠，大量采用工业控制器，市场化、模块化的元件。1.4 机械手的系统工作原理及组成机械手的系统工作原理框图如图1-1所示。 控制系统（PLC）位置检测装置驱动系统（气压传动）执行机构立柱手臂手腕手部 图1-1机械手的系统工作原理框图机械手的工作原理：机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位
