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1、课程设计说明书 论论文题目目：气压压传动两两维运动动机械手手学生姓名名： 学生学号号： 专业班级级：机械工工程及自自动化007级7班指导教师师：李凌凌中国矿业业大学机机电工程程学院目录1 引言言12 设计计任务112.1设设计任务务介绍及及意义112.2设设计任务务明细113 总体体方案设设计33.1 方案一一33.2 方案二二43.3 方案的的比较及及最终方方案的确确定44 机械械传动系系统设计计54.1手手指气缸缸的设计计64.2纵纵向气缸缸的设计计114.3横横向气缸缸的设计计125电气控控制系统统设计1135.1控控制系统统的基本本组成1135.2气气动回路路的设计计135.3 主要元
2、元件选择择设计1155.4 PLCC程序控控制系统统设计1175.4.1 控控制要求求175.4.2 I/OO分配表表及I/O接线线图1775.4.3 流流程图1195.4.4 PPLC程程序2006设计小小结2887参考文文献288气缸传动控制1 引言言近20年年来，气动技技术的应应用领域域迅速拓拓宽，尤其是是在各种种自动化化生产线线上得到到广泛应应用。电气可可编程控控制技术术与气动动技术相相结合，使整个个系统自自动化程程度更高高，控制方方式更灵灵活，性能更更加可靠靠；气动机机械手、柔性自自动生产产线的迅迅速发展展，对气动动技术提提出了更更多更高高的要求求；微电子子技术的的引入，促进了了电气
3、比比例伺服服技术的的发展，现代控控制理论论的发展展，使气动动技术从从开关控控制进入入闭环比比例伺服服控制，控制精精度不断断提高；由于气气动脉宽宽调制技技术具有有结构简简单、抗污染染能力强强和成本本低廉等等特点，国内外外都在大大力开发发研究。气动机械械手作为为机械手手的一种种，它具有有结构简简单、重量轻轻、动作迅迅速、平稳、可靠、节能和和不污染染环境等等优点而而被广泛泛应用。本本文设计计了一种种气压传传动两维维运动机机械手，用用于生产产流水线线上物料料的搬运运。2 设计计任务2.1设设计任务务介绍及及意义通过课程程设计培培养学生生综合运运用所学学知识的的能力，提提高分析析和解决决问题能能的一个个
4、重要环环节，专专业课程程设计是是建立在在专业基基础课和和专业方方向课的的基础的的，是学学生根据据所学课课程进行行的工程程基本训训练，课课程设计计的意义义在于：1培养养学生综综合运用用所学的的基础理理论和专专业知识识，独立立进行机机电控制制系统（产产品）的的初步设设计工作作，并结结合设计计或试验验研究课课题进一一步巩固固和扩大大知识领领域。2培养养学生搜搜集、阅阅读和综综合分析析参考资资料，运运用各种种标准和和工具书书籍以及及编写技技术文件件的能力力，提高高计算、绘绘图等基基本技能能。3培养养学生掌掌握机电电产品设设计的一一般程序序方法，进进行工程程师基本本素质的的训练。4树立立正确的的设计思思
5、想及严严肃认真真的工作作作风。2.2设设计任务务明细1. 基基本要求求：（1）方方案设计计：根据据课程设设计任务务的要求求，在搜搜集、归归纳、分分析资料料的基础础上，明明确系统统的主要要功能，确确定实现现系统主主要功能能的原理理方案，并并对各种种方案进进行分析析和评价价，进行行方案选选优。（2）总总体设计计：针对对具体的的原理方方案，通通过对动动力和总总体参数数的选择择和计算算，进行行总体设设计，最最后给出出机械系系统的控控制原理理图或主主要部件件图（AA2一张张）。（3）根根据控制制功能要要求，完完成电气气控制设设计，给给处电气气控制电电路原理理图（AA3图一一张）。（4）课课程设计计的成果
6、果最后集集中表现现在课程程设计说说明书和和所绘制制的设计计图纸上上，每个个学生应应独立完完成课程程设计说说明书一一份，字字数为550000字以上上，设计计图纸不不少于两两张。(5）用用计算机机绘图或或手工绘绘图，打打印说明明书。(6）设设计选题题分组进进行，每每位同学学采用不不同方案案（或参参数）独独立完成成；2该机机械手的的功能：将圆柱柱形物料从位置置1自动动搬运到到位置22，位置置1和位位置2相相距4000mmm，放下下物料后返回回原始位位置，继继续搬运运下一个个物料，然后后一直循循环下去去，直到到搬完或或接到停停止命令令。（如图图 1 所示）图 1 搬运任任务3任务务要求：执行元件件：气
7、动动气缸；运动方式式：直角角坐标；控制方式式：PLLC控制制；控制要求求：速度度控制；4主要要设计参参数参数数：气缸工作作行程4000 mmm；运动负载载质量500 kgg；移动速度度控制0.2 mm/s。3 总体体方案设设计3.1 方案一一图 2 方案一一示意图图1- 夹紧气缸缸； 2-纵向气缸缸 ；3-横向向气缸； 4-常开手部 5-固定定支架导导轨（22个）；6-弹弹簧3.2 方案二二图3 方方案二示示意图1- 升降气缸缸 2-水平移移动气缸缸 3-夹紧气气缸 44-常开开手部 5-弹弹簧3.3 方案的的比较及及最终方方案的确确定由以上两两个方案案可以看看出：方方案一为为悬挂式式，根据据
8、场地情情况制作作一个固固定支架架，机械械手的所所有重量量都由固固定支架架来支撑撑。支架架上方是是一个导导轨，气气缸3通过固固定设备备固定在在导轨上上，气缸缸2通过与与导轨相相连，可可以在水水平方向向移动。气气缸1采用的的是靠弹弹簧恢复复的单作作用气缸缸，它与与手爪构构成了一一套常闭闭式夹紧紧装置；方案二二为地面面固定式式，气缸缸3固定在在地面上上的固定定台上，其其它气缸缸重量由由气缸33支撑，气气缸1与方案案一相同同。通过方案案比较可可知，在在负载相相同的情情况下，方方案二中气缸缸3的尺寸寸将远远远小于方方案一，浪费原原材料，不不经济，而而且横向气气缸活塞塞杆会承承受很大大的弯矩矩，影响响装置
9、的的使用寿寿命，但但方案一一的占地地面积大大些。综综合考虑虑后，我我认为方方案一较较方案二二更好些些，故我我选择方方案一。4 机械械传动系系统设计计本方案的的机械设设计中重重在气缸缸的设计计，气缸11的作用用是物品品的抓紧紧和释放放，气缸缸2的作用用是实现现物料纵纵向的提提升与下下降，气气缸3的作用用是实现现物料的的横向移移动。对对气缸结结构的要要求一是是重量尽尽量轻，以以达到动动作灵活活、运动动速度高高、节约约材料和和动力，同同时减少少运动的的冲击，二二是要有有足够的的刚度以以保证运运动精度度和定位位精度气缸的设设计流程程图如图图5所示示图4 气气缸设计计流程图图气缸按结结构特征征分类如如图
10、 55单活塞杆杆气缸是是各类气气缸中应应用最广广的一种种气缸。由由于它只只在活塞塞的一端端有活塞塞杆，活活塞两侧侧承受气气压作用用 的面面积不等等，因而而活塞杆杆伸出时时的推力力大于退退回时的的拉力。双双活塞杆杆气缸活活塞两侧侧都有活活塞杆，两两侧受气气压作用用的面积积相等， 活塞杆杆伸出时时的推力力和退回回时的拉拉力相等等。单作用气气缸是由由一侧气气口供给给气压驱驱动活塞塞运动，依依靠弹簧簧力、外外力或自自重等作作用返回回；而双双作用气气缸是由由两侧供供气口交交替供给给气压使使活塞作作往复运运动。结结合课程程设计的的方案，夹夹紧气缸缸1选择单单作用气气缸，依依靠弹簧簧力恢复复；纵向向气缸22
11、选择单单作用气气缸，靠靠重力恢恢复；横横向气缸缸3选择双双作用气气缸图5 气气缸结构构分类4.1手手指气缸缸的设计计图6 手手指气缸缸结构图图（1） 夹紧力FN的的计算 手指指加在工工件上的的夹紧力力，是设设计手部部的主要要依据。必必须对其其大小、方方向和作作用点进进行分析析、计算算。一般般来说，夹夹紧力必必须克服服工件重重力所产产生的静静载荷以以及工件件运动状状态变化化所产生生的载荷荷(惯性性力或惯惯性力矩矩)，以以使工件件保持可可靠的夹夹紧状态态。手指对工工件的夹夹紧力可可按下式式计算：FNK1K2K3G式中 K1安全全系数，通通常取11.2-2.00；K2工作作情况系系数，主主要考虑虑惯
12、性力力的影响响，可用用下式估估算K2=1+ag其中 a运载工工件时重重力方向向的最大大升加速速度 gg重力力加速度度 g9.8ms2K3方位位系数，根根据手指指与工件件形状以以及手指指与工件件位置不不同进行行选定。K3=0.5tan1+ftan f摩擦系系数 G选取工工件所受受的重力力（N）设K1为1.5，K2=1+ag=1+0.20.59.8=1.04K3=0.74将已知条条件代入入得：FN=1.51.040.74490=566 N（2） 气缸的内内径根据手指指的几何何关系得得：F=2ba（cos）2FN=4018（cos30）2566=943 N由设计任任务可以以知道，要要驱动的的负载大大
13、小位1100KKg，考考虑到气气缸未加加载时实实际所能能输出的的力，受受气缸活活塞和缸缸筒之间间的摩擦擦、活塞塞杆与前前气缸之之间的摩摩擦力的的影响。在在研究气气缸性能能和确定定气缸缸缸径时，常常用到负负载率：由液压压与气压压传动技技术表表11-1：取=00.455根据气缸缸的结构构得：F=4D2-d2P-Ft估算时取取d=00.3DD, Ft=40N, P=0.55MPa。代入入上式得得：D68.5mm按照GBB/T223488-19993标标准进行行圆整，取取D=880 mmm（3） 活塞杆直直径由d=00.3DD 估取取活塞杆杆直径 d=225 mmm(4)缸缸筒长度度的确定定：缸筒长度
14、度S=LL+B+20L为活塞塞行程；B为活塞塞厚度活塞厚度度B=(0.2200.25)D= 0.220800=16mmm由于气缸缸的行程程L=2000mm ,所以以S=LL+B+20=2366 mmm（5） 气缸筒的的壁厚的的确定:由液压压气动技技术速查查手册知知：一般般气缸缸缸筒与内内径之比比D110，其壁厚厚通常按按薄壁筒筒公式计计算：=DPP2P通常计算算出的壁壁厚往往往很薄，考虑机机械加工工工艺性性，往往将将缸筒壁壁厚适当当加厚，且尽量量选用标标准内径径和壁厚厚的钢管管与铝合合金管。下下图所列列缸筒壁壁厚可供供参考。假设所选选材料为为无缝钢钢管，则则由表知知=3.5mm(6)气气缸耗气气量的计计算：气缸的耗耗气量是是指气缸缸往复运运动时所所消耗的的压缩空空气量。耗耗气量大大小与气气缸的性性能无关关， 但但它是选选择空压压机排气气量的重重要依据据。Qmax=（D2-d2）V4vP+PaPa=（0.082-0.0252）0.240.950.5+0.10.1=5.710-3m3s(7)气气缸的进进、排气气口计算算通常气缸缸的进、排排气口的的直径大大小与气气缸速度度有关，根根据ISSO-1155552、IISO-71880。气气缸的进进、排气气口的直直径见下下表（IISO标标准规定定）气缸直径径
