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1、济南大学毕业设计第一章 前言随着我国工业水平的不断提高，在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产己成为高技术邻域内，迅速发展起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。特别是汽车行业和拖拉机行业的快速发展，对铸件生产的要求越来越高。为了满足汽车行业和拖拉机行业对铸件生产的要求，国内外铸造设备厂商致力于开发高生产率和高可靠性的自动造型线专用机械手。改善了铸造业热、脏、累的劳动密集型行业员工的劳动环境，使铸造行业更高效、节能、节材、环保，有利于绿色经济的发
2、展。1.1国内外研究现状近年来我国铸造设备厂商加强了与国外先进的铸造设备厂商（如德国HWS公司和日本新东公司）在自动造型线方面的合作与交流，吸收了国外自动造型线方面的领先技术，结合我国实际，在自动造型线上采用了比例和伺服技术，已经开发出了高生产率和高可靠性的自动造型线并已经在多家汽车厂和内燃机厂成功地生产铸件，大大缩短了与世界先进水平的差距。 在现代化铸造厂，造型线是最基本的设备。造型线生产大量的，精确的，高水平的，尺寸再现精度高的铸型，只需要少量的操作者。近几年来，自动造型生产线增加较快，主要有三个特点：首先，采用自动造型生产线的企业不再仅限于大型骨干铸造企业。例如，在河南西峡的两个铸造厂，
3、都分别拥有45条自动造型生产线。过去用土法生产的乡镇企业改造成采用自动造型生产线的铸造厂已不鲜见，而是有一批企业了。现在，虽然沿海地区的江苏、山东、辽宁等省的铸造产业仍占较大的比重，但中西部地区也已有相当多的企业采用了自动造型生产线；其次，国产的自动造生产线已开始可以稳定地供应装备铸造企业了，在国内生产水平分型自动造型线的己有四五个制造厂。但在全部自动生产线中国产的仍然是少数，且低档次的较多；第三，自动造型生产线已经不少了，但能按照生产线设计能力充分发挥作用的铸造企业还是少数，既存在还不能充分掌握运用自动造型生产线的问题，也有其他工序不能与生产线的能力和节拍有效匹配的问题1.2 机械手的分类和
4、组成机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。1.2.1 机械手的分类机械手一般分为三类:第一类是不需要人工操作的通用机械手。它是一种独立的不附属于某一主机的装置口它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定的操作。它的特点是具备普通机械的性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。 第二类是需要人工才做的，称为操作机。它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机来进行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是用专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用以解决机床
5、上下料和工件送。这种机械手在国外称为“Mechanical Hand，它是为主机服务的，由主机驱动;除少数以外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。 1.2.2 机械手的组成 机械手主要山执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。 1、执行机构(1) 手部手部安装在手臂的前端。乎臂的内孔装有转动轴，可把动作传给手腕，以转动、伸屈手腕，开闭手指口机械手手部的机构系模仿人的手指，分为无关节，固定关节和自由关节三种。手指的数量又可以分为二指、三指和四指等，其中以二指用的最多。可以根据夹持对象的形状和大小配各多种形状和尺寸的夹头，以适应操作需要。(2)手臂 手臂有无关节和有关节乎臂之分。手臂的作用是引
6、导手指准确的抓住工件，并运送到所需要的位置上。为了使机械手能够正确的工作，手臂的三个自由度都需要精确的定位。躯干是安装手臂、动力源和执行机构的支架。 2、驱动机构 驱动机构主要有四种:液压驱动、气动驱动、电气驱动和机械驱动。其中以液压、气动用的最多，占90%以上，电气、机械驱动用的较少。 3、控制系统 机械手控制系统的要素，包括工作顺序、到达位置、动作时间和加速度等。 控制系统可根据动作的要求，设计采用数字顺序控制。它首先要编制程序加以存储，然后再根据规定的程序，控制机械手进行工作。1.3应用机械手的意义 随着科学技术的发展，机械手也越来越多的地被应用。在机械工业中，铸、焊、铆、冲、压、热处理
7、、机械加工、装配、检验、喷漆、电镀等工种都有应用的实例。其他部门，如轻工业、建筑业、国防工业等工作中也均有所应用。在机械工业中，应用机械手的意义可以概括如下: 一、以提高生产过程中的自动化程度 应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。 二、以改善劳动条件，避免人身事故 在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。 在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以
8、机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。 三、可以减轻人力，并便于有节奏的生产 应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时山于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都没有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。1.4设计分箱机的意义及构思综上所述，有效的应用机械手，是发展铸造业的必然趋势。在铸造自动造型生产线上砂箱经浇注、冷却、捅箱等操作后，需要将砂箱进行分箱。由于处于高温灰尘污染严重的工作环境，且砂箱体积大重量大，进行人工分箱时工人劳动强度大生产效率低；分箱机的
9、设计是能有效的完成经上一工序操作后，由平板车运输过来的上下砂箱的分箱动作，不仅可以提高生产效率和产品质量，更可大大减轻了一线工作人员的劳动强度，改善了其工作条件。设计构思如图1.1所示图1.1设计构思图1-机架2-机械手3-上砂箱4-下砂箱5-平板车第二章 总体方案设计2.1设计方案的要求数据：砂箱参考实物如图2.1所示：（外形尺寸为:1200mm x 920mm x 320 mm）图2.1 砂箱参考实物图目的：分箱机的设计是对图2.1所示上下砂箱进行分箱动作，上下砂箱分别进入下一工序。要求：在自动造型线分箱机的设计之前，首先应对该条生产线上所生产的各种铸件进行全面的铸造工艺分析，在此基础上决
10、定砂箱的内框尺寸和形式，设计和选择合适的砂箱，作为分箱机等主机、辅机的设计依据。砂箱是铸造车间使用的主要工艺装备之一，合理的砂箱结构和尺寸对获得优质铸件，提高劳动生产率有很大作用。砂箱本体是一个支持砂型的框架，它包括内框尺寸，箱壁、箱带、箱肋和出气孔等。在分箱时，砂箱与导轨、砂箱与砂箱必须严格定位，并能互换以确保铸件精度。上下砂箱要牢固锁紧，砂箱需要起吊运输，因此砂箱本体都设置定位、锁紧和吊运装置。2.2 设计方案的制定通过毕业实习，查阅大量相关资料，进行各种方案分析综合，在和导师讨论研究之后，最终确定了自己的设计方案，再结合现阶段的机器的研究现状，我们可以充分的确定机器的用途及设计的意义，及
11、其可行性。并在一些地方作出了自己的创新之处。以最大限度的满足使用要求，简化操作性。研究结构和结论：通过讨论研究我们否定了机械手前后移动工作台的方案，采用了机械手升降装置和推箱装置，此机械手上设有砂箱定位装置，同时还设有分箱杠杆装置，使分箱挂钩开合，上下箱分离；固定砂箱随机械手向上移动到相应高度，大大简化了整机的结构尺寸，而且提高了机械手的稳定性和可靠性。还采用了一种辅助压箱机构，使下箱压紧。有效地解决了分箱时上下箱分离过程中，两侧不能完全同步的缺点。 选题的意义：分箱机作为铸造行业特殊环境中的自动造型生产线专用机械手，分箱机是一个重要的枢纽，提高了造型生产线的自动化水平。该机的作用是对上下砂箱
12、进行分箱，为后续工序做好准备工作。铸造自动造型的工艺流程如图2.2所示，图2.2 铸造自动造型的工艺流程分箱机的工艺位置如图2.2所示，在铸造自动造型生产线上砂箱经浇注、冷却、捅箱等操作后，空砂箱经小车转运，由分箱机进行上下分箱，再进入下一工序清扫、检测砂箱。分箱机主要由机架、开合手臂、机械手升降装置、分箱杠杆装置、辅助压箱机构、移箱装置以及控制系统、液压工作站等组成。分箱机结构示意图如图2.3所示图2.3 分箱机结构示意图1机架 2机械手 3砂箱定位装置 4上砂箱 5平板车 6机械手升降油缸 7导向柱 8分箱杠杆装置9连接铰链 10辅助压箱机构11导柱 12移箱装置13连箱挂钩 14下砂箱
13、15滚轮工作原理：上下砂箱经过上一道工序，由平板车运输到分箱机；经过光电传感器检测完成定位，然后辅助压箱机构执行动作压紧下砂箱；到达上砂箱定位孔时，机械手砂箱定位装置对砂箱进行精确定位；机械手放松、下降，分箱杠杆装置拨开连箱挂钩；机械手吊臂滚轮带动上砂箱上升，机械手砂箱定位装置收回复位；到达上导轨同一水平位置时，移箱装置动作将砂箱运输到上导轨上面进入后续工序；然后机械手返回原来位置，下降到下砂箱定位孔位置，机械手砂箱定位装置对砂箱进行精确定位，机械手吊臂滚轮带动下砂箱上升，机械手砂箱定位装置收回复位，到达上导轨同一水平位置时，移箱装置动作将砂箱运输到上导轨上面进入后续工序；从而完成了上下砂箱分
14、箱。 由于时间关系，对液压、电气控制系统，不做具体设计。第三章 分箱机械手的设计3.1手臂的设计要求手臂的设计应满足以下要求：(1) 手臂的结构和尺寸应满足机械手完成作业任务提出的工作空间要求。手臂间应具有一定的开闭角，两手臂张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手臂的开闭角。手臂的开闭角应保证工件能顺利进入或脱开，若夹持不同尺寸的工件，应按最大尺寸的工件考虑。根据砂箱尺寸规格，确定了手臂的尺寸规格如图3.1所示，闭合尺寸为980mm,手臂两固定转轴之间距离为680mm,采用4挂臂机械手，前后两组挂臂间的距离为615mm。图3.1手臂尺寸规格（2）具有足够的强度和刚度，考虑被抓取对象的要求；根
15、据手臂所受载荷和结构的特点，合理选择手臂截面形状。尽量减小手臂重量和相对其关节回转轴的转动惯量和偏重力矩，以减小驱动装置的负荷：减少运动的动载荷与冲击，提高手臂运动的响应速度。手臂除受到被夹持砂箱的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形，当应尽量使结构简单紧凑，自重轻，并使手部的中心在手臂的回转轴线上，以使手臂的扭转力矩最小为佳。手臂的截面形状如图3.2所示图3.2手臂结构图1- 挂臂2-挂臂固定板3-加强筋4-下固定板5-挂臂连接板挂臂绕固定转轴张开和闭合，前后两组挂臂由挂臂固定板和挂臂连接板连接，保证了挂臂的刚度和挂臂运动的同步性，提高了其开合精度。 (3) 具有足够的握力(即夹紧力) 在确定手臂的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落口。 由于处于铸造车间温度高振动大，环境恶劣，且砂箱重量大，所以选用高压
