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1、摘 要在对工业机械手总体构思和结构分析的基础上，结合上下料机械手的给定要求和功能，对机械手结构进行了系统的分析、设计和计算，并拟定了整体驱动系统和控制系统。 采用机电一体化设计思想，充分考虑机、电、软、硬件各自特点进行互补优化，对机械手整体结构、传动系统、驱动装置和控制系统进行了分析和设计。在结构设计的过程中结合以往机械设计的经验确定了机械手的详细尺寸。在标准件的应用中，充分考虑实际情况和标准件的应用准则进行了选用。由于该机械手采用液压驱动，在油路的布置和规划中结合机械制造的基础，不但使油路符合制造的可行性，而且将油路布置成空间结构，是机械手的结构更加简洁和紧凑。 在传动系统和驱动装置的设计中
2、，结合各个液压缸的动作，对液压油的流量和压力进行了分析，结合液压原理中各种常用回路的功能和各液压元件的选用原则，制定出了一套完整的液压系统。 在控制系统的设计过程中，采用PLC可编程控制器作为控制主机，行程开关的开合作为中间动作信号，在加上PLC内部延时继电器的使用对该机械手进行了编程，提出了一份有不同功能模块的梯形图。 通过以上各部分的工作，得出了实用化、高可靠性通用机械手的设计方案，对其他类型的数控系统的设计也有一定的借鉴价值。 关键词：机械手；结构设计；驱动系统；PLC 。AbstractCamshaft grinding machine from top to bottom mater
3、ialmanipulator design The industry manipulator overall idea and in structure analysiss foundation, in the union the yummy treats manipulator assigns the request and the function, has carried on systems analysis, the design and the computation to the manipulator structure, and has drawn up the whole
4、driving system and the control system. uses the integration of machinery design concept, the full consideration machine, the electricity, the software and hardware respective characteristic carry on the supplementary optimization, to the manipulator overall construction, the transmission system, the
5、 drive and the control system has carried on the analysis and the design.Unified in structural designs process formerly the machine design the experience to determine manipulators detailed size. In the standard letter application, the full consideration actual situation and the standard letter appli
6、cation criterion carried on has selected. Because this manipulator uses the hydraulic pressure actuation, unifies machine manufactures foundation in the oil duct arrangement and the plan, not only causes the oil duct to conform to the manufacture feasibility, moreover arranges the oil duct the spati
7、al structure, is manipulators structure is more succinct and is compact.In the transmission system and in drives design, unifies each hydraulic cylinders movement, has carried on the analysis to the hydraulic fluid current capacity and the pressure, in the union hydraulic pressure principle each kin
8、d of commonly used return routes function and various hydraulic element selects the principle, formulated a set of complete hydraulic systemIn control systems design process, uses the PLC programmable controller achievement to control the main engine, the limit switch opens and closes takes the midd
9、le operation signal, was adding on the PLC interior timing relays use to carry on the programming to this manipulator, proposed had the different functional module trapezoidal chart.Through the above various part of work, has obtained practical, the redundant reliable general-purpose manipulators de
10、sign proposal, also has to other types numerical control systems design certainly profits from the value.Keywords : manipulator、structural design、drive system、PLC36目 录摘要1AbstractII1 绪论11.1机械手简介及其应用12 凸轮轴磨床上下料机械手的总体设计42.1机械手的组成及各部分关系概述42.1.1执行机构42.1.2驱动机构52.1.3控制系统62.2总体方案拟定62.3凸轮轴上下料机械手的主要技术参数73 凸轮轴
11、磨床上下料机械手机械系统设计93.1 手部93.1.1手部结构设计93.2 腕部133.3 臂部143.1.1手臂伸缩缸的结构设计143.1.2手臂伸缩缸的设计计算143.2.1 手臂回转缸结构设计193.2.2手臂回转力矩的计算213.2.3手臂回转缸的设计计算224 凸轮轴磨床上下料机械手的液压驱动系统设计254.1程序控制机械手的液压系统254.2液压系统传动方案的确定264.2.1各液压缸的换向回路264.2.2调速方案264.2.3减速缓冲回路274.2.4液压系统的合成和完善285 凸轮轴磨床上下料机械手的PLC控制设计305.1输入输出接口端子分配图305.2状态流程图31图5-
12、2325.3控制面板图325.4控制梯形图32结束语36致谢37参考文献381 绪论机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备，是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。工业机械手的发展离不开工业自动化的需要和发展。工业机械手作业与周围环境有很强的交互作用，这与数控机床之类的设备有明显的不同。机电一体化是以电子技术特别是微电子技术为主导的多种新兴技术与机械技术交叉、融合而成的一中综合性的高技术。机械手就是通过
13、这种技术产生出来的机电一体化产品，它在工业、农业、国防、医疗卫生、办公自动化以及生活服务等许多领域获得越来越多的应用。 1.1研究背景1.建造旋转体零件（轴类、盘类、环类）自动线 一般都采用机械手在机床之间传送工件。国内已建成的这类自动线很多，如沈阳手泵厂的深井泵轴承体加工自动线（环类），大连电机厂的4号和5号电动机轴加工自动线（轴类），上海拖拉机齿轮厂的齿坯加工自动线（盘类）等。 加工箱体类零件的组合机床自动线，一般采用随行夹具传送工件，也有采用机械手的，如上海动力机厂的汽缸盖加工自动线转位机械手。 2.在实现单机自动化方面 1）各类半自动车床，有自动夹紧、进刀、切削、退刀和松开的功能，但仍
14、需人工上下料；装上机械手，可实现全自动生产，一人看管多台机床。目前，机械手在这方面应用最多，如上海柴油机厂的曲拐自动车床和座圈自动车床机械手，大连第二机床厂的自动循环液压仿形车床机械手，沈阳第三机床厂的Y38滚齿机械手，青海第二机床厂的滚铣花键机床机械手等。由于这方面使用已有成熟的经验，国内一些机床厂已在这类机床产品出厂时就附上机械手，或为用户自行安装机械手提供条件。 2）注塑机有加料、合模、成型、分模等自动工作循环，装上机械手自动装卸工件，可实现全自动生产。 3）冲床有自动上下料冲压循环，装上机械手上下料，可实现冲压生产自动化。目前机械手在冲床上应用有两个方面：一是160t以上的冲床用机械手
15、的较多。如沈阳低压开关厂200t冲床磁力起动器壳体下料机械手和天津拖拉机厂400t冲床的下料机械手等;一是用于多工位冲床，用作冲压件工位间步进，如上海第二汽车配件厂的灯壳冲压生产线机械手（生产线中有两台多工位冲床）和天津二轻局技术研究所制作的12t和40t多工位冲床机械手等。 3.铸、锻、焊、热处理等热加工方面 在模锻方面，国内大批量生产的3t、5t、10t模锻锤，其所配的转底炉，用两只机械手成一定角度布置在炉前，实现进出料自动化。上海柴油机厂、北京内燃机厂、洛阳拖拉机厂等已有较成熟的经验。 总的来说，工业机械手满足了社会生产的需要，其主要特点是： 1）对环境的适应性强，能代替人从事危险、有害的操作，在长时间工作对人体有害的场所，机械手不受影响，只要根据工作环境进行合理设计，选择适当的材料和结构，机械手就可以在异常高温或低温、异常压力和有害气体、粉尘、放射线作用下，以及冲压、灭火等危险环境中胜任工作。 为了谋求操作安全和彻底防止公害，在工伤事故多的工种，如冲压、压铸、热处理、锻造、喷漆以及有强烈紫外线照射的电弧焊等作业中，推广工业机械手或机器人。 2）机械手能持久、耐劳，可以把人从繁重单调的劳动中解放出来，并能扩大和延伸人的功能。人在连续工作几小时后，总会感到疲劳或厌倦，而机械手只要注意维护、检修，即能胜任长时间的单调重复劳动。 3）由于机械手
