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题目：立式精锻机自动上料机械手设计专业：机械设计制造及其自动化学号：姓名：指导教师：学习中心：青岛科技大学机电工程学院二零一二年十月题目立式精锻机自动上料机械手设计题目类型：工程设计√技术专题研究理论研究软硬件产品开发1．毕业设计（论文）的主要内容及基本要求1）、规格参数：抓重:60公斤；自由度数:4个；坐标型式:圆柱坐标；最大工作半径:1700毫米；手臂最大中心高:2300毫米手臂运动参数:手臂伸缩范围:0～500毫米；手臂伸缩速度:伸出176毫米/秒，缩回233毫米/秒；手臂升降范围:0～600毫米；手劈升降速度:上升102豪米/秒，下降152毫米/秒；手臂回转范围:0°～200°(实际使用为95°)；手臂回转速度:63°/秒手腕运动参数：手腕回转范围:0°～180°；手腕回转速度：201°/秒手指夹持范围：Φ30～Φ120毫米驱动方式:液压2）、设计要求：（1）、全部设计图纸用AutoCAD绘制；（2）、设计说明书1份（40页以上）。2．指定查阅的主要参考文献及说明（1）机械零件设计手册（2）工业机械手图册（3）机械设计手册（4）其他相关参考资料3．进度安排设计（论文）各阶段名称起止日期1查阅相关参考资料，完成开题报告2011.9.10—2011.9.302结构设计2011.10.1—2011.10.83编写设计说明书2011.10.10—2011.11.54毕业设计（论文）的修改、答辩的准备2011.11.10—2011.12.1指导教师：年月日学院审查意见：审批人：年月日诚信承诺一、本设计是本人独立完成；二、本设计没有任何抄袭行为；三、若有不实，一经查出，请答辩委员会取消本人答辩（评阅）资格。承诺人：年月日摘要本文介绍了立式精锻机自动上料机械手与其它设备的配置关系及工作过程，并对机械手的动作进行了分析，详细论述了机械手总体方案的设计，特别是对实现预期要求动作的各种方案进行了比较分析，进而得出最终方案。根据手臂的动作要求，采用圆柱坐标型机械手；机械手的自由度数为四个，它们是大臂的升降和回转运动，小臂的伸缩运动，手腕的回转运动；机械手手部结构采用两支点回转型；机械手驱动方式采用液压驱动。控制方式为点位程序控制。本次设计主要进行大臂升降及回转机构设计、手臂及伸缩结构设计、手部结构设计，并且对液压系统进行理论分析和比较。关键词：双作用式油缸；点位控制；液压系统；结构设计目录第一章绪论………………………………………………………………………………91.1机械手的基本概念……………………………………………………………………91.2机械手的分类及简史…………………………………………………………………101.2.1机械手的分类…………………………………………………………………101.2.2机械手的简史…………………………………………………………………101.3机械手的应用简况…………………………………………………………………101.4机械手的发展趋势…………………………………………………………………111.5机械手的组成………………………………………………………………………121.5.1.执行机构………………………………………………………………………121.5.2.驱动机构………………………………………………………………………121.5.3.控制系统………………………………………………………………………121.6应用机械手的意义……………………………………………………………………12第二章系统设计方案………………………………………………………………132.1机械手的设计参数…………………………………………………………………132.2机械手的工艺流程…………………………………………………………………142.3机械手的工作过程……………………………………………………………………142.4机械手的总体结构……………………………………………………………………142.5机械手的坐标型式与自由度…………………………………………………………152.6机械手的手部结构方案设计…………………………………………………………152.7机械手的手腕结构方案设计…………………………………………………………162.8机械手的手臂结构方案设计…………………………………………………………162.9机械手的驱动方案设计………………………………………………………………162.10机械手的控制方案设计………………………………………………………………16第三章机械手各机构设计………………………………………………………173.1手部设计计算…………………………………………………………………………173.1.1手部设计要求………………………………………………………………………173.1.2拉紧装置设计………………………………………………………………………183.2腕部设计计算………………………………………………………………………193.2.1计算扭矩M1………………………………………………………………………193.2.2油缸（伸缩）及其配件的估算扭矩M2………………………………………………203.2.3摆动缸的摩擦力矩M摩……………………………………………………………203.3手臂伸缩机构设计……………………………………………………………………213.4机身和机座的设计计算……………………………………………………………233.4.1电机的选择……………………………………………………………………233.4.2减速器的选择…………………………………………………………………243.4.3螺杆的设计与校核…………………………………………………………………26第四章机械手的液压部分………………………………………………………274.1液压系统简介………………………………………………………………………274.1.1液压系统的工作原理……………………………………………………………274.1.2液压传动的工作特性……………………………………………………………274.1.3液压系统的组成…………………………………………………………………284.1.4液压系统的优、缺点……………………………………………………………284.2自动上料机械手液压系统……………………………………………………………294.3大臂升降油缸…………………………………………………………………………324.3.1工作载荷的计算…………………………………………………………………324.3.2主要尺寸的确定…………………………………………………………………324.3.3校核……………………………………………………………………………324.4液压缸主要部件的设计和材料选择………………………………………………334.4.1缸筒…………………………………………………………………………334.4.2活塞…………………………………………………………………………334.4.3缸盖及活塞杆导向套…………………………………………………………334.4.4活塞杆…………………………………………………………………………334.5液压缸的缓冲、排气与密封……………………………………………………………34总结…………………………………………………………………………………………35致谢…………………………………………………………………………………………36参考文献…………………………………………………………………………………37第一章绪论机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。工业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。工业机械手的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。机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。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已成为高技术邻域内，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。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。机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。1.1机械手的基本概念机械手（又称机器人，机械人，英文名：Robot）,机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工件或操纵工具的自动化装置。我国国家标准(GB/T12643-90)对机械手的定义:“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体，或进行其它操作的机械装置。1.2机械手的分类及简史工业机械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无统一的分类标准，在此暂按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。1.2.1机械手的分类（一）按用途分机械手可分为专用机械手和通用机械手两种：1、专用机械手它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点，适用于大批量的自动化生产的自动换刀机械手，如加工中心。2、通用机械手它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。格性能范围内，其动作程序是可变的，通过调整可在不同场合使用，驱动系统和控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型两种。(二)按驱动方式分1、液压传动机械手是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。2、气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质李源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。3、机械传动机械手即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱动的机械手。它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准确可靠，用于工作主机的上、下料。动作频率大，但结构较大，动作程序不可变。4、电力传动机械手即有特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动的械手，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前途。(三)按控制方式分1、点位控制它的运动为空间点到点之间的移动，只能控制运动过程中几个点的位置，不能控制其运动轨迹。2、连续轨迹控制它的运动轨迹为空间的任意连续曲线，其特点是设定点为无限的，整个移动过程处于控制之下，可以实现平稳和准确的运动，并且使用范围广，但电气控制系统复杂。1.2.2机械手的简史机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。它的结构是：机体上安装一个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形的。1962年，美国联合控制