油泵凸轮轴机械手毕业设计.docx

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油泵凸轮轴机械手毕业设计

摘要

随着工业自动化的发展，工业机械手的应用越来越普遍，已被广泛地应用于各行各业中。

本文主要针对用于油泵凸轮轴自动线上，在相邻工位间搬运工件的机械手即油泵凸轮轴加工自动线送料机械手进行设计。

首先，简要介绍了机械手的基本概念、机械手的组成和分类，以及工业机械手的简史和发展趋势。

其次，本文通过油泵凸轮轴加工自动线送料机械手的动作分析，确定了机械手的坐标形式、自由度和驱动机构，确定了机械手的主要技术参数；完成了油泵凸轮轴自动线送料机械手的总体方案设计。

再次，完成了机械手的手部、臂部和机身的结构设计。

最后，通过对机械手的动作行程分析，完成了机械手的液压缸设计和液压元件的选择；设计了可满足机械手循环动作要求的液压系统原理图和电气控制图。

本设计采用西门子公司的可编程控制器S7-200来控制机械手的移动。

关键字：

机械手，凸轮轴，液压系统，可编程控制器（PLC）

Abstract

Withthedevelopmentofindustrialautomation,theindustrialmanipulatorsareusedwidely.Theyareappliedinkindsofindustry.Themainideaofthisarticleisthedesignofmanipulatortomovingworkpiecesbetweenadjacentworkingposition,thatisthedesignofautomaticproductionlineforcamshaftpumpfeedingrobot.

Firstly,itintroducedbrieflythebasicconceptoftherobot,thecompositionandclassificationofrobot,thedevelopmenthistoryofindustrialrobotsanddevelopmenttrendsofindustrialrobots.Secondly,toanalyzingtheprocessofautomaticproductionlineforcamshaftpumpfeedingrobot,Ihavedeterminedthecoordinatesform，thenumberoffreedomanddrivemechanismtheofmanipulator,identifiedthemaintechnicalparametersofmechanicalhand,completedtheoveralldesignofautomaticlinefeedpumpcamshaftmechanicalhand.Thirdly,Ihavecompletedthestructuredesignofhand,armandbody.Finally,throughanalysingthemovementofmechanicalhand,Ihavecompletedthedesignofhydrauliccylindersandthechoiceofhydrauliccomponents;Ihavedesignedschematicdiagramofhydraulicsystemtomeettherequirementsofmanipulator'sloopmovement.ThisprojectadoptS7-200，madebySiemens，tocontrolthemovementofmanipulator。

Keywords:

Manipulator，Camshaft，Hydraulicsystem，ProgrammableLogicController（PLC）

摘要Ⅰ

AbstractⅡ

第1章绪论1

1.1前言1

1.2工业机械手的简史1

1.3机械手的组成和分类2

1.3.1机械手的组成2

1.3.2机械手的分类2

1.4工业机械手的发展趋势4

第2章机械手总体设计方案6

2.1机械手基本形式的选择6

2.2机械手的主要部件及运动6

2.3驱动装置的选择6

2.4机械手的技术参数6

第3章手部、臂部的结构设计7

3.1手部结构设计7

3.1.1手部设计的基本要求7

3.1.2手抓类型及夹紧装置的选择8

3.1.3手部夹紧力的计算9

3.2臂部结构设计10

3.2.1臂部设计原则10

3.2.2臂部具体设计方案及计算11

第4章驱动控制系统设计17

4.1各种驱动类型的特点17

4.2机械手驱动系统的选择原则17

4.3液压系统简介18

4.3.1液压系统的工作原理18

4.3.2液压传动的工作特性18

4.3.3液压系统的组成18

4.3.4液压系统的优、缺点19

4.4拟定液压系统原理图19

4.5压缸主要参数的确定22

4.6液压元件的选择24

4.6.1动力元件——液压泵24

4.6.2控制元件——方向阀、压力阀24

4.6.3辅助元件25

4.7液压元件的密封26

4.7.1密封件的作用及其意义26

4.7.2密封件和密封装置的设计选用26

第5章PLC控制系统28

5.1PLC组成及其应用28

5.1.1PLC的组成28

5.1.2PLC工作原理及其特点29

5.1.3PLC的应用30

5.2PLC控制方案分析30

5.2.1对PLC的选取30

5.2.2系统的整体设计分析31

5.3PLC软件系统设计34

5.3.1程序的总体结构34

5.3.2公用程序34

5.3.3手动程序35

5.3.4自动程序36

5.4系统调试41

总结42

参考文献43

致谢44

第1章绪论

1.1前言

用于再现人手功能的技术装置称为机械手。

机械手是模仿人手的部分动作，按照给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。

在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。

生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:

可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。

因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用。

机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。

随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。

由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。

1.2工业机械手的简史

现代工业机械手起源于20世纪50年代初，是基于示教再现和主从控制方式、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化产品。

机械手首先从美国开始研制，1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。

在此基础上美国通过不断改进完善，研制出一系列新的机械手，美国的研制十分注意提高机械手的可靠性，改进结构，降低成本。

德国从1970年开始再制造行业应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。

日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。

自1969年从美国引进二种典型的机械手后，便开始大力进行机械手的研究。

据报道，1979年从事机械手研究工作的大专院校、研究单位多达50多个；1979年日本机械手的产值达到443亿日元，产量为14535台。

使用机械手最多的行业是汽车工业，其次是电机、电器和电子行业。

到目前在日本工作的工业机械手已有100万台左右。

目前随着电子计算机和电信设备的不断发展，工业机械手应用也不断扩大，正逐步发展成为柔性制造系统FMS（FlexibleManufacturingSystem）和柔性制造单元FMC（FlexibleManufacturingCell）中的重要一环。

1.3机械手的组成和分类

1.3.1机械手的组成

工业机械手由执行机构、驱动机构和控制系统三部分组成。

（一）执行机构

机械手的执行机构主要包括：

手部、腕部、臂部和机身。

1、手部直接与工件接触的部分，一般为回转式或平动式。

手部多为两指（也有多指），更具需要可分为外抓式和内抓式两种。

传力机构主要包括：

杠杆式、齿轮齿条式、四缸落幕式、弹簧式和重力式。

2、腕部是连接手部和臂部的部件，可以用来调节被抓物体的方位，以扩大机械手的动作范围。

对于一些动作较为简单的专用机械手，为简化结构，可以不设腕部，直接用臂部运动驱动手部搬运工件。

3、臂部它的作用是支撑腕部和手部（包括工具或卡具），并带动它们做空间运动。

臂部的各种运动通常用驱动机构（如液压缸或气缸）和各种传动机构来实现。

它的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小和定位精度直接影响机械手的工作性能。

（二）驱动机构

驱动机构是工业机械手的重要组成部分。

根据动力源的不同，工业机械手的驱动机构大致可以分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。

采用液压机构驱动的机械手，结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便。

（三）控制系统

机械手的控制分为点动控制和连续控制两种方式。

大多采用插销板进行点位控制，也有采用微机进行程序控制的。

控制系统主要控制的是坐标位置，并注意其加速度特性。

1.3.2机械手的分类

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。

（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，适用于大附属，如自动机床、自动线的上、下料机械手和‘加工中心”批量的自动化生产的自动换刀机械手。

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。

通过调整可在不同场合使用，驱动系统和性能范围内，其动作程序是可变的，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:

简易型以“开一关”式控制定位，只能是点位控制:

伺服型具有伺服系统定位控制系统，可以点位控制，也可以实现连续轨迹控制，一般的伺服型通用机械手属于数控类型。

（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。

若机械手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。

2、液压传动机械手是以压缩液压油的压力来驱动执行机构运动的机械手。

其主要特点是:

介质来源极为方便，输出力小，液压动作迅速，结构简单，成本低。

但是，