立式精锻机自动上料机械手及其控制系统设计.doc
- 文档编号:97229
- 上传时间:2022-10-02
- 格式:DOC
- 页数:57
- 大小:1.15MB
立式精锻机自动上料机械手及其控制系统设计.doc
《立式精锻机自动上料机械手及其控制系统设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《立式精锻机自动上料机械手及其控制系统设计.doc(57页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
扬州市职业大学
毕业设计(论文)
设计(论文)题目:
立式精锻机自动上料机械手
及其控制系统设计
系别:
机械工程系
专业:
机械制造与自动化
班级09机械
(2)班
姓名:
唐国军
学号:
0901010224
指导老师:
南丽霞
完成时间:
12年05月
目录
摘要 1
第一章绪论 2
1.1机械手的基本概念 2
1.2机械手的分类及简史 2
1.2.1机械手的分类 3
1.2.2机械手的简史 4
1.3机械手的应用简况 5
1.4机械手的发展趋势 5
1.5机械手的组成 6
1.5.1.执行机构 6
1.5.2.驱动机构 7
1.5.3.控制系统 8
1.6应用机械手的意义 8
第二章系统设计方案 10
2.1机械手的设计参数 10
2.2机械手的工艺流程 11
2.3机械手的总体结构 11
2.4机械手的工作过程 11
2.5机械手的座标型式与自由度选择 13
2.6机械手的手部结构方案设计 13
2.7机械手的手腕结构方案设计 13
2.8机械手的手臂结构方案设计 13
2.9机械手的驱动方案设计 13
2.10机械手的控制方案设计 13
第三章机械手结构设计 14
3.1机械手手部设计计算 14
3.1.1手部设计要求 14
3.1.2拉紧装置设计 15
3.2腕部设计计算 16
3.2.1计算扭矩M1 17
3.2.2油缸(伸缩)及其配件的估算扭矩M2 17
3.2.3摆动缸的摩擦力矩M摩 17
3.3手臂伸缩机构设计 18
3.4机身和机座的设计计算 20
3.4.1电机的选择 20
3.4.2减速器的选择 21
3.4.3螺杆的设计与校核 22
第四章机械手的液压系统设计 24
4.1液压系统简介 24
4.1.1液压系统的工作原理 24
4.1.2液压传动的工作特性 24
4.1.3液压系统的组成 24
4.1.4液压系统的优、缺点 25
4.1.5液压传动的主要缺点:
25
4.2自动上料机械手液压系统 26
4.2.1.机械手的动作顺序 26
4.2.2.液压控制原理 26
4.3大臂升降油缸设计计算 30
4.3.1工作载荷的计算 30
4.3.2主要尺寸的确定 30
4.4液压缸主要部件的设计和材料选择 31
4.4.1缸筒 31
4.4.2活塞 32
4.4.3缸盖及活塞杆导向套 32
4.5液压缸的缓冲、排气与密封 32
第五章机械手的PLC控制设计 33
5.1PLC的简介 33
5.1.1PLC的基本组成 33
5.1.2PLC的工作过程 36
5.2可编程序控制器的选择及工作过程 38
5.2.1可编程序控制器的选择 38
5.2.2可编程序控制器的工作过程 38
5.3机械手控制系统设计 39
5.3.1PLC控制系统设计 39
5.3.2PLC程序设计 41
总结 51
参考文献 52
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
1
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。
机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力,在国民经济领域有着广阔的发展前景。
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。
机械手虽然目前还不如人手那样灵活,但它具有能不断重复工作和劳动,不知疲劳,不怕危险,抓举重物的力量比人手力大的特点,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。
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,如自动机床、自动线的上、下料机械手和“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:
简易型以“开一关”式控制定位,只能是点位控制:
可以是点位的,也可以实现连续轨迹控制,伺服型具有伺服系统定位控制系统,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、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。
若欲控制的点数多,则必然增加电气控制系统的复杂性。
目前使用的专用和通用工业机械手均属于此类。
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。
这类工业机械手一般采用小型计算机进行控制。
1.2.2机械手的简史
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,美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。
商名为Unimate(即万能自动)。
运动系统仿照坦克炮塔,臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动;控制系统用磁鼓作为存储装置。
不少球坐标通用机械手就是在这个基础上发展起来的。
同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司,专门生产工业机械手。
1962年美国机械制造公司也实验成功一种叫Vewrsatran机械手。
该机械手的中央立柱可以回转、升降采用液压驱动控制系统也是示教再现型。
虽然这两种机械手出现在六十年代初,但都是国外工业机械手发展的基础。
1978年美国Unimate公司和斯坦福大学,麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vicarm型工业机械手,装有小型电子计算机进行控制,用于装配作业,定位误差小于±1毫米。
联邦德国机械制造业是从1970年开始应用机械手,主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。
联邦德国KnKa公司还生产一种点焊机械手,采用关节式结构和程序控制。
日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。
自1969年从美国引进两种机械手后大力从事机械手的研究。
前苏联自六十年代开始发展应用机械手,至1977年底,其中一半是国产,一半是进口。
目前,工业机械手大部分还属于第一代,主要依靠工人进行控制;改进的方向主要是降低成本和提高精度。
第二代机械手正在加紧研制。
它设有微型电子计算控制系统,具有视觉、触觉能力,甚至听、想的能力。
研究安装各种传感器,把感觉到的信息反馈,是机械手具有感觉机能。
第三代机械手则能独立完成工作中过程中的任务。
它与电子计算机和电视设备保持联系,并逐步发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中的重要一环。
1.3机械手的应用简况
现代工业中,生产过程的机械化,自动化已成为突出的主题。
化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。
但在机械工业中,加工、装配等生产是不连续的。
因此,装卸、搬运等工序机械化的迫切性,工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。
有资料统计:
美国偏重于毛坯生产,日本偏重于机械加工。
随着机械手技术的发展,应用的对象还会有所改变。
机械手在锻造工业中的应用能进一步
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 立式 精锻机 自动 机械手 及其 控制系统 设计