《機(jī)床上下料機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)—課程設(shè)計(jì)論文.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《機(jī)床上下料機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)—課程設(shè)計(jì)論文.doc（27頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 課程設(shè)計(jì)名稱 液壓與氣壓傳動課程設(shè)計(jì) 專 業(yè) 機(jī)械制造及自動化 目 錄1.緒論1 1.1機(jī)械手簡介1 1.1.1機(jī)械手概述1 1.1.2國內(nèi)外機(jī)械手的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1 1.1.3基本工作過程2 1.2液壓控制系統(tǒng)的特點(diǎn)32.液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4 2.1液壓系統(tǒng)簡介4 2.2液壓系統(tǒng)的組成4 2.3 液壓系統(tǒng)原理4 2.4 液壓系統(tǒng)的工況分析5 2.5 機(jī)械手液壓系統(tǒng)的控制回路5 2.6 擬定液壓傳動系統(tǒng)工作原理圖8 2.7 液壓元件簡介和選型10 2.7.1 液壓元件簡介10 2.7.2 液壓元件的選型113.電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)16 3.1 主電路的設(shè)計(jì)與元件的選用1
2、6 3.2 擬定I/O接線圖204.設(shè)計(jì)總結(jié)22摘要: 在機(jī)械制造業(yè)中，機(jī)械手己被廣泛應(yīng)用，大大地改善了工人的勞動條件，顯著地提高勞動生產(chǎn)率，加快了實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐。機(jī)械手能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動操作裝置。本文介紹了一種組合機(jī)床上下料機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。本文的機(jī)械手由液壓系統(tǒng)驅(qū)動，選擇用PLC進(jìn)行控制。液壓傳動系統(tǒng)的特點(diǎn)是運(yùn)行平穩(wěn)，壽命長；容易實(shí)現(xiàn)自動化；布置較靈活。PLC控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)；易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎；建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造；體積小重量輕，能
3、耗低。本文選定拖動方案為液壓傳動，對液壓傳動系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行了分析，介紹了本題所用的液壓系統(tǒng)的組成，擬定了液壓原理圖。通過本次的設(shè)計(jì)，我對液壓傳動系統(tǒng)有了更深層的了解，為以后這方面的工作與學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞: 機(jī)械手;液壓缸1 緒論在工業(yè)生產(chǎn)線中，機(jī)械手具有很廣泛的用途。它是工作抓取和裝配系統(tǒng)中的一個重要組成部分。它的基本作用是從指定位置抓取工件運(yùn)送到另一個指定的位置進(jìn)行裝配。機(jī)械手臂代替了人土的繁雜勞動，并且操作精度高，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。 1.1 機(jī)械手簡介 1.1.1 機(jī)械手概述圖1-1 自動上下料機(jī)械手 機(jī)械手的組成:能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)
4、物件或操作工具的自動操作裝置。如圖1-1它可代替人的繁重勞動以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕上和原子能等部門。機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件(或工具)的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(擺動)、移動或復(fù)合運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動方式，稱為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。
5、自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣在工業(yè)生產(chǎn)線中，機(jī)械手具有很廣泛的用途。它是工作抓取和裝配系統(tǒng)中的一個重要組成部分。它的基本作用是從指定位置抓取工件運(yùn)送到另一個指定的位置進(jìn)行裝配。機(jī)械手臂代替了人土的繁雜勞動，并且操作精度高，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。 機(jī)械手的組成:能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕上和原子能等部門。 1.1.2 國內(nèi)外機(jī)械手的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 目前工業(yè)機(jī)械手主要用于機(jī)床加工、鑄造、熱處理等方面，無論
6、數(shù)量、品種和性能方而還是不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要。 在國內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，重點(diǎn)發(fā)展鑄造、熱處理方而的機(jī)械手，以減輕勞動強(qiáng)度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)以及根據(jù)不同類型的加緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類型的基加緊機(jī)構(gòu)，即可組成不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)計(jì)制造，有便于更換上件，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機(jī)械手的作用。 此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺
7、等性能的機(jī)械手，并考慮與計(jì)算機(jī)連用，逐步成為整個機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。 在國外機(jī)械制造業(yè)中工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機(jī)床、橫鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。 此外，國外機(jī)械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機(jī)械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時，即能更正井自行檢測，重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績。 視覺功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測距儀(即距離傳感器)以及微型計(jì)算機(jī)。工作是電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號，然后送給計(jì)算機(jī)，以便分析物體的種
8、類、大小、顏色和位置，并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。 觸覺功能即是在機(jī)械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機(jī)械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通過裝在手指內(nèi)的敏感元件來控制，達(dá)到自動調(diào)整握力的大小?？傊S著傳感技術(shù)的發(fā)展機(jī)械手裝配作業(yè)的能力也將進(jìn)一步提高。 更重要的是將機(jī)械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。 1.1.3 基本工作過程如圖為機(jī)械手運(yùn)動圖，機(jī)械手的動作過程：手臂順時針旋轉(zhuǎn)手臂下降手臂右行手腕順時針旋轉(zhuǎn)夾緊工件手臂左行手臂上升手臂逆時針旋轉(zhuǎn)手腕逆時針旋轉(zhuǎn)松開工件回
9、原點(diǎn)（手腕順時針旋轉(zhuǎn)手臂左行手臂上升手臂順時針旋轉(zhuǎn)） 1.2 液壓控制系統(tǒng)的特點(diǎn)1 液壓元件的布置不受嚴(yán)格的空間位置限制，系統(tǒng)中各部分用管道連接，布局安裝有很大的靈活性，能構(gòu)成用其他方法難以組成的復(fù)雜系統(tǒng)。2 可以在運(yùn)動過程中實(shí)現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速。3 液壓傳動運(yùn)動均勻平穩(wěn)，易于實(shí)現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向。4 操作控制方便、省力，易于實(shí)現(xiàn)自動控制、中遠(yuǎn)程距離控制、過載保護(hù)。5 液壓元件標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化程度較高，有利于縮短機(jī)器的設(shè)計(jì)、制造周期和降低制造成本2 液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1 液壓系統(tǒng)簡介 機(jī)械手的液壓傳動是以有壓力的油液作為傳遞動力的工作介質(zhì)。電動機(jī)帶動油泵輸出壓力油，是將電動
10、機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能。壓力油經(jīng)過管道及一些控制調(diào)節(jié)裝置等進(jìn)入油缸，推動活塞桿運(yùn)動，從而使手臂作伸縮、升降等運(yùn)動，將油液的壓力能又轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。手臂在運(yùn)動時所能克服的摩擦阻力大小，以及夾持式手部夾緊工件時所需保持的握力大小，均與油液的壓力和活塞的有效工作面積有關(guān)。手臂做各種運(yùn)動的速度決定于流入密封油缸中油液容積的多少。這種借助于運(yùn)動著的壓力油的容積變化來傳遞動力的液壓傳動稱為容積式液壓傳動，機(jī)械手的液壓傳動系統(tǒng)都屬于容積式液壓傳動。 2.2 液壓系統(tǒng)的組成 液壓傳動系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成： 油泵:它供給液壓系統(tǒng)壓力油，將電動機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能，用這壓力油驅(qū)動整個液壓
11、系統(tǒng)工作。 液動機(jī):壓力油驅(qū)動運(yùn)動部件對外工作部分。手臂做直線運(yùn)動，液動機(jī)就是手臂伸縮油缸。也有回轉(zhuǎn)運(yùn)動的液動機(jī)一般叫作油馬達(dá)，回轉(zhuǎn)角小于360的液動機(jī)，一般叫作回轉(zhuǎn)油缸（或稱擺動油缸）。 控制調(diào)節(jié)裝置:各種閥類，如單向閥、溢流閥、節(jié)流閥、調(diào)速閥、減壓閥、順序閥等，各起一定作用，使機(jī)械手的手臂、手腕、手指等能夠完成所要求的運(yùn)動。 2.3 液壓系統(tǒng)原理 它是由兩個大小不同的液缸組成的，在液缸里充滿水或油。充水的叫“水壓機(jī)”；充油的稱“油壓機(jī)”。兩個液缸里各有一個可以滑動的活塞，如果在小活塞上加一定值的壓力，根據(jù)帕斯卡定律，小活塞將這一壓力通過液體的壓力傳遞給大活塞，將大活塞頂上去。設(shè)小活塞的橫截
12、面積是S1，加在小活塞上的向下的壓力是F1。于是，小活塞對液體的壓強(qiáng)為P=F1/SI，能夠大小不變地被液體向各個方向傳遞。大活塞所受到的壓強(qiáng)必然也等于P。若大活塞的橫截面積是S2，壓強(qiáng)P在大活塞上所產(chǎn)生的向上的壓力F2=PxS2，截面積是小活塞橫截面積的倍數(shù)。從上式知，在小活塞上加一較小的力，則在大活塞上會得到很大的力，為此用液壓機(jī)來壓制膠合板、榨油、提取重物、鍛壓鋼材等。 2.4 液壓系統(tǒng)的工況分析機(jī)械手的自動工作循環(huán)是由控制線路控制液壓系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。圖2-1是一次工作進(jìn)給液壓系統(tǒng)圖，工作循環(huán)包括快進(jìn)、工進(jìn)、快退，可以完成機(jī)械手的機(jī)座旋轉(zhuǎn)，腰部升降，手臂伸縮，手腕旋轉(zhuǎn)，手爪夾緊等運(yùn)動，從而實(shí)
13、現(xiàn)上下料的目的。整個過程由plc系統(tǒng)控制，可實(shí)現(xiàn)手動、半自動、自動3種循環(huán)方式。圖2-1液壓工藝控制裝置要求 2.5 機(jī)械手液壓系統(tǒng)的控制回路 機(jī)械手的液壓系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)械手自由度的多少，液壓系統(tǒng)可繁可簡，但是總不外乎由一些基本控制回路組成。這些基本控制回路具有各種功能，如工作壓力的調(diào)整、油泵的卸荷、運(yùn)動的換向、工作速度的調(diào)節(jié)以及 同步運(yùn)動等。壓力控制回路 卸荷回路的作用和方法：在機(jī)械手各油缸不工作時或短時間不工作時，油泵電機(jī)又不停止工作的情況下，為減少油泵的功率損耗，節(jié)省動力，降低系統(tǒng)的發(fā)熱，使油泵在低負(fù)荷下工作。因?yàn)楸玫妮敵龉β实扔趬毫土髁康某朔e，因此卸載的方法有兩種，一種是將泵的出口直接
14、接回油箱，泵在零壓或接近零壓下工作；一種是使泵在零流量或接近零流量下工作。前者稱為壓力卸載，后者稱為流量卸載。此機(jī)械手采用二位二通電磁閥控制先導(dǎo)型溢流閥的卸載回路。當(dāng)先導(dǎo)型溢流閥通過二位二通電磁閥接通油箱時，泵輸出地油液以很低的壓力經(jīng)溢流閥回油箱，實(shí)現(xiàn)卸載。圖2-3 卸荷回路 平衡回路的功能在于使執(zhí)行元件的回游路上保持一定的背壓值，以平衡重力負(fù)載，使之不會因自重而自行下落。本設(shè)計(jì)采用單向順序閥的平衡回路，調(diào)整順序閥，使其開啟壓力與液壓缸下腔作用面積的乘積稍微大于垂直運(yùn)動部件的重力?；钊滦袝r，由于回油路上存在一定背壓支承重力負(fù)載，活塞將平穩(wěn)下落；換向閥處于中位，活塞停止運(yùn)動，不再繼續(xù)下行。此處
15、的順序閥又被稱作平衡閥。在這種平衡回路中，順序閥調(diào)整壓力調(diào)定后，若工作負(fù)載變小，系統(tǒng)的功率損失將增大。又由于滑閥結(jié)構(gòu)的順序閥和換向閥存在泄漏，活塞不可能長時間停在任意位置，故這種回路適用于工作負(fù)載固定且活塞閉鎖要求不高的場合。 速度控制回路 速度控制回路是討論液壓執(zhí)行元件速度的調(diào)節(jié)和變換的問題。單向節(jié)流閥（見圖2-4）是簡易的流量控制閥，在定量泵液壓系統(tǒng)中，節(jié)流閥和溢流閥配合，可組成三種節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，即進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)、回油路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)和旁路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)。節(jié)流閥沒有流量負(fù)反饋功能，不能補(bǔ)償由負(fù)載變化所造成的速度不穩(wěn)定，一般僅用于負(fù)載變化不大或?qū)λ俣确€(wěn)定性要求不高的場合。圖2-4 方向控制回
16、路1換向回路在機(jī)械手液壓系統(tǒng)中，為控制各油缸、馬達(dá)的運(yùn)動方向和接通或關(guān)閉油路，通常采用二位二通、二位三通、二位四通、三位四通電磁閥和電液動滑閥，由電控系統(tǒng)發(fā)出電信號，控制電磁鐵操縱閥芯換向，使油缸及油馬達(dá)的油路換向，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動和正反向轉(zhuǎn)動。這里選用二位四通（如圖2-5b）、三位四通（如圖2-5a）的換向閥。二位閥智能使執(zhí)行元件正反向運(yùn)動，而三位有中位，不同中位滑閥機(jī)能可使系統(tǒng)獲得不同性能。 （a） (b)圖2-5 方向控制回路 2鎖緊回路鎖緊回路的功能是通過切斷執(zhí)行元件的進(jìn)油、出油通道來使停在任意位置，并防止停止運(yùn)動后因外界因素而發(fā)生竄動。本設(shè)計(jì)采用的是在液壓缸兩側(cè)油路上都串聯(lián)一液控單向
17、閥形成互鎖，活塞可以在行程的任何位置上長期鎖緊，不會因外界原因而竄動。 2.6 擬定液壓傳動系統(tǒng)工作原理圖 圖2-6為機(jī)械手的液壓傳動系統(tǒng)工作原理圖。它由液壓油通過過濾器，液壓泵，溢流閥，壓力繼電器，進(jìn)入各并聯(lián)液路上的電磁閥，以控制液壓缸和手部動作。圖2-2 機(jī)械手液壓原理圖1.油箱 2.過濾器 3.液壓泵 4.三位四通電磁換向閥 5.二位四通電磁換向閥 6.單向節(jié)流閥 7.液壓馬達(dá) 8.行程開關(guān) 9.溢流閥 10.背壓閥液壓系統(tǒng)說明如下： 元件設(shè)計(jì)說明：在機(jī)械手工作中，立柱升降頻繁，為了節(jié)省能量，減少系統(tǒng)發(fā)熱，故選用雙聯(lián)齒輪泵，其中一個為小流量泵，另一個為大流量泵。設(shè)置過濾器，濾去油液中的雜
18、質(zhì)，防止油液的清潔，保證液壓系統(tǒng)正常工作。設(shè)置單向閥，防止系統(tǒng)的壓力沖擊，在泵不工作時防止系統(tǒng)的油液倒流經(jīng)泵回油箱。設(shè)置溢流閥，保證系統(tǒng)壓力恒定，限制其最高壓力。設(shè)置換向閥，使油箱接通或切斷而改變油流的方向。設(shè)置調(diào)速閥，保持液流速度的穩(wěn)定。設(shè)置背壓閥，防止液壓缸突然失去負(fù)載向前沖。 系統(tǒng)工作過程說明：啟動 按啟動按鈕，電磁鐵全部處于失電狀態(tài)，三位電磁閥處于中位。液壓泵啟動，從油箱1中抽油，通過過濾器2將油過濾，再經(jīng)過單向閥，油液進(jìn)入各電磁換向閥。 手臂左旋轉(zhuǎn)時，YA2得電油液經(jīng)過單向調(diào)速閥，液壓馬達(dá)左旋，當(dāng)碰到行程開關(guān)SQ5時，YA2失電油液封閉。進(jìn)油路：泵液控單向閥換向閥單向調(diào)速閥液壓馬達(dá)，
19、回油路：液壓馬達(dá)單向調(diào)速閥油箱。右旋時，YA3得電，換向閥換至右位，液壓馬達(dá)右旋，當(dāng)碰到SQ6行程開關(guān)停止旋轉(zhuǎn)。進(jìn)油路：泵液控單向閥換向閥單向調(diào)速閥液壓馬達(dá)?；赜吐罚阂簤厚R達(dá)單向調(diào)速閥油箱。手臂上升時，YA6得電油液經(jīng)過單向調(diào)速閥，液壓活塞桿伸出（上升），當(dāng)碰到行程開關(guān)SQ3時，YA6失電油液封閉,保持不動狀態(tài)。進(jìn)油路：泵液控單向閥換向閥單向調(diào)速閥活塞液壓缸，回油路：活塞液壓缸背壓閥單向調(diào)速閥換向閥油箱。下降時，YA7得電，換向閥換至右位，油液從右端進(jìn)入，液壓缸活塞桿收回，當(dāng)碰到SQ4行程開關(guān)時液壓缸停止運(yùn)動。進(jìn)油路：泵液控單向閥換向閥單向調(diào)速閥活塞液壓缸，回油路：活塞液壓缸單向調(diào)速閥換向閥油
20、箱。手臂伸出時，YA8得電，油液經(jīng)過單向調(diào)速閥，液壓活塞桿伸出，當(dāng)碰到行程開關(guān)SQ2時，YA8失電油液封閉，保持不動狀態(tài)。進(jìn)油路：泵液控單向閥換向閥單向調(diào)速閥活塞液壓缸。回油路：活塞液壓缸換向閥油箱。收縮時，YA9得電，換向閥換至右位，油液從右端進(jìn)入，液壓缸活塞缸收縮，當(dāng)碰到SQ1行程開關(guān)時液壓缸停止運(yùn)動。進(jìn)油路：泵液控單向閥換向閥活塞液壓缸?；赜吐罚夯钊簤焊讍蜗蛘{(diào)速閥換向閥油箱。手腕左旋轉(zhuǎn)時，YA4得電油液經(jīng)過單向調(diào)速閥，液壓旋轉(zhuǎn)缸左旋，當(dāng)碰到行程開關(guān)SQ8時，YA4失電油液封閉，保持不動狀態(tài)。進(jìn)油路,回油路同手臂回轉(zhuǎn)。右旋時，YA5得電，油液從右端進(jìn)入，液壓旋轉(zhuǎn)缸右旋，當(dāng)碰到SQ7形成開
21、關(guān)停止旋轉(zhuǎn)。夾緊和松開只有一個線圈的二位二通電磁閥經(jīng)由液壓系統(tǒng)完成驅(qū)動，線圈通電時工件被夾住，線圈斷開時工件被松開。 2.7 液壓元件簡介和選型 2.7.1 液壓元件簡介液壓元件分類動力元件：齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵。 執(zhí)行元件-液壓缸：活塞液壓缸、柱塞液壓缸、擺動液壓缸、組合液壓缸。 液壓馬達(dá)：齒輪式液壓馬達(dá)、葉片液壓馬達(dá)、柱塞液壓馬達(dá)。 控制元件-方向控制閥：單向閥、換向閥。 壓力控制閥：溢流閥、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等。 流量控制閥：節(jié)流閥、調(diào)速閥、分流閥。 輔助元件：蓄能器、過濾器、冷卻器、加熱器、油管、管接頭、油箱、壓力計(jì)、流量計(jì)、密封裝置等。 液壓傳動系統(tǒng)的組成液壓系統(tǒng)主
22、要由：動力元件（油泵）、執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達(dá)）、控制元件（各種閥）、輔助元件和工作介質(zhì)等五部分組成。 1、動力元件（油泵）它的作用是把液體利用原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓力能；是液壓傳動中的動力部分。 2、執(zhí)行元件（油缸、液壓馬達(dá)）它是將液體的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。其中，油缸做直線運(yùn)動，馬達(dá)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。 3、控制元件包括壓力閥、流量閥和方向閥等。它們的作用是根據(jù)需要無級調(diào)節(jié)液動機(jī)的速度，并對液壓系統(tǒng)中工作液體的壓力、流量和流向進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。 4、輔助元件除上述三部分以外的其它元件，包括壓力表、濾油器、蓄能裝置、冷卻器、管件主要包括:各種管接頭(擴(kuò)口式、焊接式、卡套式,法蘭）、高壓球閥、快換接頭、
23、軟管總成、測壓接頭、管夾等及油箱等，它們同樣十分重要。 5、工作介質(zhì)工作介質(zhì)是指各類液壓傳動中的液壓油或乳化液，它經(jīng)過油泵和液動機(jī)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。 2.7.2 液壓元件的選型 設(shè)計(jì)的主要技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)一個驅(qū)動機(jī)床上下料機(jī)械手的液壓系統(tǒng)。 1）機(jī)械手要求的工作循環(huán)是：機(jī)械手在實(shí)現(xiàn)上下料的過程要求實(shí)現(xiàn)“小臂伸長/手部抓緊/腕部回轉(zhuǎn)/小臂收縮/手部放松/卸荷”的自動循環(huán)，由液壓系統(tǒng)驅(qū)動。運(yùn)動的加速、減速時間均為0.2s。2）機(jī)械手的工作參數(shù)如下：a、坐標(biāo)形式：圓柱坐標(biāo)系；b、臂的運(yùn)動形成：伸縮運(yùn)動500mm，回轉(zhuǎn)運(yùn)動180；c、運(yùn)動速度：使生產(chǎn)率滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)的要求即可；d、控制方式：起止設(shè)定位置；e、定
24、位精度：0.5mm；f、手指握力：392N；g、驅(qū)動方式：液壓驅(qū)動。3）機(jī)械手自動化要求：要求系統(tǒng)采用電液結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自動循環(huán)，速度換接無沖擊，且速度要穩(wěn)定，能承受一定量的反向負(fù)荷。液壓缸參數(shù)的計(jì)算夾緊液壓缸的參數(shù)計(jì)算夾緊力及驅(qū)動力的計(jì)算手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。一般來說，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。手指對工件的夾緊力可按公式計(jì)算：式中：K安全系數(shù)，通常1.2-2.0; 軸向力 av形手爪的開合角 工件和手爪間的摩擦系數(shù)計(jì)算：設(shè)K=1.5，=mg，=0.31根據(jù)公式，將已知條件帶入： 2根據(jù)驅(qū)動力公式得：
25、NabFFNp3594035cos802130cos222=oa由于實(shí)際采用的液壓缸驅(qū)動力大于計(jì)算，把手抓的機(jī)械效率考慮在內(nèi)，一般取=0.88-0.93取=0.9 NFFpP3928.3909.0359=h1、液壓缸工作壓力的確定由資料取液壓缸工作壓力P=0.4MPa2、液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定確定液壓缸的內(nèi)徑DF實(shí)際=(-)預(yù)設(shè)活塞桿直徑d=0.5D,液壓缸工作壓力P=0.4M所以=0.0396根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊液壓傳動分冊，選取液壓缸內(nèi)徑為：D=40mm，則活塞桿內(nèi)徑為d=40.5=20mm，選取d=18mm伸縮液壓缸的參數(shù)計(jì)算液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的確定根據(jù)設(shè)計(jì)要求，結(jié)合末端執(zhí)行器
26、的尺寸，采用單活塞缸雙作用液壓缸，初定內(nèi)徑為，可得活塞桿直徑：圓整后，取活塞桿直徑d=18mm由液壓設(shè)計(jì)手冊，取液壓缸工作壓力P=0.4MPa由公式： 升降液壓缸的參數(shù)計(jì)算液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的確定根據(jù)設(shè)計(jì)要求，結(jié)合末端執(zhí)行器的尺寸以及升降液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸，采用但活塞桿雙作用液壓缸，初定內(nèi)徑為可得活塞桿直徑圓整后，取活塞桿直徑d=32mm查手冊取液壓缸工作壓力p=0.4MPa由公式： 計(jì)入載荷率就能保證液壓缸工作時的動態(tài)特性。若液壓缸動態(tài)參數(shù)要求較高,且工作頻率高，其載荷率一般取，速度高時取小值，速度低時取大值。若液壓缸動態(tài)參數(shù)要求一般，且工作頻率低，基本是勻速運(yùn)動，其載荷率可取。得F1=2
27、198N,F2=1972.92N回轉(zhuǎn)液壓缸的參數(shù)計(jì)算設(shè)b=60mm，工作壓力p=4Mpa，d=50mm則由得m取液壓缸內(nèi)徑40mm液壓泵的選型由于回轉(zhuǎn)階段液壓缸工作壓力最大，若取進(jìn)油路總壓力損失，壓力繼電器可靠動作需要壓力差，則液壓泵最高工作壓力可按式算出因此泵的額定壓力可取Pr升降時所需流量最小是3L/min,設(shè)溢流閥最小溢流量為14.5L/min，則小流量泵的流量應(yīng)為，回轉(zhuǎn)時液壓缸所需的最大流量是129L/min，則泵的總流量為即大流量泵的流量。根據(jù)計(jì)算出的壓力和流量，可選用CBZ型的液壓泵：大泵的額定流量為125L/min，額定工作壓力2.5MPa;小泵的額定流量為18L/min,額定工
28、作壓力2.5MPa，其消耗功率6.8KW,轉(zhuǎn)速為1450r/min。 電動機(jī)的選擇查表選用J02-51-4型電機(jī)，屬于籠型異步電動機(jī)，采用B級絕緣，外殼防護(hù)級為IP44，冷卻方式為I（014）即全封閉自扇冷卻，額定功率為7.5KW,額定電壓380v，額定功率50Hz，如表Y90S4電動機(jī)數(shù)據(jù)所示表2-1 型號額定功率kw滿載時堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩電流A轉(zhuǎn)速r/min效率%功率因素額定電流額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩J02-51-47.527140079078652222其它元件的選型表2-2 其它液壓元件的選型型號名稱數(shù)量DBDH6G10/1溢流閥1行程開關(guān)8KF3E6L壓力表4QLA-L3單向節(jié)流閥
29、5Q22DX-1二位三通電磁閥1Q25DC-3二位五通電磁閥4TK-10平衡閥1液壓泵1XU-1380-100過濾器1油箱13.電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 機(jī)械手的運(yùn)動選用一臺三相交流異步電動機(jī)M拖動， 3.1 主電路的設(shè)計(jì)與元件的選用設(shè)計(jì)過程選用組合開關(guān)將三相電源引入，F(xiàn)U為電動機(jī)M的短路保護(hù)熔斷器，KR為M電動機(jī)過載保護(hù)用熱繼電器,接觸器KM為M電動機(jī)起動用接觸器，并接地線保護(hù)電動機(jī)。主電路元件的選用開關(guān)選擇用組合開關(guān)，組合開關(guān)主要是作為電源引入開關(guān)，它也可以啟停5KW以下的異步電動機(jī)，適合該電路的應(yīng)用。接觸器KM主要控制對象就是電動機(jī)，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制，并具有欠電壓保護(hù)。熱繼電器KR是專門用來對
30、連續(xù)運(yùn)行的電動機(jī)進(jìn)行過載及斷相保護(hù)，以防止電動機(jī)過熱而燒毀的保護(hù)電器。熔斷器結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價(jià)格低廉的保護(hù)電器，廣泛用于電氣設(shè)備的短路保護(hù)。表3-1 機(jī)械手電氣元件表符號名稱型號規(guī)格數(shù)量QF組合開關(guān)HZ10-25/133極 55V 25A1KM交流接觸器CJ10-4040A 線圈電壓127V1FU熔斷器RL1-15500V 熔體10A1KR熱繼電器JR10-10熱元件1號 額定電流19.9A1根據(jù)以上各項(xiàng)要求，再對照本機(jī)械手的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求分析，可選用三菱公司FX系列FX2N-64MR。三菱FX系列FX2N-64MR PLC型號特性：1. 主機(jī)點(diǎn)數(shù)： 322. 最大I/O點(diǎn)數(shù)：256點(diǎn)
31、 3. 程序容量：4K Steps 4. 通訊端口：內(nèi)置RS-232與RS-485，兼容MODBUS ASCII / RTU通訊協(xié)議。 5. 高速脈沖輸出：支持2點(diǎn)(Y0, Y1)獨(dú)立高速脈沖輸出功能，最高可達(dá)10kHz。 6. 內(nèi)置四點(diǎn)高速計(jì)數(shù)器：三菱FX2N-64MR系列PLC確定I/O分配表序號輸入代號功能序號輸出代號功能1X10SA方式選擇23Y1YA1夾緊2X1124Y2YA2機(jī)座順時針旋轉(zhuǎn)3X0SQ0機(jī)座順時針旋轉(zhuǎn)開關(guān)25Y3YA3機(jī)座逆時針旋轉(zhuǎn)4X1SQ1手臂左行開關(guān)26Y4YA4手腕順時針旋轉(zhuǎn)5X2SQ2手臂右行開關(guān)27Y5YA5手腕逆時針旋轉(zhuǎn)6X3SQ3腰部上升開關(guān)28Y6Y
32、A6腰部上升7X4SQ4腰部下降開關(guān)29Y7YA7腰部下降8X5SQ5手腕順時針旋轉(zhuǎn)開關(guān)30Y9YA9手臂右行9X6SQ6手腕逆時針旋轉(zhuǎn)開關(guān)31Y10YA10手臂左行10X7SQ7機(jī)座逆時針旋轉(zhuǎn)開關(guān)32Y11L1指示燈11X15SB1啟動12X17SB2停止13X20SB3腰部上升按鈕14X21SB4腰部下降按鈕15X22SB5手臂右行按鈕16X23SB6手臂左行按鈕17X24SB7手腕順時針旋轉(zhuǎn)按鈕18X25SB8手腕逆時針旋轉(zhuǎn)按鈕19X26SB9機(jī)座順時針旋轉(zhuǎn)按鈕20X27SB10機(jī)座逆時針旋轉(zhuǎn)按鈕21X30SB11夾緊按鈕22X31SB12松開按鈕 3.2 擬定I/O接線圖根據(jù)系統(tǒng)輸入輸
33、出點(diǎn)的數(shù)目，選擇三菱公司的FX2N系列FX2N-64MR，原理圖如圖所示。電磁鐵動作順序表（自動）電磁鐵機(jī)械手動作YA1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA9轉(zhuǎn)換指令手臂順轉(zhuǎn)-+-SQ0手臂下降-+-SQ4手臂右行-+-SQ2手臂順轉(zhuǎn)-+-SQ5夾緊+-SB11手臂左行+-+SQ1手臂上升+-+-SQ3手臂逆轉(zhuǎn)+-+-SQ7手腕逆轉(zhuǎn)+-+-SQ6松開-SB12電磁鐵動作順序表（自動返回原點(diǎn)）電磁鐵機(jī)械手動作YA1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA9YA10轉(zhuǎn)換指令手腕順轉(zhuǎn)-+-SQ5手臂左行-+SQ1手臂上升-+-SQ3手臂順轉(zhuǎn)-+-SQ54.設(shè)計(jì)總結(jié) 通過此次設(shè)計(jì)，使我了解了
34、機(jī)械手的很多相關(guān)知識，也了解了當(dāng)前國內(nèi)外在此方面的一些先進(jìn)生產(chǎn)和制造技術(shù)，掌握了液壓系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)，能夠獨(dú)立地完成簡單液壓圖的設(shè)計(jì)，也學(xué)會了使用PLC軟件對機(jī)械手進(jìn)行簡單的控制，并繪制了有關(guān)的I/O接線圖、梯形圖等。為以后的工作學(xué)習(xí)創(chuàng)造了一定的基礎(chǔ)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)知識對機(jī)械手的驅(qū)動和控制系統(tǒng)做了簡單的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中沒有涉及得很深入，例如沒有對PLC程序進(jìn)行實(shí)際調(diào)試。但本次設(shè)計(jì)的上下料機(jī)械手，相對于通用機(jī)械手，因此，動作固定，結(jié)構(gòu)簡單，同時成本低廉，專用性較高，可實(shí)現(xiàn)車間內(nèi)的一些搬運(yùn)工作。在這一次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我有很多收獲。首先把我?guī)啄陙硭鶎W(xué)的知識做了一次系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)知識，獨(dú)立分析
35、問題和解決問題的能力，也使我學(xué)會怎樣更好的利用圖書館，網(wǎng)絡(luò)資料,還使我學(xué)會如何與同學(xué)共同討論問題。經(jīng)過本次設(shè)計(jì)，我切實(shí)體會作為一個優(yōu)秀的設(shè)計(jì)人員的艱難性。在設(shè)計(jì)過程中，我經(jīng)常遇到各種各樣的問題，有的是知識方面的不足導(dǎo)致的，有的是設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)方面導(dǎo)致的。這些問題有時令我束手無措，不過在自己不斷地努力下，終于順利地完成了，所以做事一定要堅(jiān)持努力。雖然我的設(shè)計(jì)存在很多不足的地方，但在這兩個月的時間里，我學(xué)到了許多知識，積累了不少寶貴的經(jīng)驗(yàn)，這些對于我即將要走向社會工作崗位，將起到很關(guān)鍵的作用。參 考 文 獻(xiàn)1 王炳實(shí). 機(jī)床電氣控制.第三版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004年. 2 王本軼. 機(jī)床設(shè)備控制基礎(chǔ). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005年.3 丁樹模. 液壓傳動. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007年.4 林平勇. 高崇. 電工電子技術(shù).第二版：北京：高等教育出版社，2004年.5 熊幸明. 曹才開. 一種工業(yè)機(jī)械手的PLC控制.微計(jì)算機(jī)信息，2006年.6 孔秀艷. 一種四軸搬運(yùn)機(jī)械手的PLC控制. 大眾科技，2008年，第7期. 7 劉軒.王麗偉. 機(jī)械手的PLC控制. 機(jī)床電器. 2006年.8 張應(yīng)金. PLC在機(jī)械手搬運(yùn)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.自動化博覽，2008年02刊.9 章宏甲. 液壓與氣壓傳動，機(jī)械工業(yè)出版社，2005年.- 24 -
機(jī)床上下料機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)—課程設(shè)計(jì)論文.doc
