630噸壓鑄機(jī)自動(dòng)澆注機(jī)械手的設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說(shuō)明書(shū)、三維模型】

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可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)。應(yīng)用機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床的綜合加工自動(dòng)線上，目前幾乎都沒(méi)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)[2]。 同時(shí)，工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。工業(yè)機(jī)械手是提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、改善勞動(dòng)條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合， 應(yīng)用得更為廣泛。在我國(guó)，近幾年來(lái)也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。 綜上所述，有效的應(yīng)用機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。4.目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)： 壓鑄技術(shù)的發(fā)展至今有 150 余年，19 世紀(jì)初，由于印刷業(yè)的興起用于鉛字鑄造的 8 鑄字機(jī)應(yīng)運(yùn)而生不久，在鑄字機(jī)的基礎(chǔ)上演變成為熱室壓鑄機(jī)。到 19 世紀(jì)中葉，典 型的熱室壓鑄機(jī)誕生。進(jìn)入 20 世紀(jì)以后,熱室壓鑄機(jī)日漸成熟，冷室壓鑄機(jī)問(wèn)世。20 世紀(jì)后半葉，壓鑄機(jī)經(jīng)歷了更大的改革、演進(jìn)與創(chuàng)新，壓鑄機(jī)進(jìn)入新的發(fā)展時(shí)期。近二三十年來(lái)壓鑄機(jī)在大型化、自動(dòng)化、單元化和柔性化等方面的發(fā)展非常迅速。最近的幾年，壓鑄的高新技術(shù)又不斷地對(duì)壓鑄機(jī)提出新的要求[3]。 20 世紀(jì) 50 年代，我國(guó)自行設(shè)計(jì)制造出全液壓的 50 型臥式冷室壓鑄機(jī)，鎖模力有 500 kN 和 1000 kN 兩種規(guī)格。及至 20 世紀(jì) 80 年代，有關(guān)單位繼續(xù)完成了鎖模力 16000 kN 以下的臥式冷室壓鑄機(jī)系列產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)；立式冷室壓鑄機(jī)也形成了鎖模力 2500 kN 以下的系列產(chǎn)品；1986 年試制出國(guó)內(nèi)第一臺(tái) J 1163 A 型自動(dòng)壓鑄機(jī)組；1990 年開(kāi)發(fā)出國(guó)內(nèi)第一臺(tái)柔性壓鑄單元，鎖模力為 4000 kN；其后的幾年里，又將輔助裝置和參數(shù)檢測(cè)裝置加以定型并形成產(chǎn)品。在壓鑄機(jī)的設(shè)計(jì)工作方面，20 世紀(jì) 80 年代，設(shè)計(jì)的壓鑄機(jī)壓射性能已接近當(dāng)時(shí)的國(guó)外水平；合模機(jī)構(gòu)全部采用液壓驅(qū)動(dòng)、曲肘機(jī)械擴(kuò)力結(jié)構(gòu)取代了全液壓。而熱室壓鑄機(jī)在當(dāng)時(shí)也形成了鎖模力 1500 kN 以下的系列化產(chǎn)品，全立式壓鑄機(jī)也有了鎖模力 3150 kN 以下的系列化產(chǎn)品。在大型壓鑄機(jī)方面，阜新壓鑄機(jī)廠還曾生產(chǎn)了鎖模力為28000 kN 的大型壓鑄機(jī)，為當(dāng)時(shí)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的空白[3]。 機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。1958 年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu)。1962 年，美國(guó)聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為 Unimate（即萬(wàn)能自動(dòng)）。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲(chǔ)裝置。不少球坐標(biāo)通用機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬(wàn)能自動(dòng)公司,專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。 在國(guó)內(nèi)，應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際的工業(yè)機(jī)械手特別是示教再現(xiàn)性機(jī)械手不斷增多，而且計(jì)算機(jī)控制的也有所應(yīng)用,國(guó)內(nèi)近年來(lái)在移動(dòng)機(jī)械手控制方面也開(kāi)展了許多研究工作。 目前，第一代工業(yè)機(jī)械手主要依靠工人進(jìn)行控制；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。 第二代機(jī)械手設(shè)有微型電子計(jì)算控制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽(tīng)、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺(jué)到的信息反饋，是機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能。 第三代機(jī)械手則能獨(dú)立完成工作中過(guò)程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保 持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) FMS 和柔性制造單元 FMC 中的重要一環(huán)[4]。 隨著機(jī)械手的發(fā)展，人們也對(duì)機(jī)械手的應(yīng)用提出了更高的要求，一是重復(fù)高精度， 精度是指機(jī)械手到達(dá)指定點(diǎn)的精確程度，它對(duì)驅(qū)動(dòng)器的分辨率以及反饋裝置密切相關(guān)。重復(fù)精度是指如果動(dòng)作重復(fù)多次，機(jī)械手到達(dá)同樣位置的精確程度。顯然，重復(fù)精度比精度更加重要。二是模塊化，有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置的氣動(dòng)機(jī)械手稱為簡(jiǎn)單的傳輸技術(shù)，而把模塊化拼裝的氣動(dòng)機(jī)械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)，模塊化拼裝的氣動(dòng)機(jī)械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及氣管的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置，使機(jī)械手運(yùn)動(dòng)自如。由于模塊化氣動(dòng)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)部件采用了特殊設(shè)計(jì)的滾珠軸承，使它具有高剛性，高強(qiáng)度及精確的導(dǎo)向精度。優(yōu)良的定位精度也是新一代氣動(dòng)機(jī)械手的一個(gè)重要特點(diǎn)，模塊化氣動(dòng)機(jī)械手使同一機(jī)械手可能由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能，擴(kuò)大了機(jī)械手的應(yīng)用范圍，是機(jī)械手的一個(gè)重要的發(fā)展方向[5]。 二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問(wèn)題： （1）630 噸壓鑄機(jī)自動(dòng)澆注機(jī)械手的的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； （2）630 噸壓鑄機(jī)自動(dòng)澆注機(jī)械手的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)； （3）630 噸壓鑄機(jī)自動(dòng)澆注機(jī)械手的三維建模。 2. 擬開(kāi)展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫(xiě)作大綱或設(shè)計(jì)思路）： （1）查閱相關(guān)壓鑄機(jī)自動(dòng)澆注機(jī)械手產(chǎn)品的資料，了解產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀及基本原理； （2）630 噸壓鑄機(jī)自動(dòng)澆注機(jī)械手的總體方案設(shè)計(jì)； （3）630 噸壓鑄機(jī)自動(dòng)澆注機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算； （4）630 噸壓鑄機(jī)自動(dòng)澆注機(jī)械手的三維實(shí)體建模； （5）630 噸壓鑄機(jī)自動(dòng)澆注機(jī)械手的液壓系統(tǒng)及 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)； （6） 動(dòng)態(tài)演示； （7） 翻譯資料； （8） 撰寫(xiě)畢業(yè)論文。 3. 本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果： （1）630 噸壓鑄機(jī)自動(dòng)澆注機(jī)械手三維設(shè)計(jì)的總體方案，包括機(jī)械手的液壓控制部分和 PLC 控制系統(tǒng)部分； （2） 自動(dòng)澆注機(jī)械手的三維實(shí)體模型，包括零件圖、裝配體； （3） 自動(dòng)澆注機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)演示。 三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排 1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）： 設(shè)計(jì)參數(shù)： 座標(biāo)型式：球坐標(biāo) 自由度數(shù)：3 個(gè) 手臂回轉(zhuǎn)范圍：0°—180° 手臂回轉(zhuǎn)速度：90°／S 手臂的俯仰范圍：-45°—45° 在查閱大量的相關(guān)文獻(xiàn)和資料之后使用類比法，首先分析自動(dòng)澆注機(jī)械手的設(shè)計(jì)方法和數(shù)據(jù)計(jì)算，再用 SOLID WORKS 軟件對(duì)機(jī)械手部件進(jìn)行三位實(shí)體模型繪制并且實(shí)行動(dòng)態(tài)演示。 2. 論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃： 第 1-2 周：查閱資料 第 3-4 周：方案設(shè)計(jì)，完成開(kāi)題報(bào)告與開(kāi)題答辯 第 5-6 周：查閱文獻(xiàn)，初步進(jìn)行方案設(shè)計(jì) 第 7-8 周：完善設(shè)計(jì)方案并完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 9-10 周：完成零件三位建模 第 11-12 周：完善裝配圖和零件圖 第 13-14 周：完成并修改設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 15-16 周：完成論文，準(zhǔn)備答辯 四、需要閱讀的參考文獻(xiàn) [1] 戴龍泉.壓鑄機(jī)單臂回轉(zhuǎn)式自動(dòng)澆注機(jī)械手[J].上海機(jī)械,1980,7:13-14. 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The golden age of die casting[J].D.C.E..1976.20(4):24. 附：文獻(xiàn)綜述 文獻(xiàn)綜述 壓鑄技術(shù)的發(fā)展至今有 150 余年，19 世紀(jì)初，由于印刷業(yè)的興起用于鉛字鑄造的鑄字機(jī)應(yīng)運(yùn)而生不久,在鑄字機(jī)的基礎(chǔ)上演變成為熱室壓鑄機(jī)。到 19 世紀(jì)中葉, 典型的熱室壓鑄機(jī)誕生。進(jìn)入 20 世紀(jì)以后,隨著熱室壓鑄機(jī)日漸成熟，冷室壓鑄機(jī)問(wèn)世。 20 世紀(jì)后半葉，壓鑄機(jī)經(jīng)歷了更大的改革、演進(jìn)與創(chuàng)新，壓鑄機(jī)進(jìn)入新的發(fā)展時(shí)期。隨著壓鑄機(jī)的快速發(fā)展，壓力鑄造在工業(yè)生產(chǎn)中變?yōu)橐粋€(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。如果 采用人工澆注的方式有著較大的危害，會(huì)有大量的粉塵和有害氣體產(chǎn)生，會(huì)對(duì)工人的身體健康造成嚴(yán)重的威脅。針對(duì)這種情況就需要將手工澆注發(fā)展為自動(dòng)機(jī)械手澆注， 這樣工人的勞動(dòng)強(qiáng)度可以得到降低。 陳金城、彭余恭在《壓鑄機(jī)的發(fā)展》[3]中寫(xiě)道壓鑄技術(shù)發(fā)展至今 150 余年的歷史， 與傳統(tǒng)的、古老的鑄造技術(shù)相比，只能說(shuō)是一種年輕的工藝技術(shù)。然而，由于壓鑄技術(shù)所具有的許多特點(diǎn)，使壓鑄件的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，遍及各個(gè)工業(yè)門類，因而發(fā)展速度十分驚人，受到了普遍的關(guān)注。壓鑄機(jī)是壓鑄生產(chǎn)中重要的基礎(chǔ)技術(shù)裝備，與壓鑄工藝的互存、互動(dòng)關(guān)系非常突出，壓鑄工藝的改進(jìn)或采用新的技術(shù)，都要有與之相應(yīng)的或新型的壓鑄機(jī)作為技術(shù)支撐。所以，在壓鑄技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程中，壓鑄機(jī)始終擔(dān)負(fù)著重要的角色，起著積極的、直接的推動(dòng)作用。 康立新、馬建華在《工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)》[7]中說(shuō)道工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備，工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可以通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力， 在國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。 根據(jù)張萍萍在《基于 PLC 的氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》[8]中設(shè)計(jì)的機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程以變動(dòng)的多功能機(jī)器，在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中占據(jù)著重要位置。驅(qū)動(dòng)方式可以液壓傳動(dòng)，也可以氣壓傳動(dòng)，也可以是電氣控制等方法并且機(jī)械手具有動(dòng)作快速、靈活、能適應(yīng)危險(xiǎn)和惡劣的環(huán)境、重復(fù)定位精度髙及可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，采用機(jī)械手上進(jìn)行澆注可減輕工人的勞動(dòng)量，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。在同一份論文中， 她設(shè)計(jì)的氣動(dòng)機(jī)械手模型基于專用計(jì)算機(jī)— PLC （Programmable logic Controller，簡(jiǎn)稱 PLC）的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，首先對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手的基本應(yīng)用和基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹，然后提出了實(shí)現(xiàn)“原點(diǎn)位置開(kāi)始啟動(dòng)，完成向左擺動(dòng)、臂水平伸出、臂垂直下降、夾緊工件、臂垂直縮回、臂水平縮回、向右擺回、臂水平伸出、臂垂直下降、放開(kāi)工件、臂垂直上升、臂水平縮回至原位”的位置控制。搬運(yùn)物料氣動(dòng)技術(shù)驅(qū)動(dòng)，用氣爪氣缸實(shí)現(xiàn)最大總重量為 10kg 搬運(yùn)。氣動(dòng)技術(shù)控制采用工業(yè)專用計(jì)算機(jī)--可編程控制技術(shù)（PLC）控制的設(shè)計(jì)方案。對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中采用氣壓傳動(dòng)，控制系統(tǒng)中基于三菱公司的 FX2N 系列 PLC 為控制單元完成升降、抓物、水平與左右移動(dòng)等動(dòng)作的控制。之后介紹了各組成部件的作用、傳感器的選型和 PLC 控制系統(tǒng)的硬件連接等，通過(guò)對(duì)機(jī)械手的各功能實(shí)現(xiàn)形式和控制方式研究， 給出各部分的實(shí)現(xiàn)方案。 劉明保、呂春紅、張春梅等在《機(jī)械手的組成機(jī)構(gòu)及其技術(shù)指標(biāo)的確定》[9]中論述了工業(yè)機(jī)器人和機(jī)械手的機(jī)構(gòu)組成, 并討論了工業(yè)機(jī)器人和機(jī)械手的工作空間、看管區(qū)域、位置函數(shù)、運(yùn)動(dòng)速度等技術(shù)指標(biāo)的確定方法。為機(jī)械手的結(jié)構(gòu)組成合技術(shù)指標(biāo)的確定打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。在同一篇論文中，劉明保,呂春紅 ,張春梅等指出機(jī)械手和工業(yè)機(jī)器人的工作性能是由一系列的技術(shù)指標(biāo)來(lái)表示的, 其主要技術(shù)指標(biāo)是:工作空間的形狀和尺寸;機(jī)械手的靈活性;擺動(dòng)的角度和系數(shù);基本機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目等。根據(jù)他的研究我們能夠確定這些參數(shù)，從而完成機(jī)械手的結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)。 同樣在曹環(huán)軍、劉希璐于《壓鑄機(jī)澆鑄機(jī)械手的工作流程及 PLC 系統(tǒng)控制》[10] 中研究了澆鑄機(jī)械手包括諸多方面的組成部分，如手臂、傾倒機(jī)構(gòu)、澆包、傾倒油缸以及回轉(zhuǎn)油缸和升降油缸等，這些結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中都能表現(xiàn)出來(lái)。 戴勤的《自動(dòng)換刀機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及 PLC 控制研究》[11]一文中,為了增強(qiáng)機(jī)械手的通用性和互換性，使同一機(jī)械手由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能，而采用模塊化氣動(dòng)機(jī)械手，對(duì)基座、立柱、手臂、手部等模塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)模塊選擇與組合，以構(gòu)成一定范圍內(nèi)的不同功能或同功能不同性能、不同規(guī)格的系列產(chǎn)品，并且在產(chǎn)品變化或臨時(shí)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行新任務(wù)分配時(shí)，可以允許方便地改動(dòng)或重新設(shè)計(jì)其新部件，能很快地投產(chǎn)，降低安裝和轉(zhuǎn)換工作的費(fèi)用，便于機(jī)械手的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和使用。 胡海洪在《四自由度液壓機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)》[11]中以能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)抓取及搬運(yùn)操作的自由度液壓機(jī)械手為研究對(duì)象。根據(jù)用途分析了機(jī)械手的動(dòng)作循環(huán)及工作原理，設(shè)計(jì)了機(jī)械手的液壓系統(tǒng)、油箱及液壓元件集成塊。首先，本文介紹機(jī)械手的作用，液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，介紹了液壓方案和液壓系統(tǒng)圖的確定過(guò)程和依據(jù)。同時(shí)，給出了這臺(tái)機(jī)械手的主要性能規(guī)格參數(shù)。其次，文章中介紹了液壓驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)理論與方法步驟。全面詳盡的討論了四自由度液壓機(jī)械手的液壓系統(tǒng)，油箱以及液壓元件集成塊的設(shè)計(jì)。最后使用軟件對(duì)油箱和液壓元件集成塊裝配圖及零件圖進(jìn)行繪制。全面而又具體地對(duì)機(jī)械手的液壓系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 趙獻(xiàn)丹，張良棟，趙虎在《壓鑄機(jī)澆鑄機(jī)械手 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》[12]中介紹了壓鑄機(jī)澆鑄機(jī)械手的工作流程及其液壓系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)械手的控制要求，設(shè)計(jì)了 PLC 控制系統(tǒng)，對(duì) PLC 的輸入輸出端口進(jìn)行了分配，編制了 PLC 控制梯形圖。并且得出 PLC 體積小、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，能適用澆鑄機(jī)械手所處的高溫多塵的惡劣環(huán)境的結(jié)論，在機(jī)械手的控制中，采用 PLC 代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器接觸器控制，不但可以提高機(jī)械手工作的可靠性，而且 PLC 具有強(qiáng)大的編程能力，可以通過(guò)改變程序來(lái)改變機(jī)械手的動(dòng)作，從而大大提高了機(jī)械手的靈活性和適應(yīng)性。 綜上所述，壓鑄機(jī)自動(dòng)澆注系統(tǒng)與機(jī)械手都擁有著巨大發(fā)展，本文將結(jié)合之前所提及的文獻(xiàn)對(duì)壓鑄機(jī)自動(dòng)澆注機(jī)械手進(jìn)行設(shè)計(jì)。