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（优秀毕业全套设计）立式精锻机自动上料机械手设计

爪体往中心平行移动，使手爪卡紧工件。当需要松开时，驱动源压力消失，由于爪体内两个弹簧力推动向外移动，推动相应齿轮系反响旋转，与活塞内弹簧力起使手爪松开。图齿轮齿条式手爪结构齿轮齿条式手爪结构特点是动作灵活，手爪开闭角度大，夹持范围大，但是齿轮齿条结构，两个齿轮对称性的调整比较困难，这种结构夹紧力小，因此多适用于中小型重量的工件。除了以上几种手爪结构外，还有锥体图齿轮齿条式手爪结构杠杆式手爪，长轴多爪式手爪结构，平移式手爪结构，锥体杠杆式内孔夹持手爪等。夹持式手爪的计算．夹紧力的计算夹紧力式中安全系数般取.工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。可以近似的按下式估算其中为被抓取工件的最大加速度，为重力加速度方位系数被抓取工件的重量。根据本次所设计的手爪结构设.，所以.取．确定油缸直径因为选取活塞杆直径.，压力油工作压力，所以根据油缸内径系列取油缸内径为则活塞杆直径为.腕部设计腕部是连接手部和臂部的构件，它有独立的自由度，使机械手适应复杂动作的要求。腕部的动作有绕轴运动称为回转绕轴运动称为俯仰绕轴运动称为左右摆动还可有沿轴方向移动的自由度。腕部的设计要求．腕部自由度的选取在臂部运动的范围内，当可以满足抓取工件和传送工件等要求时，应尽可能不设计腕部的运动。这样，则可使机械手结构简单制造方便和成本降低。根据抓取对象和机械手的坐标形式的需要，可增加腕部的自由度。如腕部的回转运动，这是在手爪夹持工件后，需要翻转角度，或者机械手从个工位转到另个工位时，需要工件翻转。若是采用臂部回转则使机械手的稳定性降低，因为，臂部长度大，回转时少有偏心特别是高速回转时，使机械手的离心力增加，臂部振动加大，影响定位精度。因此，应设计腕部的回转。若机械手是球坐标形式，腕部应设计具有俯仰运动，以保证手爪处于水平位置，不影响手爪的工作。还要根据加工工艺的要求，设计腕部在轴方向的移动运动。如机械手将工件送到工位后，需要把工件定位夹紧，为使机床运动简化，而要求腕部沿轴方向做少量的移位的运动。如用顶尖支承的轴类零件，在用机械手取下工件时，为脱离主轴顶尖而需要有腕部的横移运动。总之，腕部自由度的选取应在臂部自由度确定以后，再根据工件的料道位置工艺要求应用范围及制造成本等方面的综合分析，以确定最佳的方案，确定出腕部合适的自由度数。．腕部的动作要灵活自重要轻在设计腕部结构时，应力求结构简单紧凑，减轻结构的重量。机械手配合机器运转，腕部的动作时间往往在几秒钟以内，甚至不超过秒，所以腕部定要灵活，在保证构件的强度和刚度的条件下，回转件尽量采用滚动轴承或滚柱，减少阻力，降低摩擦。．腕部运动位置要准确手腕的回转俯仰与左右摆动等运动位置都要求准确，除对零部件配合精度严格要求以外，要采取措施消除传动部件之间的间隙。根据需要可设置位置检测元件，来控制手腕的准确位置。腕部的结构．腕部回转运动结构用回转缸实现小于的回转运动用回转缸的结构实现腕部的回转，图是其图手腕回转结构图应用的例。图中件号为回转油缸的动片，它的回转带动两手爪驱使工件翻转或。应用回转缸使腕部回转的机械手较多，因其结构简单。用齿轮齿条实现腕部的回转结构图是其中种结构图，它的动作过程是两个手爪与齿轮轴连在起，当发出回转信息后，液压油推动活塞杆移动，活塞杆的齿条推动齿轮轴使手爪回转。．腕部左右摆动结构根据工件的工艺要求，需要手腕做左右摆动。对于抓取非中心对称的工件，当手臂回转时，工件方位变化，往往需要用手腕左右摆动予以补偿。本次设计的机械手，它的腕部只需实现小于的回转运动，因此可以采用回转油缸。图是实现该腕部运动的回转油缸的截面图。回转油缸的两个油孔分别进压力油时，推动动片连同转套起回转，转套的端部通过牙嵌式联轴器把旋转运动传递到回转轴，转轴端部的法兰盘与手部用螺钉联结，故手部和转套即实现手部的回转运动。手腕回转油缸其摆角可达，实际使用为，其位置检测由行程开关实现，并由挡块定位。图手腕回转油缸截面图为了使手部夹持热工件的手指远离油缸，此处采用了隔离套，减少热锻件的热量对油液的影响，以保证油缸的正常工作和密封。.臂部设计臂部是机械手完成各项动作的执行机构，也是其运动部分的主体。在上面分析了机械手的四种坐标形式，综合这四种坐标形式运动的目的，是想达到人的手臂的功能，但是目前技术还是做不到的，因而把运动方式转化为直线移动和旋转运动，这样臂部的结构也就比较简单了。臂部和机座相连，可固定在地面上机器上或悬挂在横梁滑道上以及可行走的机架上。臂部前端连接腕部或直接连接手部。臂部的作用在于将手爪移动到所需的位置和承受工件手部和腕部的重量。所以，臂部的结构性能工作范围承载能力和动作位置精度直接影响机械手的工作性能。臂部般有以下几部分组成动作元件如直线缸回转缸齿轮齿条连杆凸轮等，它是驱动手臂运动的元件。动作元件与驱动源相配合，就能实现手臂的各种运动。导向装置手臂在静止状态，要承受由夹持工件重量所产生的弯曲力，以及由于载荷不平衡而产生的扭转力矩。在运动时又有个惯性力，为保证手爪的正确位置和动作元件不受较大的弯曲力，手臂必须设置导向装置。臂手臂上的动作元件导向装置和其他装置都要安装在臂上，起支承连接和承受外力的作用。所以需要臂具有足够的刚性，以免承重后发生形变产生颤动。其他装置如管路冷却装置位置检测机构等。臂部设计要求臂部设计首先要求实现所要求的运动，为了实现这些运动，需要满足下列几项要求。．臂部应承载能力大刚性好自重轻根据上述要求，在设计手臂时，要对其进行挠度计算，其变形量应小于许可变形量。我们知道悬臂梁应当指出机械手的手臂结构不是悬臂梁的挠度计算公式为式中挠度弹性模数载荷惯性矩悬臂长。从上式可知，挠度与载荷悬臂长成正比，而与弹性模数惯性矩成反比。在与值已确定的情况下，只有增大值，才能减少梁的弯曲变形，而碳钢和合金钢的值差别不大，在之间。所以，为了提高刚度，从材质上考虑意义不大，主要应选用惯性矩大的梁。现把几种常用梁的惯性矩列表比较如下见表。从表可知，在截面积和单位重量基本相同的情况下，钢管工字钢和槽钢的惯性矩要比圆钢大得多，所以，机械手中常用无缝钢管作导向杆，用工字钢或槽钢作支撑板。这样既提高了手臂的刚度，又大大减轻了手臂的自重。名称截面形状截面积每米重量惯性矩为圆钢的几倍圆钢钢管工字钢号断面槽钢号断面表几种常用梁的惯性矩比较以种截面为例为了加大刚性，还应该采取以下措施在设计臂部时，元件越多，间隙越大，刚性就越低因此应尽可能使结构简单。要全面分析各尺寸链，在要求高的部位合理确定补偿环，以减少重要部位的间隙，从而提高刚性。全面分析手臂的受力情况，合理分配给手臂的各个部件，避免不利的受力情况出现水平放置的手臂，要增加导向杆的刚度，同时提高其配合和相对位置精度，使导向杆承受部分或大部分自重和抓取重量提高活塞和刚体内部配合精度，可以提高手臂在前伸缩时的刚性。．臂部运动速度要高，惯性要小机械手的运动速度般是根据生产节拍的要求来决定的。确定了生图手臂运动过程曲线产节拍和行程范围，就确定了手臂的运动速度或角速度。在般情况下，手臂的移动和回转均要求匀速运动和为常数，但在手臂的起动和终止的瞬间，运动是变化的。为了减少冲击，要求起动时间的加速度和终止前的减速度不能太大，否则引起冲击和振动。手臂的运动过程曲线如图所示。图中所示的点为起动位置点为开始缓冲位置点为行程终点和为起动时间和为制动缓冲时间和为运动周期。图所示，为机械手的运动部分到达行程终点的瞬间，加速度的值依然很大图示的或，因此，惯性力必然很大，这势必引起强烈的冲击，这样的运动曲线应该设法消除的。若将该机械手的运动过程按图所示，并设，行程相等即两条速度曲线，所包含的面积相等，则或必然大于或。按图所示的过程运动时或小于或，并且在行程终点的加速度值为零，因此停止的瞬间是无冲击的，这是较理想的运动方式，但是，因加速度是变化的，设计时也比较复杂。对于高速运动的机械手，为了满足动作节拍的要求，其最大移动速度设计在毫米秒，最大回转角速度设计在度秒内，在大部分行程距离上平均移动速度为毫米秒左右，平均回转角速度为度秒左右。如果在图中减少起动时间和制动缓冲时间，则可缩短整个运动时间，提高生产率。但是缩短和就会增加冲击力，影响机械手的定位精度。所以，必须采取减少惯性冲击力的有效措施。手臂伸缩时产生的惯性力为式中质量加速度手臂运动件重量重力加速度.米秒起动或制动前后的速度差起动或制动所需的时间手臂回转时产生的惯性力矩为式中角加速度起动或制动前后的角速度差臂部回转对回转中心的转动惯量臂部零件对其重心的转动惯量臂部零件作为其重心位置的质点对臂部回转中心的转动惯量。回转半径。计算时，可以把形状复杂的零件划分为几个简单的几何形状来计算。在有关书中可分别查出其的计算公式。从上述公式可知，减少惯性力矩，可采用下列措施减少手臂运动部件的重量，如采用铝合金等轻质材料减少手臂运动件的轮廓的尺寸，使手臂结构紧凑小巧减少回转半径，在按排动作顺序时，般是先缩会再回转或尽可能在较小前伸位置下进行回转动作。驱动系统中加缓冲装置。．臂部动作要灵活要使手臂运动轻快灵活，手臂的结构必须紧凑小巧，或在运动臂上加滚动轴承或采用滚珠导轨。对于悬臂式机械手手臂上零件的布置要合理，以减少回转升降支撑中心的偏重力矩。不然，会引起手臂振动，严重时会使手臂与立柱卡住别坏。对于双臂同时操作的机械手，应使两臂布置尽量对称以达到平衡。．位置精度要高手臂的刚性好，偏重小，惯性力小，则位置精度就容易控制，所以设计手臂时要周密考虑和计算，还要合理的选择机械手的坐标形式。般来说，直角和圆柱坐标式机械手位置精度较高关节式机械手的位置最难控制，精度差在手臂上加设定位装置和自动检测机构，来控制手臂运动的位置精度还要减少或消除各传动啮合件的间隙。臂部结构手臂的运动是整个机械手运动的关键。本次设计的机械手，手臂需要完成三个运动，即手臂的伸缩回转和升降运动。.臂部伸缩运动结构手臂的伸缩运动是种往复的直线运动，实现这种运动可以采用往复直线液压缸结构多级油缸结构滚珠丝杠结构直线缸和齿轮齿条传动机构等。往复直线缸结构图往复式直线油缸结构在机械手中，实现往复运动采用直线缸结构的最多。图所示为该机械手所采用的种手臂，它也是往复直线油缸结构。活塞杆的端固定在中间架体上，油缸固定在滑枕上。当压力油经油孔分别进入油缸的两腔时，油缸体带动滑枕在燕尾形导轨内实现手臂的往复运动，其行程大小靠挡块和组合行程开关来调整，伸出端装有可调式定位螺钉，确保定位精度。手臂伸缩的导向装置采用燕尾形滑枕，导向性好，手臂刚度大，工作是运动平稳。油缸的输油管路采用伸缩油管型式，保护了油管，但是工艺性较差。多级油缸结构这种油缸用在传送机构上较好，用在机械手上，其活塞杆的刚性不好，挠度大，影响位置精度。滚珠丝杠结构有的机械手用电机带动滚珠丝杠，实现手臂的直线传动。滚珠丝杠与油缸驱动相比有下述优点滚珠丝杠的摩擦损失小，般其传动效率在以上滚珠丝杠灵敏性高，不易产生爬行现象，定位精度高由于电机直接或经减速齿轮组连接丝杠，丝杠直接传动，故油缸刚性好用于同样的距离，滚珠丝杠占用空间更小。滚珠丝杠的缺点是成