机械手直线运动液压系统的设计.doc
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1、湖南省生物机电职业技术学院毕业设计机械手直线运动液压系统的设计系 部: 机械及自动化系 专 业: 机电设备维修与管理 班 级: 机电09315 姓 名: 郭春玲 学 号: 35号 联系电话: 15116483779 指导老师: 徐坚 绪论机械手能模仿人手和臂的某些动作功能,用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化,能在有害环境下操作以保护人身安全,因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门:机械手可把人类从危险、繁重的体力劳动中解放出来,配合机械手工作,同时可极大地提高劳动生产率,加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。下面
2、介绍下机械手的历史和前景。机械手是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的,机械手研究始于20世纪中期,随着计算机和自动化技术的发展,特别是1946年第一台数字电子计算机问世以来,计算机取得了惊人的进步,向高速度、大容量、低价格的方向发展。同时,大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展,又为机器人的开发奠定了基础。另一方面,核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下,美国于1947年开发了遥控机械手,1948年又开发了 机械式的主从机械手。机械手首先是从美国开始研制的。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念,并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的
3、关节,利用人手对机器人进行动作示教,机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手铆接机器人。作为机器人产品最早的实用机型是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来,这种新型装置已成为国际研究的热点之一,纷纷探索开拓其实际应用的领域。我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步,在国家的支持下,通过“七五”、“八五”科技攻关,目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术,生产了部分机器人关键
4、元器件,开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人;其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线(站)上获得规模应用,弧焊机器人己应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看,我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离,如:可靠性低于国外产品:机器人应用工程起步较晚,应用领域窄,生产线系统技术与国外比有差距;当前我国的机器人生产都是应用户的要求,“一客户,一次重新设计”,品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低,而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术,对产品进行全面规划,搞好系列化、通用化、模块化设计,积极推进产业化
5、进程.我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下,也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人,6000m水下无缆机器人的成果居世界领先水平。 1.液压缸的加工液压缸为典型的长套筒零件,与短套筒零件的加工方法和工件安装方式都有较大的差别。1液压缸的技术条件和工艺分析 液压缸的材料采用铸铁,如图所示为用铸铁材料的液压缸。为保证活塞在液压缸内移动顺利,对该液压缸内孔有圆柱度要求,对内孔轴线有直线度要求,内孔轴线与两端面间有垂直度要求,内孔轴线对两端支承外圆(82h6)的轴线有同轴度要求。除此之外还特别要求,其组织紧密,不得有砂眼、针孔。2液压缸的加工工艺1 配料 下料外径92,内径66,
6、长度1688锯床2 车1车92mm外圆到82mm三爪卡盘夹一端,大头顶尖顶另一端 2车端面及倒角三爪卡盘夹一端,搭中心架托88mm处 3车另一端92mm外圆到82mm 三爪卡盘夹一端,大头顶尖顶另一端 4车端面及倒角,总长1686mm(留加工余量1mm) 三爪卡盘夹一端,搭中心架托88mm处 -3 -深孔推镗 1半精推镗孔到68mm 2精推镗孔到69.85mm 4 -滚压孔 -用滚压头滚压孔至70 mm,表面粗糙度值Ra为0.32m 一端用螺纹固定在夹具中, 另一端搭中心架 5 -车 -1车82h6到尺寸,割R7槽 软爪夹一端,以孔定位顶另一端 2镗内锥孔130及车端面 软爪夹一端,中心架托另
7、一端(百分表校正孔) 3调头,车82h6到尺寸,割R7槽 软爪夹一端,顶另一端 4镗内锥孔130及车端面 软爪夹一端,顶另一端 二、确定对液压系统的工作要求机械手一般由执行机构、驱动系统、控制系统及检测装置三大部分组成:根据工况要求,执行机构要具有手臂升降、手臂伸缩、手臂回转和三个自由度。执行机构相应由手臂升降机构、手臂伸缩机构、手臂回转机构、手指夹紧机构和回转定位机构等组成,每一部分均由液压缸驱动与控制它完成的动作循环为:插定位销手臂前伸手指张开手指夹紧抓料手臂上升手臂缩回拔定位销手臂回转插定位销手臂前伸手臂下降手指张开手指闭合手臂缩回拔定位销手臂回转复位待料,泵卸载。三、拟定液压系统原理图
8、四.液压系统电磁铁动作表动作顺序1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA9YA10YAK26插定位销+手臂前伸+手指张开+手指抓料+手臂上升+手臂缩回+拨定位销+手臂回转+插定位销+手臂前伸+手臂下降+手指张开+手指闭合+手臂缩回+拔定位销+手臂反转+待料卸载+5.液压系统工作原理1、插定位销(1、10)按下油泵起动按钮后,双联叶片泵1、2同时供油,电磁铁1Y、2Y带电,油液经溢流阀3和4至油箱,机械手处于待料卸荷状态。当棒料到达待上料位置,启动程序动作。电磁铁1Y带电,2Y不带电,使泵1继续卸荷,而泵2停止卸荷,同时10Y通电。进油路:泵2阀6减压阀8阀9阀21(右)定位缸左腔。此时
9、,插定位销以保证初始位置准确。定位缸没有回油路,它是依靠弹簧复位的。2、手臂前伸(5、10)插定位销后,此支路系统油压升高,使继电器K26发讯,接通电磁铁5Y,泵1和泵2经相应的单向阀汇流到电液换向阀14左位,进入手臂伸缩缸油腔。l 进油路:泵1单向阀5阀14(左)手臂伸缩缸右腔泵2阀6阀7。l 回油路:手臂伸缩缸左腔单向调速阀15阀14(左)油箱3、手指张开(1、9、10)手臂前伸至适当位置,行程开关发讯,电磁铁1Y、9Y带电,泵1卸载,泵2供油,经单向阀6电磁阀20左位,进入手指夹紧缸右腔。回油路从左腔通过液控单向阀21及阀20左位进入油箱。l 进油路:泵2阀6电磁阀19(左)手指夹紧缸右
10、腔l 回油路:手指夹紧缸左腔阀20电磁阀19(左)油箱4、手指抓料(1、10)手指张开后,时间继电器延时。待棒料由送料机构送到手指区域时,继电起器发讯使9Y断电,泵2的压力油通过阀19的右位进入缸的左腔,使手指夹紧棒料。l 进油路:泵2阀6阀19(右)阀20手指夹紧缸左腔l 回油路:手指夹紧缸右腔阀19(右)油箱5、手臂上升(3、10)当手指抓料后,手臂上升。此时,泵1和泵2同时供油到升降缸。主油路为:l 进油路:泵1单向阀5阀10(左)阀11阀12手臂升降缸下腔泵2阀6阀7l 回油路:手臂升降缸上腔阀13阀10(左)油箱6、手臂缩回(6、10)手臂上升至预定位置,碰行程开关,3Y断电,电液换
11、向阀10复位,6Y带电。泵1和泵2一起供油至电液换向阀14右端,压力油通过单向调速阀15进入伸缩缸左腔,而右腔油液经阀14右端回油箱。l 进油路:泵1阀5阀14(右)阀15手臂伸缩缸左腔泵2阀6阀7l 回油路:手臂伸缩缸右腔阀14(右)油箱7、拔定位销(1)当手腕上的碰块碰到行程开关时,6Y、10Y断电,阀14、22复位,定位缸油液经阀22左端回油箱,弹簧作用拔定位销。l 回油路:定位缸左腔阀22(左)油箱l 定位缸没有进油路,它是在弹簧作用下前进的。8、手臂回转(1、7)定位缸支路无油压后,压力继电器K26发讯,接通7Y。泵2的压力油进入阀6经换向阀16左端通过单向调速阀18最后进入手臂回转
12、缸,使手臂回转。l 进油路:泵2阀6换向阀16(左)单向调速阀18手臂回转缸l 回油路:手臂回转缸单向调速阀17换向阀16(左)油箱9、插定位销(1、10)当手臂回转碰到行程开关时,7Y断电,10Y重又通电,插定位销同1。10、手臂前伸(5、10)此时的动作顺序同2。11、手臂下降(4、10)手臂缩回碰到行程开关,5Y断电,4Y通电。此时,电液换向阀10右端动作,压力油经阀10和单向调速阀13进入升降缸上腔。l 进油路:泵1单向阀5阀10(右)阀13手臂升降缸上腔泵2阀6阀7l 回油路:手臂升降缸下腔阀12阀11阀10(右)油箱12、手指张开(1、9、10)接到继电器信号后,1Y、9Y通电,手
13、指张开同3。并启动时间继电器延时,主机夹头移走棒料后,继电器发讯。13、手指闭合(1、10)接继电器信号,9Y断电,手指闭合同4。14、手臂缩回(6、10)当手指闭喝后,1Y断电,使泵1和泵2一起供油,同时6Y通电,其动作顺序同6。15、拔定位销(1)手腕反转碰到行程开关后,10Y断电。动作顺序同7。16、手臂反转(1、8)拔定位销,压力继电器发信号,8Y接通。换向阀16右端动作,压力油进入手臂回转缸的另一腔,手臂反转,机械手复位。l 进油路:泵2阀6换向阀16(右)单向调速阀17手臂回转缸l 回油路:手臂回转缸单向调速阀18换向阀16(右)油箱17、待料卸载(1、2)手臂反转到位后,启动行程
14、开关,8Y断电,2Y接通。此时,两油泵同时卸荷。机械手动作循环结束,等待下一个循环。机械手的动作也可由微机程序控制,与相关主机联为一体,其动作顺序相同 4、液压系统特点分析1、采用双联泵供油,手臂升降及伸缩时由两个泵同时供油;手臂回转、手指松紧及定位缸工作时,只有小流量泵2供油,大流量泵1自动卸载。由于定位缸和控制油路所需压力较低,在定位缸支路上串联有减压阀8,使之获得稳定的压力。2、的伸缩和升降采用单杆双作用液压缸驱动,手臂的升降和伸缩速度分别由单向调速阀15、13、11实现回油节流调速;手臂由摆动液压缸驱动,其正反向运动亦采用单向阀17和18,回油节流调速。3、机构的定位和缓冲是机械手工作
15、平稳可靠的关键。从提高生产率来说,希望机械手正常工作速度越快越好,但工作速度越快,起动和停止时的惯性就越大,振动和冲击就越大,这不仅会影响到机械手的定位精度,严重时还会损伤机件。因此机械手的定位精度和运动平稳性的要求,一般在定位前要采取缓冲措施。该机械手手臂伸出由死挡铁定位保证精度,端点到达前发信号切断油路,滑动缓冲;手臂缩回和手臂上升由行程开关适时发信号,提前切断油路,滑行缓冲并定位。此外,手臂伸缩缸和升降缸采用了电液换向阀换向,调节换向时间,亦增加缓冲效果。由于手臂的回转部分质量较大,转速较高,运动惯性矩较大,系统手臂回转缸除采用单向调速阀回油节流调速外,还采用定位缸插定位销定位,满足定位
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