自动送料装置机械手设计论文机械制造专业.docx

题目: 自动送料装置机械手设计 目 录 摘要 I Absrtact II 第1章　绪 论 1 1.1 引言 1 1.2 研发目的及意义 1 1.3 机械手的内容 1 1.3.1 用途 1 1.3.2 技术参数 2 第2章 手部设计 3 2.1 概述 3 2.2 初选型号 3 2.2.1 真空吸盘 3 2.2.2真空发生器 4 2.3 真空吸盘的吸力计算 4 2.4手臂伸缩驱动力的计算 5 2.5手臂升降和回转部分结构设计 6 2.6手臂升降气缸的设计 6 2.6.1驱动力计算 6 2.6.2气缸的直径 7 2.6.3活塞杆直径的计算 8 2.6.4缸筒壁厚计算 9 第3章 气压传动系统设计 10 3.1气压系统传动的选定 10 3.2气压传动系统工作原理图 10 第4章 手腕设想 12 4.1 概述 12 4.2 腕部联想重点 12 4.3 典型腕部结构 12 第5章 机械手的PLC控制设计 13 5.1可编程序掌握的各种原件 13 5.2 PC指令系统 14 5.3编写机械手的PLC控制指令 15 结 语 18 参考文献 19 致 谢 20 附录 21 ii 自动送料装置机械手设计 摘要：机械手是按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置，能够代替人去完成一些重复、繁琐以及危险的操作。本文应用三菱公司生产的可编程控制器FX系列PLC，实现机械手搬运控制系统，该系统充分利用了可编程控制器（PLC）控制功能。使该系统可靠稳定，时期功能范围得到广泛应用。机械手的动作顺序为：按下启动按钮——机械手下降至取料处——左移至待加工材料处——机械手夹紧加工材料——机械手右移至预定位置——机械手松开加工材料——机械手左移——机械手上升至预定高度（安全点）并循环执行。 关键词： 机械手； PLC；气动控制；自动化 Design of manipulator for automatic feeding device Absrtact: A manipulator is an automatic operating device for grabbing, moving objects or operating tools according to a fixed procedure. It can perform repetitive, cumbersome and dangerous operations instead of human beings. In this paper, the programmable controller FX series PLC, produced by Mitsubishi company is used to realize the manipulator handling control system. The system makes full use of the programmable controller (PLC) control function. So that the system is reliable and stable, and the period function range is widely used. The order of action of the manipulator is as follows: press the start button-the manipulator drops to the reclaimer-move left to the material to be processed-the manipulator clamps the machining material-the manipulator moves right to the predetermined position-the machine The hand loosens the machining material-the manipulator moves to the left-the manipulator rises to a predetermined height (safety point) and circulates. Key words: Manipulator; PLC; pneumatic control; automation II 第1章　绪 论 1.1 引言 机械手在生活的应运已经有着无法脱离的重要，对于我们生活也是起着尤为重要的一个角色。譬如：工厂的生产线上，机械传动代替了人工，使用了智能化，快递公司分拣快递全部使用小黄人自动化机器人，而且还要无人飞机操作，更加的加大了效率，我们工业的发展更加迅速。 机械手在很多方面对我们工业的发展，物业的发展有这非常重要的角色。打个比方来说：生活，工业，环境，还有那些对人体产生极大危害性的工作全都可以由机器人替代，大大的让许多人的工作为机器手所代替，这样一来，我国工业发展飞速迅猛。 最近几年以来，机械手在国外的很多领域都有许多应用。机械手的技术手段越来越高，但是，价钱却比往年更加廉价；机械结构设计发展；控制系统更加趋向自动化设备；显然必不可少的一样东西还有就是传感器；机械手已经将虚拟的世界从之前的猜想，预言到现在逐渐技术成熟。就现在国家行情而已，机械手的技术更加成熟，不但熟练掌握了机械制造技术，还了解了机械手的智能，更加预言了机械手的重要积淀。 1.2 研发目的及意义 机械手是涵盖机压，液压，气压一体化的装置。结合指导老师的提议，学校老师的建议一下，打算做一个自动送料装置机械手，控制机器人从两个工作台之间交替，从而使我们得到一次机械结构、气动系统，控制系统练习。 1.3 机械手的内容 1.3.1 用途 机械手最早运用在国家的汽车制造。机器人在工业的应用非常广泛，它已经可以取代人工的地方，那些对人体产生危害的工作可以完全由机器人取代，同时也加大了机器人的实在用的价值，更加的让工业发展效率高，速度快的惊人，机器人也更加的受到青睐。 机械手的孕育而生，带来了许多福音，就拿个最简单的事例来说：降低了工业成本，大大提升了工业的发展效率，用时，那些对人产生危害的工作可以由机器人取而代之，这样一来，就更加的对我们工作人员更加的智能化。 1.3.2 技术参数 图1 为本设计机械手的示意图。送料台开始应能停留在工作台中任意一个位置上。按下启动按钮——机械手下降至取料处——左移至待加工材料处——机械手夹紧加工材料——机械手右移至预定位置——机械手松开加工材料——机械手左移——机械手上升至预定高度（安全点）并循环执行。 （1） 输入电压：AC220、AC11V、DC24V （2） 消耗功率：约4KW。 （3） 气源大于0.8MP且小于5MP。 （4） 要求送料台的往返移动位置必须精确。 （5） 设计出最大的传动效率，使之提高产品生产效率。 第2章 手部设计 2.1 概述 机器人的手部是重要的执行机构。手部的各自形态不同，机构功能的差异，可分为吸附式和钳爪式。 其中下图为真空吸盘控制系统： 图2-1真空吸盘控制系统 1、2—电阀；3—吸附；4—泵；5—电动机 吸盘的有点很多，举个例子来说，吸附力大，还有清洁效果，但是，需要很高的技术手段，这样价钱很贵。图2-1所示为真空吸盘控制装置，当电磁阀2通电时，真空泵管路与吸盘管路接通不抽气，吸盘不吸附工件，当电磁阀2不通电时，电磁阀1不复位，这个时候吸盘接大气。释放所有的工件。 真空是利用真空泵，真空度较高。因此本次设计用文氏管真空发生器，它是利用压缩空气在管道内快速通过而产生真空的原理。 2.2 初选型号 2.2.1 真空吸盘 型号：ESS-30-SN（Festo 公司） 主要参数： 公称半径：18.4mm 吸盘有效半径：30 mm 吸盘面积：3cm3 公称半经：2mm 吸盘固定方法：螺钉 安装螺纹：M6 最低环境温度：-10℃ 最高环境温度：70℃ -0，7bar时理论吸力：49.6N -0，7bar时撕坏力：40.8N 最小可抓取半径：110mm 吸盘材料：NBR 弹性材料 CT标准：无铜无氟 产品重量：0.009Kg 工作介质：大气 2.2.2真空发生器 型号：VAK -1/4（Festo 公司） 利用真空吸盘的运用，VAD和VAK真空发生器能够用于提取并吸住表面光滑及不透气的结构。这样一来工件就会在任何时候都可以被吸附。不产生真空。切断气体流，接受吸力。优点：廉价，性价比高。 重要系数： 外置气喷嘴：是 排空喷射器：切断压力 Laval气阻公称通经：0.05mm 最高工作压力：0.5MPa 最低工作压力：1MPa 最小真空度：-0.08MPa 出气口接口螺纹：G1/4 安装位置：任意 安装方式：孔 最低环境温度：-20℃ 最高环境温度：80℃ 外壳材料：压铸铝合金 CT标准：无铜无氟 工作介质：已过滤压缩空气 2.3 真空吸盘的吸力计算 F=2G =nD2πH /（4K1K2K3×76） (2-1) F—吸盘吸力 H—真空计读数； n—吸盘数量； D—吸盘直径； K1—安全系数（K1=1.5）； K2—工况系数（K2=2）； K3—方位系数（K3=1）。 已知：D=30mm;G=50N;使用2个真空吸盘 即 100=2×D2πH /（4×1.5×2×1×76） H=0.7×10-5Pa=0.07MPa 所选的真空发生器最大真空度为-0.08MPa，可以选用。 第3章 气压传动系统设计 3.1气压系统传动的选定 为了便于机械手操作简单，选用可编程序控制器或微机进行，系统的压力和流量都非常高，采用电磁换向阀回路，获益最大，成本低，利润高。 气动传动有很大优势，具体如下： 1.空气可循环利用起来，而且使用过的大气排出之外，又可以再一次获得新的空气，这样既不污染环境，而且还更加环保健康。 2..客气的粘稠度很低，方便我们在生产过程中的运输还有近距离的损耗最小，管道压力也很小。 3.压缩空气的工作所需的压力比较小，所以，材质上的选择可能会要求低。 4.气动装置方便维修，这样保养费用低，而且利用率很高，非常划算。 5.非常安全，不会有爆炸事件事情发生，而且便于保护。 6.气动元件采用相应材料后，能够运用在任何的环境里面，无论刮风下雨还有闪电这些条件都不会受影响。 3.2气压传动系统工作原理图 图2- 1所示为该机械手的气压传动系统工作原理图。它的气源是由空气压缩机(排气压力大于0.4～0.6M Pa) 通过快换接头进入储气罐，经分水过滤器、调压阀、油雾器，进入各并联气路上的电磁阀，以控制气缸和手部动作。 图2-1 机械手气压传动系统工作原理图 第4章 手腕设想 4.1 概述 手腕是手跟臂的相连，他的用途为了掌握方位，单独有自己的自由度，这样一来的话，机器人可以适应更加复杂的工作。 4.2 腕部联想重点 1.结构应尽量松凑、质量小大 2.要融入工作环境的要求 3.要