液压上料机械手设计说明书
- 格式：pdf
- 大小：649.21 KB
- 文档页数：36
图 2.1 浇铸机械手开闭示例简图
3、力求结构简单，重量轻，体积小 手部处于腕部的最前端，工作时运动状态多变，其结构，重量和体积直接影
响整个浇铸机械手的结构，抓重，定位精度，运动速度等性能。因此，在设计手 部时，必须力求结构简单，重量轻，体积小。 4、手指应有一定的强度和刚度 5、其它要求
因此送料，夹紧浇铸机械手，根据工件的形状，采用最常用的外卡式两指钳 爪，夹紧方式用常闭史弹簧夹紧，松开时，用单作用式液压缸。此种结构较为简 单，制造方便。 二、拉紧装置原理
四、 培养 学生 进行调 查 研究，面向实际，面向生 产，向工人 和技术人员 学 习 的基本工作态度，工作作风和工作方法。
1.2 本课题的内容和要求
（ 一、） 原始数 据及资 料
（1、） 原始 数据 ：
a、 生产纲领：100000 件（两班制生产）
b、 自由度（四个自由度）
臂转动 180º
臂上下运动 500mm
YF-B10B 溢流阀 2FRM5-20/102 调速阀 23E1-10B 二位三通阀
3.2 腕部摆动液压回路
4
图 3.2 腕部摆动液压回路〖7〗
1、腕部摆动缸液压原理图如图 3.2 所示
2、工作压力 P=1Mpa流量Q Nhomakorabea35ml/s
采用：
2FRM5-20/102 调速阀
34E1-10B
换向阀
YF-B10B
T<M=30.5（N·M） 代入公式（2.14）得：
W=（8×27×10-6）×0.85/（0.1²-0.03²）×0.03 =0.673rad/s
W<π/4≈0.785rad/s 因此，取腕部回转油缸工作压力 P=1Mpa
流量 Q=35ml/s 圆整其他缸的数值：
手部抓取缸工作压力 PⅠ=2Mpa 流量 QⅠ=120ml/s
长度 l=650mm。如图 2.3 所示。
1、计算扭矩 M1〖4〗
设重力集中于离手指中心 200mm 处，即扭矩 M1 为：
M1=F×S
（2.9）
=10×9.8×0.2=19.6（N·M）
F
工
S
F
图 2.3 腕部受力简图
2、油缸（伸缩）及其配件的估算扭矩 M2〖4〗
F=5kg
S=10cm
带入公式 2.9 得
本课题通过应用 AutoCAD 技术对浇铸机械手进行结构设计和液压传动原理 设 计 ，运用 Solidworks 技术 对上料浇铸机 械手进行三 维实体造型 ，并进行 了运 动 仿真，使其能将基本的运动更具体的展现在人们面前。它能实行自动上料运动； 在 安 装 工件时 ，将 工件送 入卡 盘中的 夹紧运 动等 。上料浇铸机 械手的运动 速度是 按着满足生产率的要求来设定。
c、运动速度：使生产率满足生产纲领的要求即可。
d、控制方式：起止设定位置。
e、定位精度：±0.5mm。
f、手指握力：392N
g、驱动方式：液压驱动。
（二、） 料槽形 式及分 析 动作要求 （ 1、） 料槽形 式
由于工件的形状属于小型回转体，此种形状的零件通常采用自重输送的输料 槽,如图 1.1 所示，该装置结构简单，不需要其它动力源和特殊装置，所以本课题 采用此种输料槽。
手部在工作时，应具有适当的夹紧力，以保证夹持稳定可靠，变形小，且不 损坏工件的已加工表面。对于刚性很差的工件夹紧力大小应该设计得可以调节， 对于笨重的工件应考虑采用自锁安全装置。 2、有足够的开闭范围
夹持类手部的手指都有张开和闭合装置。工作时，一个手指开闭位置以最大 变化量称为开闭范围。对于回转型手部手指开闭范围，可用开闭角和手指夹紧端 长度表示。手指开闭范围的要求与许多因素有关，如工件的形状和尺寸，手指的 形状和尺寸，一般来说，如工作环境许可，开闭范围大一些较好，如图 2.1 所示。
所以 Q=W（ΦA1²-Φmm²）b/8 =（π /4）（0.1²-0.03²）×0.03/8 =0.27×10-4m³/s =27ml/s
（2.10） （2.11）
2.3 臂伸缩机构设计
手 臂是 浇铸 机械 手的主 要执行 部件。它的作 用是支撑腕 部和手 部，并带 动它 们在空间运动。
臂 部运 动的 目的 ，一 般是把 手部 送达空 间运动 范围 内的任 意点 上，从臂 部的 受力情况看，它在工作中即直接承受着腕部、手部和工件的动、静载荷，而且自 身运动又较多，故受力较复杂。
腕部是联结手部和臂部的部件，腕部运动主要用来改变被夹物体的方位，它
动作灵活，转动惯性小。本课题腕部具有回转这一个自由度，可采用具有一个活
动度的回转缸驱动的腕部结构。
要求：回转±90º
角速度 W=45º/s
以最大负荷计算：
当 工 件处于水 平 位置时，摆 动缸的工 件扭矩最大，采用估 算法，工件重 10kg，
关键字 浇铸机械手，AutoCAD，Solidworks 。
第一章 浇铸机械手设计任务书
1.1 毕业设计目的
毕业设计是学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环 节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围 内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和 未来事业的开拓都具有一定意义。
其中 N′=4 ´98N=392N，带入公式 2.2 得： F1=（2b／a） ´（cosα′）²N′ =(2 ´150/50) ´（cos30º）² ´392 =1764N
则实际加紧力为 F1 实际=PK1K2/η =1764 ´1.5 ´1.1/0.85=3424N
（2.1） （2.2） （2.3）
M2=F×S=5×9.8×0.1 =4.9（N·M）
3、摆动缸的摩擦力矩 M 摩〖4〗
F 摩 =300（N）（估算值）
S=20mm
（估算值）
M 摩=F 摩×S=6（N·M）
4、摆动缸的总摩擦力矩 M〖4〗 M=M1+M2+M 摩 =30.5（N·M）
5.由公式 T=P×b（ΦA1²-Φmm²）×106/8
经圆整 F1=3500N
3、计算手部活塞杆行程长 L,即
L=（D/2）tgψ
（2.4）
=25×tg30º
=23.1mm
经圆整取 l=25mm
4、确定“V”型钳爪的 L、β。
取 L/Rcp=3
（2.5）
式中： Rcp=P/4=200/4=50
（2.6）
由 公 式（2.5）（2.6）得 ：L=3×Rcp=150
小臂伸缩缸工作压力 PⅠ=0.25Mpa 流量 QⅠ=1000ml/s
（2.14）
第三章 液压系统原理设计及草图
3.1 手部抓取缸
图 3.1 手部抓取缸液压原理图〖7〗
1、手部抓取缸液压原理图如图 3.1 所示 2、泵的供油压力 P 取 10Mpa，流量 Q 取系统所需最大流量即 Q=1300ml/s。 因此，需装图 3.1 中所示的调速阀，流量定为 7.2L/min，工作压力 P=2Mpa。 采用：
其中： b—叶片密度，这里取 b=3cm； ΦA1—摆动缸内径, 这里取ΦA1=10cm； Φmm—转轴直径, 这里取Φmm=3cm。
所以代入（2.11）公式 P=8T/b（ΦA1²-Φmm²）×106 =8×30.5/0.03×（0.1²-0.03²）×106 =0.89Mpa
又因为 W=8Q/（ΦA1²-Φmm²）b
溢流阀
3.3 小臂伸缩缸液压回路
2
5
臂部伸缩缸
图 3.3 小臂伸缩缸液压回路〖7〗
1、小臂伸缩缸液压原理图如图 3.3 所示
2、工作压力
P=0.25Mpa
流量
Q=1000ml/s
采用：
图 1.1 浇铸机械手安装简易图
（2、） 动 作要求 分析 如图 1.2 所示 动作一：送 料 动作二：预夹紧 动作三：手臂上升 动作四：手臂旋转 动作五：小臂伸长 动作六：手腕旋转
预夹紧 手臂上升 手臂旋转 小臂伸长
手臂转回 图 1.2 要求分析
手腕旋转
第二章 抓取机构设计
2.1 手部设计计算
一、对手部设计的要求 1、有适当的夹紧力
其主要目的： 一、 培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，
拓宽和深化学生的知识。
二、 培养 学生 树立正 确 的设计思想，设计构 思和创新思 维，掌握工 程设 计的 一般程序规范和方法。
三、 培养 学生 树立正 确 的设计思想和使 用技术资料、国家标 准等手册 、图 册 工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。
送料浇铸机械手设计及 Solidworks 运动仿真
摘要
本 课题 是为 普通车 床 配套而设计的上料 浇铸机 械手。工业浇铸机 械手是 工业 生 产 的 必然产 物 ，它是 一种 模仿人体上肢的 部分功能，按照预 定要求输送 工件或 握 持 工 具进行 操 作的自动 化技术设 备，对实 现工业生产 自动化，推动 工业生产的 进一步发展起着重要作用。因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。 实 践 证 明，工业 浇铸 机械 手可以代 替人手的 繁重劳动，显著减 轻工人的 劳动强 度， 改 善 劳 动条件 ，提 高劳动 生产 率和自 动化水 平。工业 生产中经常 出现的笨重工 件 的 搬 运 和长期 频 繁、单调 的操 作，采用浇铸机械 手是有效 的。此外，它能在 高温、 低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优 越性，有着广阔的发展前途。.
浇 铸机 械手 的精 度最 终集中在反映在 手部的位置 精度上。所以在 选择合 适的 导向装置和定位方式就显得尤其重要了。
手臂的伸缩速度为 200m/s 行程 L=500mm 1、 手 臂 右 腔 流 量 ， 公 式 （ 2.7） 得：【 4】
Q=sv
3、力求结构简单，重量轻，体积小 手部处于腕部的最前端，工作时运动状态多变，其结构，重量和体积直接影
响整个浇铸机械手的结构，抓重，定位精度，运动速度等性能。因此，在设计手 部时，必须力求结构简单，重量轻，体积小。 4、手指应有一定的强度和刚度 5、其它要求
因此送料，夹紧浇铸机械手，根据工件的形状，采用最常用的外卡式两指钳 爪，夹紧方式用常闭史弹簧夹紧，松开时，用单作用式液压缸。此种结构较为简 单，制造方便。 二、拉紧装置原理
四、 培养 学生 进行调 查 研究，面向实际，面向生 产，向工人 和技术人员 学 习 的基本工作态度，工作作风和工作方法。
1.2 本课题的内容和要求
（ 一、） 原始数 据及资 料
（1、） 原始 数据 ：
a、 生产纲领：100000 件（两班制生产）
b、 自由度（四个自由度）
臂转动 180º
臂上下运动 500mm
YF-B10B 溢流阀 2FRM5-20/102 调速阀 23E1-10B 二位三通阀
3.2 腕部摆动液压回路
4
图 3.2 腕部摆动液压回路〖7〗
1、腕部摆动缸液压原理图如图 3.2 所示
2、工作压力 P=1Mpa流量Q Nhomakorabea35ml/s
采用：
2FRM5-20/102 调速阀
34E1-10B
换向阀
YF-B10B
T<M=30.5（N·M） 代入公式（2.14）得：
W=（8×27×10-6）×0.85/（0.1²-0.03²）×0.03 =0.673rad/s
W<π/4≈0.785rad/s 因此，取腕部回转油缸工作压力 P=1Mpa
流量 Q=35ml/s 圆整其他缸的数值：
手部抓取缸工作压力 PⅠ=2Mpa 流量 QⅠ=120ml/s
长度 l=650mm。如图 2.3 所示。
1、计算扭矩 M1〖4〗
设重力集中于离手指中心 200mm 处，即扭矩 M1 为：
M1=F×S
（2.9）
=10×9.8×0.2=19.6（N·M）
F
工
S
F
图 2.3 腕部受力简图
2、油缸（伸缩）及其配件的估算扭矩 M2〖4〗
F=5kg
S=10cm
带入公式 2.9 得
本课题通过应用 AutoCAD 技术对浇铸机械手进行结构设计和液压传动原理 设 计 ，运用 Solidworks 技术 对上料浇铸机 械手进行三 维实体造型 ，并进行 了运 动 仿真，使其能将基本的运动更具体的展现在人们面前。它能实行自动上料运动； 在 安 装 工件时 ，将 工件送 入卡 盘中的 夹紧运 动等 。上料浇铸机 械手的运动 速度是 按着满足生产率的要求来设定。
c、运动速度：使生产率满足生产纲领的要求即可。
d、控制方式：起止设定位置。
e、定位精度：±0.5mm。
f、手指握力：392N
g、驱动方式：液压驱动。
（二、） 料槽形 式及分 析 动作要求 （ 1、） 料槽形 式
由于工件的形状属于小型回转体，此种形状的零件通常采用自重输送的输料 槽,如图 1.1 所示，该装置结构简单，不需要其它动力源和特殊装置，所以本课题 采用此种输料槽。
手部在工作时，应具有适当的夹紧力，以保证夹持稳定可靠，变形小，且不 损坏工件的已加工表面。对于刚性很差的工件夹紧力大小应该设计得可以调节， 对于笨重的工件应考虑采用自锁安全装置。 2、有足够的开闭范围
夹持类手部的手指都有张开和闭合装置。工作时，一个手指开闭位置以最大 变化量称为开闭范围。对于回转型手部手指开闭范围，可用开闭角和手指夹紧端 长度表示。手指开闭范围的要求与许多因素有关，如工件的形状和尺寸，手指的 形状和尺寸，一般来说，如工作环境许可，开闭范围大一些较好，如图 2.1 所示。
所以 Q=W（ΦA1²-Φmm²）b/8 =（π /4）（0.1²-0.03²）×0.03/8 =0.27×10-4m³/s =27ml/s
（2.10） （2.11）
2.3 臂伸缩机构设计
手 臂是 浇铸 机械 手的主 要执行 部件。它的作 用是支撑腕 部和手 部，并带 动它 们在空间运动。
臂 部运 动的 目的 ，一 般是把 手部 送达空 间运动 范围 内的任 意点 上，从臂 部的 受力情况看，它在工作中即直接承受着腕部、手部和工件的动、静载荷，而且自 身运动又较多，故受力较复杂。
腕部是联结手部和臂部的部件，腕部运动主要用来改变被夹物体的方位，它
动作灵活，转动惯性小。本课题腕部具有回转这一个自由度，可采用具有一个活
动度的回转缸驱动的腕部结构。
要求：回转±90º
角速度 W=45º/s
以最大负荷计算：
当 工 件处于水 平 位置时，摆 动缸的工 件扭矩最大，采用估 算法，工件重 10kg，
关键字 浇铸机械手，AutoCAD，Solidworks 。
第一章 浇铸机械手设计任务书
1.1 毕业设计目的
毕业设计是学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环 节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围 内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和 未来事业的开拓都具有一定意义。
其中 N′=4 ´98N=392N，带入公式 2.2 得： F1=（2b／a） ´（cosα′）²N′ =(2 ´150/50) ´（cos30º）² ´392 =1764N
则实际加紧力为 F1 实际=PK1K2/η =1764 ´1.5 ´1.1/0.85=3424N
（2.1） （2.2） （2.3）
M2=F×S=5×9.8×0.1 =4.9（N·M）
3、摆动缸的摩擦力矩 M 摩〖4〗
F 摩 =300（N）（估算值）
S=20mm
（估算值）
M 摩=F 摩×S=6（N·M）
4、摆动缸的总摩擦力矩 M〖4〗 M=M1+M2+M 摩 =30.5（N·M）
5.由公式 T=P×b（ΦA1²-Φmm²）×106/8
经圆整 F1=3500N
3、计算手部活塞杆行程长 L,即
L=（D/2）tgψ
（2.4）
=25×tg30º
=23.1mm
经圆整取 l=25mm
4、确定“V”型钳爪的 L、β。
取 L/Rcp=3
（2.5）
式中： Rcp=P/4=200/4=50
（2.6）
由 公 式（2.5）（2.6）得 ：L=3×Rcp=150
小臂伸缩缸工作压力 PⅠ=0.25Mpa 流量 QⅠ=1000ml/s
（2.14）
第三章 液压系统原理设计及草图
3.1 手部抓取缸
图 3.1 手部抓取缸液压原理图〖7〗
1、手部抓取缸液压原理图如图 3.1 所示 2、泵的供油压力 P 取 10Mpa，流量 Q 取系统所需最大流量即 Q=1300ml/s。 因此，需装图 3.1 中所示的调速阀，流量定为 7.2L/min，工作压力 P=2Mpa。 采用：
其中： b—叶片密度，这里取 b=3cm； ΦA1—摆动缸内径, 这里取ΦA1=10cm； Φmm—转轴直径, 这里取Φmm=3cm。
所以代入（2.11）公式 P=8T/b（ΦA1²-Φmm²）×106 =8×30.5/0.03×（0.1²-0.03²）×106 =0.89Mpa
又因为 W=8Q/（ΦA1²-Φmm²）b
溢流阀
3.3 小臂伸缩缸液压回路
2
5
臂部伸缩缸
图 3.3 小臂伸缩缸液压回路〖7〗
1、小臂伸缩缸液压原理图如图 3.3 所示
2、工作压力
P=0.25Mpa
流量
Q=1000ml/s
采用：
图 1.1 浇铸机械手安装简易图
（2、） 动 作要求 分析 如图 1.2 所示 动作一：送 料 动作二：预夹紧 动作三：手臂上升 动作四：手臂旋转 动作五：小臂伸长 动作六：手腕旋转
预夹紧 手臂上升 手臂旋转 小臂伸长
手臂转回 图 1.2 要求分析
手腕旋转
第二章 抓取机构设计
2.1 手部设计计算
一、对手部设计的要求 1、有适当的夹紧力
其主要目的： 一、 培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，
拓宽和深化学生的知识。
二、 培养 学生 树立正 确 的设计思想，设计构 思和创新思 维，掌握工 程设 计的 一般程序规范和方法。
三、 培养 学生 树立正 确 的设计思想和使 用技术资料、国家标 准等手册 、图 册 工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。
送料浇铸机械手设计及 Solidworks 运动仿真
摘要
本 课题 是为 普通车 床 配套而设计的上料 浇铸机 械手。工业浇铸机 械手是 工业 生 产 的 必然产 物 ，它是 一种 模仿人体上肢的 部分功能，按照预 定要求输送 工件或 握 持 工 具进行 操 作的自动 化技术设 备，对实 现工业生产 自动化，推动 工业生产的 进一步发展起着重要作用。因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。 实 践 证 明，工业 浇铸 机械 手可以代 替人手的 繁重劳动，显著减 轻工人的 劳动强 度， 改 善 劳 动条件 ，提 高劳动 生产 率和自 动化水 平。工业 生产中经常 出现的笨重工 件 的 搬 运 和长期 频 繁、单调 的操 作，采用浇铸机械 手是有效 的。此外，它能在 高温、 低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优 越性，有着广阔的发展前途。.
浇 铸机 械手 的精 度最 终集中在反映在 手部的位置 精度上。所以在 选择合 适的 导向装置和定位方式就显得尤其重要了。
手臂的伸缩速度为 200m/s 行程 L=500mm 1、 手 臂 右 腔 流 量 ， 公 式 （ 2.7） 得：【 4】
Q=sv
