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哈爾濱理工大學?？粕厴I(yè)論文
沖壓機械手—升降部分機械結構設計
摘要
機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設備。通過編程來完成各種動作，它的準確性和多自由度，保證了機械手能在各種不同的環(huán)境中工作。機械手在工業(yè)生產(chǎn)中應用較多，機械手的使用能夠顯著提高生產(chǎn)效率，減少人為因素造成的廢次品率。機械手可以完成很多工作，它在自動化車間中用來運送物料，從事多種工藝操作。它的特點是通過編程來完成各種預期的作業(yè)，在構造和性能上兼有人和機器人的部分優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的靈活協(xié)調和機器人的精確到位。
機械手是在機械自動化生產(chǎn)中逐步發(fā)展出的一種新型裝置?，F(xiàn)代生產(chǎn)過程中機械手被廣泛的應用到自動生產(chǎn)線中。機械手目前雖然不如人手的靈活多變，但它具有重復性，無疲勞，不懼危險，有大的抓舉力量，因此越來越多的被廣泛運用。
機械手技術涉及機械學、力學、自動控制技術、傳感技術、電氣液壓技術，計算機可編程技術等，是一門跨學科綜合技術。機械手的運動包括升降、回轉、伸縮、夾持等動作。
本課題主要設計機械手升降部分的機械結構，包括機械手的升降和回轉液壓缸的結構設計。
關鍵詞 數(shù)控；自動裝卸；機械手；PLC
目錄
摘要 I
第1章 緒論 - 1 -
1.1 課題背景 - 1 -
1.2 機械手的發(fā)展 - 2 -
1.3 工業(yè)機械手的分類 - 2 -
1.4 課題設計的目的及意義 - 4 -
第2章 機械手的概述 - 5 -
2.1 機械手的組成 - 5 -
2.2 機械手的主要參數(shù) - 6 -
2.3 應用機械手的意義 - 6 -
2.4 機械手功能圖示 - 7 -
第3章 任務分析 - 8 -
3.1 動作分析 - 8 -
3.2 動作節(jié)拍 - 8 -
3.3 總體方案 - 8 -
3.4 方案比較 - 8 -
第4章 總體設計 - 9 -
4.1 總體設計的思路 - 9 -
4.2 總體方案的確定 - 9 -
4.3 主要研究目標 - 9 -
第5章 部件設計 - 10 -
5.1 升降部分的驅動設計 - 10 -
5.2 升降部分的結構設計 - 11 -
5.3 回轉部分的結構設計 - 13 -
第6章 零件設計 - 16 -
6.1 手臂液壓缸螺釘?shù)男：?- 16 -
6.2 手臂升降液壓缸筒的壁厚校核 - 17 -
結論 - 18 -
參考文獻 - 19 -
致謝 - 20 -
II
- 3 -
第1章 緒論
1.1 課題背景
隨著我國社會經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，人民物質文化生活水平日益提高，隨著工業(yè)自 動化的普及和發(fā)展,控制器的需求量逐年增大。為了改變落后的生產(chǎn)狀態(tài),緩解日趨緊 張的供求關系,我們就得研究開發(fā)機械手。 新中國成立特別是改革開放以來，我國社會主義現(xiàn)代化建設取得了舉世矚目的偉大成就。同時，必須清醒地看到，我國正處于并將長期處于社會主義初級階段。全面建設小康社會，既面臨難得的歷史機遇，又面臨一系列嚴峻的挑戰(zhàn)。經(jīng)濟增長過度依賴能源資源消耗，環(huán)境污染嚴重；經(jīng)濟結構不合理，農業(yè)基礎薄弱，高技術產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代服務業(yè)發(fā)展滯后；自主創(chuàng)新能力較弱，企業(yè)核心競爭力不強，經(jīng)濟效益有待提高。在擴大勞動就業(yè)、理順分配關系、提供健康保障和確保國家安全等方面，有諸多困難和問題亟待解決。從國際上看，我國也將長期面臨發(fā)達國家在經(jīng)濟、科技等方面占有優(yōu)勢的巨大壓力。為了抓住機遇、迎接挑戰(zhàn)，我們需要進行多方面的努力，包括統(tǒng)籌全局發(fā)展，深化體制改革，健全民主法制，加強社會管理等。與此同時，我們比以往任何時候都更加需要緊緊依靠科技進步和創(chuàng)新，帶動生產(chǎn)力質的飛躍，推動經(jīng)濟社會的全面、協(xié)調、可持續(xù)發(fā)展。進入21世紀，我國作為一個發(fā)展中大國，加快科學技術發(fā)展、縮小與發(fā)達國家的差距，還需要較長時期的艱苦努力，同時也有著諸多有利條件。中華民族擁有5000 年的文明史，中華文化博大精深、兼容并蓄，更有利于形成獨特的創(chuàng)新文化。只要我們增強民族自信心，貫徹落實科學發(fā)展觀，深入實施科教興國戰(zhàn)略和人才強國戰(zhàn)略，奮起直追、迎頭趕上，經(jīng)過15 年乃至更長時間的艱苦奮斗，就一定能夠創(chuàng)造出無愧于時代的輝煌科技成就?？萍脊ぷ鞯闹笇Х结樖牵鹤灾鲃?chuàng)新，重點跨越，支撐發(fā)展，引領未來。自主創(chuàng)新，就是從增強國家創(chuàng)新能力出發(fā)，加強原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進消化吸收再創(chuàng)新。重點跨越，就是堅持有所為、有所不為，選擇具有一定基礎和優(yōu)勢、關系國計民生和國家安全的關鍵領域，集中力量、重點突破，實現(xiàn)跨越式發(fā)展。支撐發(fā)展， 就是從現(xiàn)實的緊迫需求出發(fā)，著力突破重大關鍵、共性技術，支撐經(jīng)濟社會的持續(xù)協(xié)調發(fā)展。引領未來，就是著眼長遠，超前部署前沿技術和基礎研究，創(chuàng)造新的市場需求，培育新興產(chǎn)業(yè)，引領未來經(jīng)濟社會的發(fā)展。這一方針是我國半個多世紀科技發(fā)展實踐經(jīng)驗的概括總結，是面向未來、實現(xiàn)中華民族偉大復興的重要抉擇。要把提高自主創(chuàng)新能力擺在全部科技工作的突出位置。在對外開放條件下推進社會主義現(xiàn)代化建設，必須認真學習和充分借鑒人類一切優(yōu)秀文明成果。改革開放 20 多年來，我國引進了大量技術和裝備，對提高產(chǎn)業(yè)技術水平、促進經(jīng)濟發(fā)展起到了重要作用。但是，必須清醒地看到，只引進而不注重技術的消化吸收和再創(chuàng)新，勢必削弱自主研究開發(fā)的能力，拉大與世界先進水平的差距?？傊仨毎烟岣咦灾鲃?chuàng)新能力作為國家戰(zhàn)略，貫徹到現(xiàn)代化建設的各個方面，貫徹到各個產(chǎn)業(yè)、行業(yè)和地區(qū)，大幅度提高國家競爭力。我國科學技術發(fā)展的總體目標是：自主創(chuàng)新能力顯著增強，科技促進經(jīng)濟社會發(fā)展和保障國家安全的能力顯著增強，為全面建設小康社會提供強有力的支撐；基礎科學和前沿技術研究綜合實力顯著增強，取得一批在世界具有重大影響的科學技術成果，進入創(chuàng)新型國家行列，為在本世紀中葉成為世界科技強國奠定基礎，形成比較完善的中國特色國家創(chuàng)新體系。
1.2 機械手的發(fā)展
機械手一般為三類：一是不需要人工控制的通用型機械手。它是不屬于其他主機的獨立裝置。可以根據(jù)任務需要編制獨立程序完成各項規(guī)定操作。它的特點是具備不同裝置的性能之外還具備通用機械及記憶功能的三元型機械。二是需要人工操作的，起源于原子，軍事工業(yè)。先是通過操作完成特定工序，后來逐步發(fā)展到無線遙控操作。第三類是專用機械手，通常依附于自動生產(chǎn)線上，用于機床的上下料和裝卸工件。這種機械手國外叫做“Mechanical Hand”。它由主機驅動來服務，工作程序固定，一半是專用的。
機械手首先是在美國開始研制。第一臺機械手是在1958年美國聯(lián)合控制公司研究制作出來的。結構是：主機安裝一個回轉長臂，長臂頂端有電磁 抓放機構。
日本在工業(yè)上應用機械手最多，發(fā)展最快的國家，自1969年從美國引進兩種機械手后開始大力研發(fā)機械手。
前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展和應用，自1977年，前蘇聯(lián)使用的機械手一半來自國產(chǎn)一半來自進口。
現(xiàn)代工業(yè)中，自動化在生產(chǎn)過程中已日趨突出，機械手就是在機械工業(yè)中為實現(xiàn)加工、裝配、搬運等工序的自動化而產(chǎn)生的。隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，機械手的出現(xiàn)大大減輕了人類的勞動，提高了生產(chǎn)效率。采用機械手已為目前研究的熱重點。
目前機械手在工業(yè)上主要用于機床加工、鑄造，熱處理等方面，但是還不能夠滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需求。
1.3 工業(yè)機械手的分類
現(xiàn)在對工業(yè)機械手的分類尚無明確標準，一般都從規(guī)格和性能兩方面來分類。
1.按規(guī)格（所搬運工件的重量）分類：
(1)微型的—搬運重量在1公斤以下；
(2)小型的—搬運重量在10公斤以下；
(3)中型的—搬運重量在50公斤以下；
(4)大型的—搬運重量在50公斤以上。
目前大多數(shù)工業(yè)機械手能搬運的重量為1~30公斤，最小的為0.5公斤，最大的已達到800公斤。
2.按功能分類：
(1)簡易型工業(yè)機械手
有固定程序和可變程序兩種。固定程序有凸輪轂和擋塊轉轂控制；可變程序可插銷板或順序轉動控制來給定程序。
這種機械手多為氣動或液動，結構簡單，改變程序比較容易。只使用在在程序較簡單的點位控制，但作為一般單機服務的搬運作業(yè)已足夠。所以，目前這種工業(yè)機械手數(shù)量最多。
(2)記憶再現(xiàn)型工業(yè)機械手
這種工業(yè)機械手由人工通過實驗裝置傳動一遍，由磁帶（或磁鼓）把程序記錄下來，此機械手就自動按記憶的程序重復進行循環(huán)動作。
這也是采用較多一種，多為電液伺服驅動，與前者比較有較多的自由度，能進行程序較復雜的作業(yè)，通用性較廣。
(3)計算機數(shù)字控制的工業(yè)機械手
可通過更換穿孔帶或其他記憶介質來改變工業(yè)機械手的動作，還可以進行多種控制（DNC）。技術還可以是可編程程序控制或普通的微機計算機。
(4)智能工業(yè)機械手（機器人）
由電子計算機控制，通過各種傳感元件等具有視覺、熱覺、觸覺、行走機構等。