冲压机械手的设计.docx
《冲压机械手的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《冲压机械手的设计.docx（36页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
冲压机械手的设计
冲压机械手的设计
学士学位论文
冲压机械手的设计
姓名：
学号：
指导教师：
学院：
专业：
完成日期：
学士学位论文
冲压机械手的设计
姓名：
学号：
指导教师：
学院：
专业：
完成日期：
基于PLC的台式钻床操纵系统改造及其进给系统设计
摘要
冲压机械手是在自动化设备的基础之上，依照现实生产中冲压的实际特点，专门为实现无人一辈子产而研发的机械设备，有利于企业提高整条生产效率。
本文在收集有关机械手方面的资料之后，对把握的资料进行分析，能以一种快捷的途径完成该课题的研究。
依照对机械手手部、腕部、手臂以及机身运算得出的数据，通过三维软件进行运动状态的模拟仿真，最后对机械手的设计过程进行完善。
同时本文还介绍了机械手的作用，机械手的组成和分类，以及讨论磁吸式机械手的设计理论与方法。
着重说明了它四个部分的结构设计。
通过学习冲压机械手的工作原理，从而了解磁吸式机械手的运动机理。
磁吸式的结构能够适合生产需要的冲压机械手，在实际生产中能够完成预期的作业，本文设计的是磁吸式的结构，因而与通用机械手相比，它结构简单，成本低廉，专用性和有用性较高，能够实现车间内的某些搬运与装配工作。
【关键词】冲压机械手限位开关电磁铁齿轮齿条机身
Abstract
Stampingmachinehandisonthebasisofautomationequipment,accordingtotheactualcharacteristicsofstampingproductionreality,specificallyfortherealizationofunmannedproductionandR&Dofmechanicalequipment,whichisbeneficialtotheimprovementofthewholeproductionefficiency.Afterthedatacollectedonthemanipulatorhand,itcancompletethestudyofsubjectinafastwayandcarryontheanalysistothedata.Accordingtothemechanicalhand,wrist,armandthecalculateddata,andsimulatethemotionstateby3Dsoftware,thedesignprocessofthemanipulatorisgood.Atthesametime,thispaperalsointroducestheroleofmanipulator,manipulatorofthecompositionandclassification,anddiscussesthedesigntheoryandmethodofmagneticmanipulator.Itemphasizesitsfourpartstructuredesign.Theprincipleoflearningthestampingofthemanipulator,soastounderstandthemechanismofmagneticmanipulator.Magneticstructureissuitableforpunchingmachinehandproductionneeds,intheactualproduction,itisexpectedtobecompletedhomework,thisdesignisthemagneticstructure,comparedwithgeneralmanipulator,whichhastheadvantagesofsimplestructure,lowcost,specificityandhighpracticability,itcanbetherealcarinsomehandlingandassemblywork.
【keywords】StampingmachinehandlimitswitchelectromagnetGearrackBody
第1章绪论
1.1前言……………………………………………………………1
1.2进展史…………………………………………………………………2
1.3应用……………………………………………………………………3
1.4组成结构………………………………………………………………4
1.4.1执行机构……………………………………………………………4
1.4.2驱动机构……………………………………………………………5
1.5进展趋势………………………………………………………………5
1.6研究内容………………………………………………………………6
1.7本章小结………………………………………………………………6
第2章总体设计方案
2.1运动部件…………………………………………………………6
2.2驱动机构………………………………………………………6
2.3本章小结…………………………………………………………7
第3章机械手手部的设计运算
3.1工件尺寸……………………………………………………………7
3.2.手抓的设计………………………………………………………7
3.2..1类型选择…………………………………………………………7
3.2.2手抓受力分析……………………………………………………7
3.3电磁铁………………………………………………………………7
3.3.1简介…………………………………………………………………7
3.3.2分类………………………………………………………………8
3.4限位开关……………………………………………………………9
3.5本章小结…………………………………………………………………9
第4章腕部的设计运算
4.1设计要求………………………………………………………………9
4.2结构设计………………………………………………………………10
4.3小结……………………………………………………………………10
第5章手臂的设计
5.1差不多要求………………………………………………………………………10
5.2臂部结构……………………………………………………………………10
5.2.1典型机构……………………………………………………………………10
5.2.2机构的选择…………………………………………………………………11
5.3本章小结……………………………………………………………………………11
第6章机身的设计
6.1整体结构…………………………………………………………………………11
6.2传动系统的设计…………………………………………………………………12
6.2.1轴的设计……………………………………………………………………12
6.2.2v带传动……………………………………………………………………13
6.2.3v带带轮的设计……………………………………………………………15
6.2.4齿轮齿条……………………………………………………………………15
6.2.5键的设计……………………………………………………………………19
6.2.6滚动轴承……………………………………………………………………21
6.3总结……………………………………………………………………………22
第7章机械手设计总结
参考文献 …………………………………………………………………………22
致谢 …………………………………………………………………………23
1绪论
1.1前言
早在20世纪初，随着机床、汽车等制造业的进展就显现了机械手。
我们将那种用于实现人手各种功能的装置称为机械手。
它一样用于工业领域中。
简单的讲，机械手仿照人手的动作，按照操纵给定程序、轨迹和要求来实现抓取、搬运或操作的自动化装置。
生产中应用机械手能够提高生产的自动化水平，能够减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;专门在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它可代替工人进行一样的工作。
因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用。
机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于机床的专用机械手。
随着工业技术的进展，制成了能够独立的按程序操纵实现重复操作，适用范畴比较广的〝程序操纵通用机械手〞，简称通用机械手。
由于通用机械手能专门快的改变工作程序，适应性较强，因此它在中小批量生产中获得比较广泛的应用。
机械手的积极作用表现在：
其一、它能代替部分的人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时刻和位置来完成工件的装运；其三、它能利用必要的机具进行焊接与装配，显著的提高劳动生产率，因而，受到专门多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。
专门是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用更广泛。
在我国近几年也有着较快的进展，同时取得一定的成效，受到机械工业的重视。
冲压机械手是在自动化设备的基础之上，依照现实生产中冲压的实际特点，专门为实现无人一辈子产而研发的机械设备。
能够取代工人在各个冲压工位上进行的物料冲压、搬运、上下料等工作，有利于企业提高整条生产线效率。
另外，关于冲压等重复性、危险性、节拍高的加工行业，在节约人力劳动成本，提高人工及设备安全性，保持产品产能、质量和工艺稳固性等方面是现代化与工业化〝开拓创新〞的重要精神表达。
因此，研究冲压机械手，具有十分重要的意义。
1.2进展史
机械手是在机械化，自动化生产过程中进展起来的一种新型装置。
它是机器人的一个重要分支。
它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，专门表达了人的智能和适应性。
在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械手尽管目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。
机械手第一是从美国开始研制的。
1958年美国联合操纵公司研制出第一台机械手。
它的结构是：
机体上安装一个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，操纵系统是示教形的。
1962年，美国联合操纵公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。
商名为
万能自动。
运动系统仿照坦克炮塔，臂能够回转、俯仰、伸缩、用液压驱动；操纵系统用磁鼓作为储备装置。
许多球坐标通用机械手确实是在那个基础上进展起来的。
同年，美国机械制造公司也实验成功一种叫Vewrsatran机械手。
该机械手的中央立柱能够回转、升降采纳液压驱动操纵系统也是示教再现型。
这两种显现在六十年代初的机械手，是后来国外工业机械手进展的基础。
1978年美国Unimate公司和斯坦福大学，麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vicarm型工业机械手，装有小型电子运算机进行操纵，用于装配作业，定位误差小于±1毫米。
联邦德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采纳关节式结构和程序操纵。
目前，机械手大部分还属于第一代，要紧依靠人工进行操纵；改进的方向要紧是降低成本和提高精度。
第二代机械手正在加紧研制。
它设有微型电子运算操纵系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。
研究安装各种传感器，把感受到的信息反馈，使机械手具有感受机能。
第三代机械手那么能独立完成工作中过程中的任务。
它与电子运算机和电视设备保持联系，并逐步进展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中的重要一环节。
1.3在生产中的应用
机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。
机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。
因此，世界各国都把进展机械工业作为进展本国经济的战略重点之一。
新世纪，生产水平及科学技术的不断进步与进展带动了整个机械工业的快速进展。
现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。
然而在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。
单靠人力将这些不连续的生产工序衔接起来，不仅费时而且效率不高。
同时人的劳动强度专门大，有时还会显现失误及损害。
明显，这严峻阻碍制约了整个生产过程的效率和自动化程度。
机械手的应用专门好的解决了这一情形，它不存在重复的偶然失误，也能有效的幸免了人身事故。
在机械工业中，机械手的应用具有以下重要意义：
1.能够提高生产过程的自动化程度
应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而能够提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。
2.能够改善劳动条件、幸免人身事故
在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染的场合，用人手直截了当操作是全然不可能的。
应用机械手那么可部分或全部代替工人安全的完成作业，大大改善了工人的劳动条件。
同时，在一些动作简单但又重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，能够幸免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。
3.能够减少人力，便于生产
代替人手进行工作，是直截了当减少人力的一个侧面，连续地工作，是减少人力的另一个侧面。
因此，在自动化机床和综合加工自动生产线上目前几乎都装有机械手，用以减少人力和更准确地操纵生产的节奏，便于有效的生产。
1.4机械手的组成结构
机械手是由抓取机构、传送部分、驱动部分和操纵部分组成。
1.4.1执行机构
手部直截了当与工件接触，一样是回转型或平动型〔多为回转型，因其结构简单〕。
手部多为两指〔也有多指〕；依照需要分为外抓式和内抓式两种；也能够用负压式或真空式的空气吸盘〔要紧用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件〕和电磁吸盘。
传力机构形式教多，常用的有：
滑槽杠杆式、连杆杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母式、弹簧式和重力式。
腕部是连接手部和臂部的部件，并可用来调剂被抓物体的方位，以扩大机械手的动作范畴，并使机械手变的更灵活，适应性更强。
手腕有独立的自由度。
有回转运动、上下摆动、左右摆动。
一样腕部设有回转运动再增加一个上下摆动即可满足工作要求，有些动作较为简单的专用机械手，为了简化结构，没有腕部，而直截了当用臂部运动驱动手部搬运工件。
臂部手臂部件是机械手的握持部件。
作用是支撑腕部和手部，并做空间运动。
臂部运动的目的：
把手部送到空间运动范畴内任意处。
假如改变手部的方位，用腕部的自由度加以实现。
因此，一样来说臂部具有三个自由度才能满足差不多要求，即手臂的伸缩、左右旋转、升降〔或俯仰〕运动。
手臂的各种运动通常用驱动机构〔如液压缸或者气缸〕和各种传动机构来实现，从臂部的受力情形分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的静、动载荷，而且自身运动较为多，受力复杂。
因此，它的结构、工作范畴、灵活性以及抓重大小和定位精度直截了当阻碍机械手的工作性能。
行走机构有的机械手带有行走机构，我国的正处于仿真时期。
1.4.2驱动机构
驱动机构部分是工业机械手的重要组成部分。
依照动力源的区别,工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。
采纳电动机构驱动机械手,结构简单、尺寸紧凑、重量轻、操纵方便。
1.5进展趋势
目前国内机械于要紧用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产进展的需要。
因此，在国内要紧是逐步扩大应用范畴，重点进展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的进展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、运算机操纵机械手和组合机械手等。
同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。
此外还应大力研究伺服型、经历再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与运算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个差不多单元。
国外机械手在机械制造行业中应用较多，进展也专门快。
目前要紧用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。
国外机械数的进展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。
使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。
如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。
目前差不多取得一定成绩。
目前世界高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的进展趋势。
定位精度能够满足微米及亚微米级要求，运行速度能够达到3M/S，量产产品达到6轴，负载2KG的产品系统总重已突破100KG。
更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而全然改变目前机械制造系统的人工操作状态。
同时，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业进展。
1.6要紧研究内容
本文通过介绍机械手的作用，机械手的组成和分类。
要紧研究了磁吸式机械手的设计理论与方法。
全面详尽的讨论了磁吸式机械手的手部、腕部、手臂以及机身等要紧部件的结构设计。
1.7本章小结
本章较为细致的介绍了机械手的进展史和在工业中的广泛应用，然后又说明了它的组成结构，由执行、驱动和操纵三部分组成，同时又分别对这三部分进行详细介绍。
最后讲述了机械手的进展趋势。
2磁吸式总体设计及方案
本文是对磁吸式机械手的设计，要紧针对的是机械手的结构和传动系统的设计运算，而要紧任务是对传动系统的设计，本章重在确定机械手的驱动机构部分。
2.1要紧的运动部件
依照机械手的设计任务可知，假设要让机械手进行上下的垂直运动，那么应当灵活采纳相关的机械传动。
第一，手部采纳带有电磁铁的吸盘，通过利用磁铁的吸引力来吸取工件，然后通过腕部紧固吸盘，采纳焊接的方式将腕部与机械手的臂部相连接，臂部的材料是合金，同样也是通过齿轮齿条机构与机身连接在一起，从而实现机械手上下的运动。
至于在输入装置，应当用电动机通过带传动传给齿轮齿条机构。
2.2驱动机构的选择
驱动机构是机械手中的重要组成部分，而驱动机构的好坏将决定机械手的性能好坏。
驱动机构分为液压、气动、电动和机械驱动。
利用电动驱动，那么具有结构简单、尺寸紧凑、重量轻、操纵方便，驱动力大等优良特性。
因此，机械手的驱动选择电动。
依照查阅相关资料，可选择额定功率为11KW，额定转速为1460r/min的Y160M-4型号的电动机。
2.3总结
本章是关于磁吸式机械手的总体设计方案，要紧是说明驱动机构的选择和结构的设计，确定采纳电动来驱动机械手，以下是分别对各部分（手、腕、臂、机身）进行的设计运算。
3手部的运算
3.1工件尺寸的选择
某钢的尺寸为200mm×150mm×10mm（
7.85
）
3.2手部手抓的设计
3.2.1类型选择
磁吸式的结构是关于手部电磁铁产生磁力来对工件进行抓取的，一样来说，我们所谓机械手的装夹方式中包括夹持、吸附两种方式。
假如关于那种表面形状较为复杂的零件或工件来说，最好采纳夹持的方式。
而关于那种表面平坦、结构简单的工件，理应采纳用电磁铁吸附的方式。
只有采纳了这种方式，机械手就能够平稳的进行工件的抓取或装卸工作。
3.2.2关于手抓的受力分析
1、使用直流电源可保证电压可不能发生变化，同时提供的电磁力是恒定不变的。
依照工件的大小和所需要的磁吸力，关于电源应选择10~20v直流电源。
从另一方面来说，对机械手提供的电压越大，手抓时的机械手的反应速度就越迅速。
2、绕组的选取应依照实际的设计要求，假设要求绕组具有一定的质量，应选择横截面积合适的漆包铜线〔铜电阻率低〕。
同时应当明白绕组也具有电阻，具有功率损耗。
依照以上的分析设计合适的吸盘：
选择直径相同的吸盘，假设d=25mm
M=ρv=7.85×200×150×10=2355g
依照受力平稳可知，G=4F=Mg（F为电磁的吸力〕
F=Mg/4=5.77N
3.3电磁铁的选择
3.3.1简介
通电产生磁的一种装置，在铁芯的外部缠绕与其功率相匹配的导电绕组，这种通有电流的线圈像磁铁一样具有磁性，叫做电磁铁。
我们通常把它制成条形或蹄形状，从而铁芯更容易磁化。
另外，为了使电磁铁断电赶忙消磁，往往采纳消磁较快的的软铁或硅钢材料来制做。
如此的电磁铁在通电时有磁性，断电后磁就随之消逝。
电磁铁在我们的日常生活中有着极其广泛的应用，由于它的发明也使发电机的功率得到了专门大的提高。
当螺线管内部插入铁芯后，铁芯被通电螺线管的磁场磁化。
磁化后的铁芯也变成了一个磁体，如此由于两个磁场互相叠加，从而使螺线管的磁性大大增强。
为了使电磁铁的磁性更强，通常将铁芯制成蹄形。
但要注意蹄形铁芯上线圈的绕向相反，一边顺时针，另一边必须逆时针。
假如绕向相同，两线圈对铁芯的磁化作用将相互抵消，使铁芯不显磁性。
另外，电磁铁的铁芯用软铁制做，而不能用钢制做。
否那么钢一旦被磁化后，将长期保持磁性而不能退磁，那么其磁性的强弱就不能用电流的大小来操纵，而失去电磁铁应有的优点。
能够通电流来产生磁力的器件，属非永久磁铁，能够专门容易地将其磁性启动或是排除。
例如：
大起重设备利用电磁铁将废弃车辆抬起。
电磁铁作为一种将电能转化为直线运动机械能的电器元件，特点是直线运动时的结构简单,成本低,噪音小,寿命长,力度可精确地用数码操纵.广泛用于家电,玩具,机车,工业自动化等需要把电能转化为直线运动机械能,或者电能转化为吸力。
吸盘式的电磁铁是依照电磁转换的原理，在通电状态下产生强大的电磁吸力，以操纵物件的前进或停止状态。
这种电磁铁结构简单，线圈置于软磁材料外壳之中并以环氧浇封，具有体积小，吸力大，牢固，可靠，全密封，环境适应性强等特点，该系列电磁铁可进行远程操作，动作简单灵敏，功能稳固可靠。
被广泛应用在自动化作业线上作为材料或产品的输送操纵件，在机械手、食品机械、医疗机械、自动化操纵系统中有着广泛的应用。
3.3.2分类
电磁铁能够分为直流电磁铁和交流电磁铁两大类型。
假如按照用途来划分电磁铁，要紧可分成以下五种：
要紧用来牵引机械装置、开启或关闭各种阀门，以执行自动操纵任务牵引电磁铁，用作起重装置来吊运钢锭、钢材、铁砂等铁磁性材料起重电磁铁，要紧用于对电动机进行制动以达到准确停车的目的制动电磁铁等等。
自动电器的电磁系统，如电磁继电器和接触器的电磁系统、自动开关的电磁脱扣器及操作电磁铁等。
其他用途的电磁铁，如磨床的电磁吸盘以及电磁振动器等。
3.4限位开关
限位开关确实是用以限定机械设备的运动位置的电气开关，也叫做行程开关。
限位开关有接触式的和非接触式的，接触式的较为直观，在机械设备的运动部件上来安装限位开关，与其相对运动的固定点上安装极限位置的挡块，或者是相反安装位置。
当限位开关的机械触头碰到挡
升级会员 