數控車床上下料機械手設計畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 間的不必要浪費，所以選擇用私服電機提供動力，滾珠絲桿傳動保證精度和傳送速度！根據以上各部分傳動選擇好的傳動原件，將工件和傳動原件用連接件連接起來就可以保證其運動方式，然后再對各部分進行尺寸，形狀和精度的精確設計，即可完成對數控車床的上下料要求！第三章 各部分詳細設計由于本次設計主要采用的是氣動元件，在機械手設計的時候選擇的是氣缸。其實動力源還有很多，比如液壓、電動力馬達，之所以選擇氣動，是因為此小型機械手中手爪的夾緊力和驅動力都不是很大，氣壓傳動完全可以滿足工作要求，加上氣壓傳動有能量儲存簡單而且可以產生高速動作；氣體容易壓縮，并且無污染，釋放后可以循環利用；生產成本價格低廉，體積小，重量輕，輸出質量高的優點，所以主要是對氣缸的選型計算 氣壓傳動技術(Pneumatics)是以壓縮空氣為介質，對機械運動進行能量傳遞及控制的一門技術，簡稱為氣動技術。氣動技術近年發展迅速，其關鍵部分是氣動元件。通過氣動元件的不同組合，形成氣動控制、傳動系統。氣動技術傳遞信號和能量的介質主要是空氣，通過空氣壓縮產生的氣壓進行控制的一門技術，主要是氣動控制和氣壓傳動兩部分內容。氣動技術突破原有理念，在汽車、機械、醫療等多個領域起到至關重要的作用，己廣泛應用于國民經濟的成套設備和自動化生產線上。 液壓與氣動是兩種應用廣泛的傳動技術，兩者相對比，各有優缺點。氣動技術相對于液壓技術具有以下優點: ，成本低廉、取用方便，使用安全性高，適用于易燃易爆等場合， ，空氣使用后可直接排放，不會造成二次污染，配件價格低廉，結構簡單，使用更換成本較低。 ，勞動者不需通過高端培訓即可熟練掌握。 ，方便對現有機器進行改裝。 ，以便應急使用。 。能持續進行工作，過載工作時能自動減壓(泄氣)而停止工作，充氣加壓后可繼續工作，不會對機構產生影響。 。 氣動技術相對于液壓技術缺點如下: ，除去其雜質并進行干燥。 ，穩定性相對較差，不利于進行精確的位置控制和速度控制。 ，延遲、失真情況明顯，不便用于需要高速、精確傳遞，信號傳送距離有限。 國外將氣動稱為“廉價技術、自動化技術”。氣動裝置在現今自動化工業中地位十分重要。氣動技術具有抗燃、無污染、原料易獲得等優點，得到了越來越廣泛的關注和研究。由于氣動技術本身具備的特性，特別是其優點突出，使其在各工業自動化部門應用日益廣泛。氣動技術與液壓、電器等新興技術共同成為自動化生產中廣泛應用的先進技術。其發展趨勢正在向微型化、模塊化方向發展。氣缸的組成：氣缸主要由缸體，活塞，活塞桿，前后端蓋，密封裝置組成部分氣缸還有磁環等氣缸的基本原理:氣缸的基本原理為通過壓力的空氣推動活塞移動，活塞桿連接在活塞上隨活塞一起運動，活塞桿連接執行件，通過改變進氣方向，改變活塞桿的移動方向從而改變執行件的運動狀態。失效形式:活塞卡死，不動作。氣缸無力，密封圈磨損，漏氣。氣缸的種類：氣缸有做往復直線運動的和做往復擺動的兩類。做往復直線運動的氣缸又可分為單作用、雙作用、膜片式和沖擊氣缸4種。：僅一端活塞桿，從活塞一側供氣聚能產生氣壓，氣壓推動活塞產生推力伸出，靠彈簧或自重返回。，在一個或兩個方向輸出力。：用膜片代替活塞，只在一個方向輸出力，用彈簧復位。它的密封性能好，但行程短。：這是一種新型元件。它把壓縮氣體的壓力能轉換為活塞高速（10～20米秒）運動的動能，借以做功。做往復擺動的氣缸稱擺動氣缸，由葉片將內腔分隔為二，向兩腔交替供氣，輸出軸做擺動運動，擺動角小于 280176。此外，還有回轉氣缸、氣液阻尼缸和步進氣缸等氣缸的分類：氣缸可以分為直線運動往復運動的氣缸、擺動運動的擺動氣缸、氣爪等。氣缸的密封：用來防止氣壓泄露一般采用密封圈，回轉或往復運動處的部件密封稱為動密封，靜止件部分的密封稱為靜密封。圖31 氣缸負載力f: 負載力是由工件產生的力，是氣缸所帶動負載產生的外力。負載率：指氣缸軸向負載力F與氣缸理論輸出力F1之比。理論輸出力：理論輸出力是指在氣缸處于靜止狀態下，作用在活塞有效截面積上的氣體產生的壓力或推力。尺寸的選擇：根據氣缸的推力拉力大小，選定氣缸的使用壓力參數以及缸勁尺寸，氣缸的推力計算公式為：氣缸推力計算公式為： （31）氣缸拉力計算公式為： （32）公式式中：D氣缸的活塞直徑（） d氣缸的活塞桿直徑（） P氣缸的工作壓力()，氣缸的理論推拉力（N）上述的計算公式僅適用于氣缸的工作速度在50~500mm/s范圍內，氣缸以上下垂直形式安裝使用的時候，向上的推力約為理論計算值的50%，如果氣缸橫向水平使用，考慮慣性因素，其理論輸出推力與輸出推力基本相等，計算時候可以認為相等來考慮。另外，選定氣缸的行程時，要確定工作的移動距離，考慮工作狀況是滿行程還是預留行程，當行程超過工作狀況的最長行程的時候，要考慮活塞桿的剛度，可以選擇支撐導向或者選擇特殊氣缸。根據氣缸的緩沖形式，有無緩沖氣缸、可調緩沖氣缸以及固定緩沖氣缸。根據氣缸的潤滑方式，有給油潤滑氣缸和無給油潤滑氣缸，根據氣缸的選型方法，可知本次機械手上下料設計中氣缸的選擇是關鍵！ 氣爪即是氣動手爪，是一種變形氣缸。它用來抓取物體，以實現機械手的各種動作，氣動手爪常用于搬運。它有平行開合手指，肘節擺動開合手爪、有兩爪、二爪和四爪等類型，其中兩爪中有平開式和支點開閉式驅動方式有直線式和旋轉式。氣動手爪的開閉一般是通過由氣缸活塞產生的往復直線運動帶動與手爪相連的曲柄連桿、滾輪或齒輪等機構，驅動各個手爪同步做開、閉運動。適用于多塵，多屑的場合。因此，根據手動氣爪的這些功能和設計要求，參考平開直線式手爪的原理，其結構和運動原理如下：圖32 氣爪當A口進氣B口排氣時，氣缸活塞桿2伸出，通過杠桿3繞杠桿軸7回轉，帶動兩個手指5通過一組鋼球11在導軌4上做外直線運動，兩手指便張開，松開工件。制動塊6限制工件行程，定位銷13保證直線導軌不錯位。負載的計算：考慮到工件為直徑30mm的轉子，重量不足1kg，極限重量為5kg，在夾緊過程中受力如下圖所示：圖33轉子質量為最大：m=5kg （33）G=m*g=5*=49N （34） fy=*G= （35）假設fx=fy，所以：fx=， （36）這樣每個手指提供的合力：F= (37)==``每個手爪需要橫向移動的距離為7mm，在此工程中回收到滾珠和鉸鏈的阻力，*=。負載率：由于該氣缸的作用只是負責抓取工件，所以屬于低速情況： 取 = (38)理論輸出力： F1= F/ (39) = =缸徑的計算：氣缸直徑的設計計算需根據其負載大小、運行速度和系統工作壓力來決定。這里運行速度很小，選取 P= F1= (310) D=== 取圓整后： D=12mm根據求的的直徑和選取的氣缸工作壓力，然后選擇具體的氣缸型號。如圖所示：圖34 氣動氣缸旋轉裝置主要動力為氣動，所以首選氣缸為擺動氣缸。擺動氣缸根據結構不同可以分為齒輪齒條式和葉片式兩種方式。葉片式氣缸：單葉片式擺動氣缸的結構原理如圖34所示口它是由葉片軸轉了(即輸出軸)、定子、缸體和前后端蓋等部分組成。定了和缸體固定在一起，葉片和轉了聯在一起。在定了上有兩條氣路，當左路進氣時，右路排氣，壓縮空氣推動葉片帶動轉了順時針擺動。反之，作逆時針擺動。葉片式擺動氣缸體積小，重量最輕，但制造精度要求高，密封困難，泄漏是較大，而且動密封接觸面積大，密封件的摩擦阻力損失較大，輸出效率較低，小于80℅因此，在應用上受到限制，一般只用在安裝位置受到限制的場合，如夾具的回轉，閥門開閉及工作臺轉位等。1．葉片葉子 2. 轉子 3. 定子 4. 缸體圖35 葉片式擺動氣缸齒輪齒條式氣缸：齒輪齒條式擺動氣缸是通過連接在活塞上的齒條使齒輪回轉的一種擺動氣缸，其結構原理如下圖所示。活塞僅作往復直線運動，摩擦損失少，齒輪傳動的效率較高，此擺動氣缸效率可達到95%左右。圖36 齒輪齒條式擺動氣缸根據齒輪齒條式和葉片式兩種氣缸的對比，明顯齒輪齒條式氣缸在結構和效率上都要比葉片式優良，所以這里選擇齒輪齒輪齒條式的擺動氣缸來完成所需運動。 此次設計屬于精密設計，所選用的齒輪精度比較高，并且齒輪要有較高的強度及其齒面具有較高的硬度，還應進行磨齒及其精加工。需精加工的齒輪目前多是先切齒，再做表面硬化處，最后是進行精加工。此次齒輪的材料選擇。選取為直齒圓柱齒輪，采用標準齒形，標準安裝表31齒輪參數表齒輪參數公式結果齒輪模數根據《機械設計》m=中心距a的確定由設計得中心距為15a=15分度圓直徑d為d=2ad=30齒數zz=z=20分度圓壓力角α標準角α=20176。齒頂高= m =2齒根高= =齒全高==齒頂圓直徑==33齒根圓直徑==基圓直徑==齒距==齒厚=/2=齒槽寬=/2=頂隙== ：考慮到齒條加工難度比齒輪軸小，所以選擇材料比齒輪軸材料強度低，以便磨損齒條，保護齒輪。齒條和齒輪有著一樣的各個參數，這里不再重復。旋轉90度之后齒輪軸轉過的距離： s= = (311)齒距=，所以齒條走過了5個齒，這里需要齒條的有效長度大于行程s，增加三個齒的長度保證齒輪運行正常，即齒條齒數為8.：1. 按齒面接觸強度設計 (312)齒寬系數：由《機械設計》=. (313)為使用系數，： = 為動載系數，： =為齒間載荷分布系數，：=為齒向載荷分布系數，：=所以動載系數== （314）= （315）為彈性系數，：=為節點區域系數，：=，計算接觸疲勞許用應力 [] （316）其中上述[] =