注塑機專用機械手的設計-畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 機械手動作時有啟動、停止過程的加、減速度存在，用速度一行程曲線來說明速度特性較全面，因為平均速度與行程有關， 故用平均速度表示速度的快慢更為符合速度特性。除了運動速度以外，手臂設計的基本參數還有伸縮行程和工作半徑。大部分機械手設計成相當于人工坐著或站著且略有走動操作的空間。過大的伸縮行程和工作半徑，必然帶來偏重力矩增大而剛性降低。在這種情況下宜采用自動傳送裝置為好。根據統計和比較，該機械手手臂的伸縮行程定為 400mm,最大工作半徑約 1000mm。手臂升降行程定為 800mm。定位精度也是基本參數之一。該機械手的定位精度為 mm1? 。詳細設計參數如下： （ 1）機械手各動作最大行 程： 機械手手指的最大夾取角度為 60度； 機械手手腕最大旋轉角度為 90度； 械手手臂的伸縮（升降）最大行程為 800mm； 機械手手臂最大擺動角度為 90度； 機械手手臂最大平移行程為 400mm （ 2）機械手各運動速度： 手指夾緊速度 40176。 /s 平均回轉速度 60176。 /s 手腕回轉速度 60176。 /s 手臂平均移動速度 400mm/s 手臂平均升降速度 400mm/s （所有設計參數均參照現市場已有的注塑機斜臂式機械手的主要參數） 機械手 運動系統 分析 一．機械手結構構成三維圖 浙江廣廈建設職業技術學院畢業設計說明書 第 7 頁 共 30 頁 圖 注塑機斜臂式單臂機械手結構構成三維圖 圖 注塑機斜臂式單臂機械手 結構構成二維圖 浙江廣廈建設職業技術學院畢業設計說明書 第 8 頁 共 30 頁 二．運動過程分析 機械手完成一次夾持動作有以下運動： ，靠近工件，至工件正上方； ；夾持工件； ； ； ； 45度； 100mm。 90度； ，放下工件； 。 浙江廣廈建設職業技術學院畢業設計說明書 第 9 頁 共 30 頁 3 注 塑機機械手的組成部分 手部結構設計 為了使機械手的通用性更強，把機械手的手部結構設計成可更換結構，當注塑件是棱狀時，使用夾持式手部 :如果有實際需要，還可以換成氣壓吸盤式結構。 夾持式手部結構由手指 (或手爪 )和傳力機構所組成。本文設計采用的夾持式手部（俗稱水口夾 ),用于夾注塑件和水口。其工作原理為：通過氣缸帶動活塞桿運動，活塞桿連接圓錐銷，水口片中部分已被擋板用插銷固定，水口片可以以銷作為軸做回轉運動，水口片下端有一滾筒，圓錐銷擠壓滾筒使水口片旋轉而夾住工件。本設計在手 部部分不重新設計而是選購市場上已有的成品機械手部，根據之前機械手手部參數的設定值3Kg，據此選用市場上型號為 1615S的水口夾。如圖 ；三維建模圖如 ；結構圖如 ： 圖 圖 圖 浙江廣廈建設職業技術學院畢業設計說明書 第 10 頁 共 30 頁 經查的型號 1615S水口夾的結構部分尺寸為：缸徑： 16mm；行程 15mm； 外觀尺寸：20mmx32mmx145mm。夾鉗受力分析圖如 ： 圖 為使手部能夠穩定的工作，夾持工件和水口，手指需要具有足夠的握力 (即夾緊力 )。在確定手指的握力時，除考慮工件重量外，還應考慮在傳送或操作過程中所產生的慣性力和振動，以保證工件不致產生松動或脫落。手部為氣缸驅動，那就需要給氣缸提供一定的氣壓。 型號為 1615S的水口夾的最大夾力為 3Kg，也就是說鉗板夾緊工件的最大輸出夾緊力 F3為： F3 = 3 x = 據此可以計算出氣缸活塞桿的推力即圓錐銷所需最大推力 F1為 : F1 = = 則驅動氣缸所需的氣壓 F 為： P = F/S = 據此我們選用調壓范圍為 1至 的氣壓閥，如圖 所示。 圖 可調氣壓閥浙江廣廈建設職業技術學院畢業設計說明書 第 11 頁 共 34 頁 手腕結構設計 考慮到機械手的通用性，同時由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設有回轉運動才可滿足工作的要求。因此，手腕設計成回轉結構，實現手腕回轉運動的機構為回轉氣缸。 手腕結構設計和三維建模 手腕就是連接手臂和手部的部件，手腕的作用就是改變或調整工件的方位，因此它需要獨立的自由度，以方便使機械手適應比較復雜的動作要求。手腕 自由度的選用與機械手的通用性、加工工藝的要求、工件擺放方位和定位精度等許多因素相關。由于本機械手抓取的工件是水平放置，同時考慮到通用性，因此給手腕設定一繞 x軸轉動回轉運動才可滿足工作的需求，目前用來實現手腕回轉運動的機構，應用最多的回轉機構就是回轉氣缸，因此我們就選用回轉氣缸。它的結構比較緊湊，但回轉角度小，并且需求嚴格的密封。本設計所選用的回轉氣缸為市場上與 1615S水口夾相匹配的回轉氣缸。如圖 ： 圖 回轉氣缸與水口夾組合 圖 三維建模 手腕 的驅動力矩的計算 在機械手的手腕回轉運動中所采用的回轉缸是單葉片回轉氣缸，它的原理如圖 42 所示，定片 1 與缸體 2 固連，動片 3 與回轉軸 5固連。動片封圈 4把氣腔分隔成兩個 .當壓縮氣體從孔 a 進入時，推動輸出軸作逆時 4回轉，則低壓腔的氣浙江廣廈建設職業技術學院畢業設計說明書 第 12 頁 共 30 頁 從 b孔排出。反 之，輸出軸作順時針方向回轉。單葉氣缸的壓力 P驅動力矩 M的關系如圖 所示： 圖 回轉氣缸筒圖 M回轉氣缸的驅動力矩 p回轉氣缸的工作壓力 R缸體內壁半徑 r輸出軸半徑 b動片寬度 上述驅動力矩和壓力的關系式是對于低壓腔背壓為零的情況下而言的。若低壓腔有一定的背壓，則上式中的 p 應代以工作壓力 p1 與背壓 p2 只差。 2 )( 22 rRpbM ?? , 或 )( 2 22 rRb Mp ?? 根據商家提供的數據可知手部即 1615S水口夾的總質量為 1Kg,最大可夾持 3Kg的工件。也就是手腕以下最大總重量 G max = 1Kg + 3Kg = 4Kg 。本設計采用的旋轉 氣缸為 90度型，故最大回轉角度為 90度。 腕部的驅動力矩需要的力矩 M慣 。重力： G =4 x 副臂結構設計 手臂部件是機械手的主要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動它們作空間運動 。手臂運動應該包括 3個運動：伸縮（平移）、回轉和升降。本章敘述副手臂的升降運動，手臂的伸縮（平移）設置在主手臂，手臂的回轉運動設置在機身處。 副臂結構設計和三維建模 一、 機器手臂的設計的一般都滿足以下基本要求： 1 臂部應承載能力大、剛度好、自重輕 2 根據受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。 浙江廣廈建設職業技術學院畢業設計說明書 第 13 頁 共 30 頁 3 提高支撐剛度和合理選擇支撐點的距離。 4 合理布置作用力的位置和方向。 5 注意簡化結構。 6 提高配合精度。 在速度和回轉角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機械手臂部要 盡可能的輕。減少慣量具體有 2個途徑：一是減少手臂運動件的重量，采用鋁合金材料。二是減少臂部運動件的輪廓尺寸。 綜合考慮機械手臂設計的基本要求，本文設計采用手臂與導軌二合一的設計方式，即手臂與導軌捆綁在一起。 二 、 軌的選擇 副臂的運動為往復直線升降運動，因此采用直線導軌，常用的用于工業的直線導軌包括 滾珠 直線導軌 、滾柱 直線導軌 、滾珠直線圓 導軌 、