畢業設計-plc控制氣動機械手設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 能，利用此動能去做功的執行元件。沖擊氣缸有缸筒、中蓋、活塞和活 塞桿等主要零件組成。中蓋與缸筒固定，它和活塞把氣缸分割成三部分，即蓄能腔、活塞腔和活塞桿腔。中蓋的中心開有噴嘴口。 13 沖擊氣缸整個工作行程可簡單地分成三個階段：復位段，儲能段，沖擊段。 沖擊氣缸的用途廣泛，可用于鍛造、沖壓、鉚接、下料、壓配、破碎等多種作業。 ⑤擺動氣缸 擺動氣缸是由一個雙作用葉片式馬達和一個普通雙作用氣缸組成。活塞的一側是圓形活塞桿，另一側是方形活塞桿。方形活塞桿能在擺動馬達的葉片軸槽里滑動，即葉片的擺動通過方形活塞桿來傳動。采用這種雙活塞桿結構的擺動氣缸，結構簡單，能同時分別實現直線和擺動 運動。 氣缸的活塞上裝有一個永久磁環，用行程開關可對氣缸直線行程位置進行檢測。擺動角度有電感式傳感器檢測。擺動角度在 0176。 270176。之間無級可調，氣缸行程范圍為 1100mm。 因擺動氣缸的可調擋塊裝置和葉片之間是分開的，所以作用在擋塊上的沖擊力可由固定擋塊或自調式緩沖器吸收。另外，葉片在行程終端也由彈性緩沖墊緩沖。為了便于調節，角度標尺安裝在背面。 擺動氣缸的活塞桿有中空雙活塞桿型的，可用于真空、噴射等。活塞桿端部有連接其它元件的內螺紋和半圓鍵。擺動氣缸常用作氣動機械手的手臂，在其上連接氣動手指。 (2)氣馬達 氣馬達的分類及特點 氣馬達是利用壓縮空氣的能量實現旋轉運動的機械。按結構形式可分為：葉片式、活塞式、齒輪式等。最為常用的是葉片式氣馬達和活塞式其馬達。葉片式氣馬達制造簡單，結構緊湊，但低速啟動轉矩小，低速性能不好，適宜性能要求低或中功率的機械。目前在礦山機械及風動工具中應用普遍。活塞式氣馬達在低速情況下有較大的輸出功率，它的低速性能好，適宜載荷較大和要求低速轉矩大的機械，如起重機、絞車絞盤、拉管機等。 由于使用壓縮空氣作為工作介質，氣馬達有以下特點： ①有過載保護作用。過載時，轉矩降低或停車，過載 消除后立即恢復正常工作， 14 不會產生故障 ②可以無級調速。控制進氣流量，就能調整馬達的功率和轉速。額定轉速從每分鐘幾十轉到幾萬轉。 ③具有較高的啟動轉矩，可直接帶負載啟動。 ④與同類電動機相比，重量只有電動機的三分之一到十分之一，因此，其慣量小，啟動停止快。 ⑤適宜于惡劣環境使用，具有防火、防爆，耐潮濕、粉塵及振動的優點。 ⑥結構簡單，維修容易 ⑦輸出功率相對較小，最大只有 20KW左右。 ⑧耗氣量大，效率低，噪聲大。 (3)氣動機械手手指及真空吸盤 氣動機械手抓取動作最終是由手指來完成的。手指主要有手指氣缸和 真空吸盤兩種結構，在抓取異型、特殊工件時也有用膜片夾緊氣缸、氣囊來抓取工件的。 ①手指氣缸 手指氣缸俗稱抓手，是目前氣動機械手在抓取技術中應用最普遍的方式之一。它有平行手指 HGP，擺動手指 HGW，旋轉手指 HGR及三點手指 HGD。 它的優點有： ，與抓手連接十分簡便 抓取方式有： 15 主要技術參數： ，最大抓取力： 390N；合攏 /打開時 間： ，最大抓取力： 530N；合攏 /打開時間： ，最大抓取力： 250N；合攏 /打開時間： ，最大抓取力： 320N；合攏 /打開時間： ②真空吸盤 目前，在傳輸和裝配生產線上，使用真空吸盤來抓取物體的例子越來越多，應用真空技術可很方便地實現諸如工件的吸持、脫開、傳遞等搬運功能。需要說明的是，這里提到的真空不是指由電動機、真空泵等一系列輔助設備所組成的真空系統，而是指有壓縮空氣進入真空發生器的噴嘴后，按照文 丘里原理在真空發生器內產生的負壓（最高可達 88KPa）。因此，它是一種十分經濟簡便的真空系統，尤其對于不需要大流量真空的工況條件更顯出它的優越性。 真空吸盤可以吸持平整光滑的工件表面，它的最小直徑為 1mm，最大直徑為 125mm（可以制作大于 125mm的吸盤）。吸盤形狀一般分圓盤形和波紋形。圓盤真空吸盤一般用于吸取平整的工件，而波紋形真空吸盤吸取的工件表面允許有輕微不平、彎曲或傾斜。真空吸盤最小吸力為 ，最大吸力可達 606N。真空吸盤由丁晴橡膠、聚氨酯或硅橡膠等材料組成，其中硅橡膠真空吸盤可用于食品工 業。它們工作溫度范圍分別為 20176。到 +80176。， 20176。到 +60176。， 40176。到 +200176。 氣動機械手在抓取物體時，究竟是選抓手，還是選真空吸盤，是沒有嚴格規定的，一般根據具體工況而定。對于平板的抓取，通常較多使用真空吸盤，而對于長方形、圓形物體，既可采用抓手又可采用真空吸盤來完成。 抓手在抓取工件時，還應考慮到抓手張開的角度不能影響相鄰工件。 A. 水平方向的伸縮移動， 、下降移動 都可選擇普通型單活塞桿雙作用氣缸或無桿氣缸，但是考慮到無桿氣缸能夠節省安裝空間， 又適合于小缸徑長行程的場合，定位精度高，于是在本方案里選用無桿氣缸。 16 （如 Z軸）的回轉運動 可選擇齒輪齒條缸或擺動氣缸，但擺動氣缸一般是用作氣動機械手的手臂，在其上連接氣動手指，而本方案的回轉運動是立柱的回轉運動，考慮到齒輪齒條缸定位精度較高，結構簡單，于是選用齒輪齒條缸。 D. 手指的夾緊，放松 可選擇平行手指氣缸，擺動手指氣缸，旋轉手指氣缸，三點手指氣缸和真空吸盤。手指的選擇，是沒有嚴格規定的，一般是根據具體工況條件而定。對于平板的抓取，通常較多使用真空吸盤，而對于方形、圓形的物體，通常 使用手指氣缸來完成。考慮到工件的形狀是圓柱體，宜采用手指氣缸，手指氣缸里平行手指氣缸結構簡單，功能明確，兩個手指夾持圓柱形工件的兩個端面，接觸面積大，抓取穩定，于是采用兩手指的闊形氣動手指氣缸。 綜合以上分析，執行元件的初步選擇如下表 1： 表 1 執行元件的初步選擇 方案所要實現的功能 初選執行元件類型 水平方向的伸縮移動 無桿氣缸 垂直方向的上升、下降移動 無桿氣缸 繞某一個軸線（如 Z軸）的回轉運動 齒輪齒條缸 手指的夾緊，放松 平行手指氣缸 由以上初選的執行元件類型，組成總體的方案圖 如圖 ： 17 圖 總體方案圖粗略圖 三 . 設計計算及元件設計選型 手部驅動力計算 本課題氣動機械手的手部結構如圖 ： 其工件重量 G=10公斤， 手指的活動角度， mmRmmb 24120 ??? ,摩擦系數為 ?f 18 (1)根據手部結構的傳動示意圖，其驅動力為 : Rbp 2? N (2)根據手指夾持工件的方位 ，可得握力計算公式 : )( ?? ?? tgN )(50 )42560(39。N tg? ?????? 所以 圖 機械手爪圖 Rbp 2? N )(490N? (3)實際驅動力 : ? 21KKpp ?實際 ?、因為傳力機構為齒輪齒條傳動，故取 ?? ，并取 ?K 。若被抓取工件的最大加速度取 ga 3? 時，則 : 412 ??? gaK 所以 )( Np ????實際 所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅動力為 N3126 。 ?、氣缸的直徑 本氣缸屬于單向作用氣缸。根據力平衡原理，單向作用氣缸活塞桿上的輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時的總阻力，其公式為 : zt FFPDF ??? 421 ? 式中 : 1F 活塞桿上的推力， N tF 彈簧反作用力， N zF 氣缸工作時的總阻力， N P 氣缸工作壓力， Pa 19 彈簧反作用按下式計算 : )1( sGF ft ?? nDGdGf 3141? Gf =nDGd31418 式中 : fG 彈簧剛度， N/m 1 彈簧預壓縮量， m s 活塞行程， m 1d 彈簧鋼絲直徑， m 1D 彈簧平均直徑， . n 彈簧有效圈數 . G 彈簧材料剪切模量，一般取 PaG ?? 在設計中，必須考慮負載率 ? 的影響，則 : tFpDF ?? 421 ?? 由以上分析得單向作用氣缸的直徑 : ??p FtFD )(4 1 ?? 代入有關數據，可得 ?fG nDGd31418? 4333915)1030(8 )( ??? ??? ?? )/( mN? )1( sGF ft ?? )( 3N? ???? 20 所以 : ?DpnFtF? )1(4 ? ? )(4 ?? ??? )( mm? 查有關手冊圓整，得 mmD 65? 由 ??Dd ,可得活塞桿直徑 : mmDd )( ???? 圓整后，取活塞桿直徑 mmd 18? 校核，按公式 ][)4//( 21 ?? ?dF 有 : ])[/14( ??Fd ? 其中， [? ] MPa120? ， NF 7501 ? 則 : )120/4904( ??? ?d ?? 滿足實際 設計要求。 ?、缸筒壁厚的設計 缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。一般氣缸缸筒壁厚與內徑之比小于或等于 1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計算 : ][2/ ?? pDP? 式中 :6 缸筒壁厚， mm D 氣缸內徑， mm pP 實驗壓力，取 PPp ? , Pa 材料為 :ZL3,[? ]=3MPa 代入己知數據，則壁厚為 : ][2/ ?? pDP? )( )1032/(1066565mm? ????? 取 ?? ，則缸筒外徑為 : )( mmD ???? 21 二．水平無桿氣缸的計算及選型 無桿氣缸與普通氣缸的結構與工作原理并不相同。普通氣缸有圓柱形的活塞桿 ，并且其動力的輸出也是通過活塞桿與外界相連來實現的，于是普通氣缸的設計計算選型有它的一整套的流程： ①由工況來確定氣缸的實際負載： ②由氣缸的運動速度來確定氣缸負載率 ? ； ③由公式?負載率氣缸的實際負載氣缸的理論輸出力 FF 0 ?算出氣缸的理論輸出力； ④由公式pFD ? 04?計算出氣缸的缸徑； ⑤查表按推薦值取活塞桿的直徑。 而無桿氣缸的設計計算選型則是按照另一套流程： ①按圖 8 力矩及負載示意圖計算出相應的力矩及負載； ②根據計算所得 出的力矩及負載查樣本《 SMC 氣動元件》，選型無桿氣缸； ③列出無桿氣缸的基本參數，以供后面使用。 (1)負載計算及氣缸選型 水平無桿氣缸所受負載（暫不考慮連接組件的重量） mNLmLmMNgmW????????????????)()m(2123工件手手工件 根據 NW ? ， mNM ?? 查《 SMC氣動元件》（ ），選型如下表 2 ： 表 2 水平無桿氣缸選型結果 元件名稱及型號 機械接觸式無桿氣缸（基本型）MY1B50G200 缸徑 50mm 最大負載 W1=700N， W2=140N， W3=200N 22 最大容許力矩 M1=78N m,M2= m,M3= m 接管方式 單邊接管 行程 200mm，無調程裝置 接管口徑 3/8 (2)動作時間計算 stttstsatsmsa5 0 01 8 0/211222???????????????? (3)耗氣量計算 sLsmppptAsqaav/32m a x?????????????水平 該機械接觸式無桿氣缸為取自 SMC 公司的外購件，其具體部件圖詳見《 SMC 氣動元件》（ ），這里不再贅述。 (1)負載計算及氣缸選型 水平無桿氣缸的重量在 選型參數里沒有提供，估算為 kgm 4?水 mNLmLmMmN?????????????????????????????????gg2600LmLmmM2132113工件手水手工件手水工件）（）（）（