数控机床自动夹持搬运装置的液压系统设计

1 概述
1．1 课题背景
现在工业机器人集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技 术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从 1962 年美国研制出世界上第一台工业机 器人以来， 机器人技术极其产品发展很快， 已成为柔性制造系统 （FMS） 、 自动化工厂 （FA） 、 计算机集成制造系统（CIMS）的自动化工具。 广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳 动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料以及降低生产成本，有着十分重要 的意义。和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改善着人类的生产和 生活方式。 工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作 为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越 重要的作用。国外专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技 术产业。据联合国欧洲委员会（UNECE）和国际机器人联合会（IFR）的统计，世界机器 人市场前景看好，从 20 世纪下半叶起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。 进入 20 世纪 90 年代，机器人产品发展速度较快，年增长率平均在 10%左右。2004 年增长 率达到闯记录的 20%。其中，亚洲机器人增长幅度最为突出，高达 43%。 在自动化生产领域中，工业机械手是近几十年发展起来的。工业机械手的是从工业机 器人中分支出来的。 其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，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业具有准确性和各种环境中完成作业的 能力。 机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由 度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。 机械手由执行机构、驱动-传动机构、控制系统、智能系统、远程诊断监控系统பைடு நூலகம்部 分组成。驱动-传动机构与执行机构是相辅相成的，在驱动系统中可以分：机械式、电气 式、液压式和复合式，其中液压操作力最大。 本课题是数控机床上专用于工件和零件的夹持和自动运转的装置，其运动自由度多， 且有严格的动作顺序要求、 用液压驱动可实现动作自动循环， 利于自动化和高效率等要求。
1．2 课题内容
本课题的基本内容是： 1）功能原理方案分析 2）液压系统原理图设计 3）液压系统的计算
4）油箱与执行元件工作图设计 5）编写计算说明书
1．3 课题的意义
本课题所研究的数控机床的装夹装置属于工业机器人这一范畴，对它的研究实际上就 是对工业机器人的研究。现在工业机器人集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智 能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从 1962 年美国研制出世 界上第一台工业机器人以来，机器人技术极其产品发展很快，已成为柔性制造系统（FMS） 、 自动化工厂（FA） 、计算机集成制造系统（CIMS）的自动化工具。 广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳 动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料以及降低生产成本，有着十分重要 的意义。和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改善着人类的生产和 生活方式。 随着加工行业在我国的迅速发展，各行各业的自动化装备水平越来越高，现代化加工 车间，常常配有机械手，以提高生产效率，代替工人完成恶劣环境下危险、繁重的劳动。
毕业设计（论文）中文摘要
数控机床自动夹持搬运装置的液压系统设计
摘 要：数控机床上专用于工件和零件的夹持和自动运转的装置，其运动自由度多，且有
严格的动作顺序要求。用液压驱动可实现动作自动循环，利于自动化和高效率等要求。机 械手用于各种工艺装备上，其中包括组成柔性自动化系统的数控金属切削机床。工业机器 人装备有自动可换夹持装置，其中双夹持器的装置用来保证同时操作毛坯和在加工的零 件。本设计主要针对机械手的液压系统，确定液压系统中各个部分的功能，并且对各种执 行元件进行计算分析，最终完成液压原理图。 关键词：可换夹持装置 液压元件 双夹持器
1．4 课题的创新点
采用手动换向阀变换夹持方式，既可以双夹持也可以单夹持。
2 机械手的功能设计
2．1 机械手液压系统的各部分功能
2.1.1 液压站
图 2-1 液压站液压原理图 1．蓄能器 2 精过滤器 3.压力继电器 4.减压阀 5.冷却器 6.液压马达
本设计应用液压站供应小车，滑板和机器人手臂位移电液步进式驱动装置以及手腕转 动、摆动机构和夹持器夹紧机构驱动装置。同时液压站能够相应于在主干线恒压下进入液 压系统的耗油量来自动变化可调泵的供给量。液压站还进行油的冷却，并能防止在断路状 态下液压系统中漏油。
目
1
录
概述……………………………………………………………………………………… 1
1.1 课题背景……………………………………………………………………… 1 1.2 课题内容………………………………………………………………………… 1 1.3 课题的意义………………………………………………………………………… 2 1.4 课题的创新点………………………………………………………………………… 2 2 机械手的功能设计…………………………………………………………………… 2 2.1 机械手液压系统的各部分功能…………………………………………………………… 2 2.2 机械手液压系统的功能综合………………………………………………………… 5 2.3 机械手电磁铁动作循环表…………………………………………………………… 6 2.4 机械手液压系统方案设计……………………………………………………… 6 3 机械手液压系统机构设计计算……………………………………………………… 6 3.1 负载分析………………………………………………………………………………… 6 3.2 液压马达的负载………………………………………………………………………… 9 3.3 执行元件主要参数的确定…………………………………………………………………10 3.4 计算液压缸各工作阶段的工作压力、流量、功率……………………………………… 11 3.5 拟定液压原理图……………………………………………………………………… 11 3.6 选择液压元件………………………………………………………………………………12 3.7 液压缸基本参数的确定……………………………………………………………………14 3.8 液压缸结构强度计算和稳定校验…………………………………………………………17 3.9 液压传动用油的选择………………………………………………………………………22 4 验算系统液压性能……………………………………………………………………… 23 4.1 压力损失的验算及泵压力的调整…………………………………………………………23 4.2 液压系统发热和温升验算…………………………………………………………………26 4.3 滤油器的选择………………………………………………………………………………26 结论 …………………………………………………………………………………… 30 致谢 …………………………………………………………………………………… 31 参考文献……………………………………………………………………………… 32
毕业设计（论文）外文摘要
Numerically Controlled Machine Tools Automatically Handling Devices Hydraulic Rescue System Design
Abstract: Numerically controlled machine tools, spare parts and dedicated to her rescue and automatic operation of the device, the more freedom of movement and strict action sequence. Driven by hydraulic achievable moves automatically cycle for automation and high efficiency. Mechanical hand for various processes and equipment, including the digital automation system composed soft metal cutting machine tools. Industrial robots are equipped with automatic convertible rescue devices, including devices used to ensure that double-rescue devices at the same time and in the processing operation blank parts. The design of the hydraulic system mainly mechanical hand, identifying the functions of the various parts of the hydraulic system, and implementation of various components in the calculation of analysis, and ultimately complete hydraulic principles maps. Keywords: Convertible rescue devices ; Hydraulic components; Double-rescue vehicles
2..1.2 小车驱动装置
图 2-2 小车驱动装置液压原理图 1.液压马达 M1 2.单向阀 3.液压分配器 4.步进电动机
小车的驱动装置由液压马达 M1 和成套步进驱动系统组成。 当信号传递到步进马达 M5 时，其转子通过螺旋传动推动液压分配器的滑阀，他连接着压力管和溢流管与相应的液压 马达腔。液压马达之间的连接使其在轴上的力矩方向相反，以保持在齿轮齿条传动中的无 隙啮合。在电液步进驱动装置的液压马达传动时，其与分配器滑阀刚性相连的轴，使得滑 阀回到初始位置，从而实现位置反馈。 手臂滑板移动用线性电液步进式驱动装置和手臂摆动用线性电液步进驱动装置是由 步进电动机（M3 和 M4） 、随动分配器和液压缸组成，液压缸活塞杆内装有位置反馈螺旋机 构。在信号传递到步进电动机时，其转子通过螺旋传动推动液压分配器滑阀，开启进入液 压缸油通道。液压缸活塞平行运动通过螺旋传动变为丝杆传动，而通过齿轮传动和螺旋副 变为滑阀轴向移动。单向阀的作用是用来防止液压设备断路时手臂杆件自然下垂。
2.1.3 机械手腕转动（摆动）
图 2-3 机械手手腕摆动（转动）液压原理图 1.定位器 2.液压缸
液压操纵盘 1 控制手腕转动（摆动） ，取决于电磁铁 Y7 或 Y8 及 Y6，由取决于手腕 （头部）摆动方向的旋转指令控制。此时定位器的活塞克服弹簧力向上运动，并通过杠杆 推动随动滑阀，开启油道通路，油通过分配器 P2 到液压马达 M2 的腔内。此后，当液压马 达达到所需的转速时，信号进入电磁铁断路，从而使手腕固定和分配器 P2 断路。液压马 达转速可以调节。 在指令传递到液压滑阀 2 上的分配器 P3 和 P4 时，液压马达 M3 使手腕转动。在电 磁铁 P4 接通时，油在压力下进入控制液压缸左腔。此时电磁铁 Y5 断开，则活塞移动到极 右位置，通过杠杆 17 推动随动阀，并且开启油通道，使油进入液压马达 M3 腔内。杠杆 17 的另一端安装在手腕传动部分的靠模保持接触。这样当手腕转动一定角度时（例如在极右 位置）杠杆 17 使随动阀回到中间位置，且液压马达 M3 停止转动。当电磁铁 Y5 接通，Y4 断开，油在压力下进入控制液压缸右腔，而其左腔与排油孔相连；活塞移动到左边位置， 且液压马达 M3 将手腕转动到靠模的相应突缘上。在电磁铁 Y2 和 Y5 接通时，液压缸 2 两 腔均与压力管路相连，而由于活塞面积，使他停在套筒挡块所确定的中间位置上。液压马 达转动手腕到靠模中间凸缘上。