機(jī)械手設(shè)計(jì)的論文
摘要：主要從工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展現(xiàn)狀、機(jī)械手的應(yīng)用、機(jī)械部分的設(shè)計(jì)對(duì)工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)研究等方面進(jìn)行闡述。
關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)械手; 設(shè)計(jì); 研究;
工業(yè)機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中起到重要作用, 工業(yè)機(jī)械手在實(shí)際工作過程中, 必須提高機(jī)械手設(shè)計(jì)的職能, 根據(jù)企業(yè)的實(shí)際需要進(jìn)行科學(xué), 合理的進(jìn)行工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì), 能為企業(yè)的發(fā)展提供服務(wù)職能。工業(yè)機(jī)械手是一種機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合的高技術(shù)產(chǎn)品。采用工業(yè)機(jī)械手是提高產(chǎn)品質(zhì)量與勞動(dòng)生產(chǎn)率, 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化, 改善勞動(dòng)條件, 減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的一種有效手段。它是一種模仿人體上肢的部分功能, 按照預(yù)定要求輸送工件或握持工具進(jìn)行操作的自動(dòng)化技術(shù)裝備。
1 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展現(xiàn)狀
1.1 驅(qū)動(dòng)方式發(fā)展現(xiàn)狀
現(xiàn)在的工業(yè)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式, 大多采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)的工業(yè)機(jī)械手, 具有精度高、驅(qū)動(dòng)力大、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng), 必須使用減速機(jī)構(gòu), 因此, 采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的機(jī)械手的成本, 會(huì)大大高于其他方式驅(qū)動(dòng)的, 因而限制了電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的應(yīng)用。隨著氣動(dòng)技術(shù)的高速發(fā)展, 又由于氣壓驅(qū)動(dòng)具有其他驅(qū)動(dòng)方式所沒有的一些優(yōu)點(diǎn), 如成本低、高性價(jià)比、無污染、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)等, 因而越來越多的工業(yè)機(jī)械手, 采用氣動(dòng)控制, 因而氣動(dòng)技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。
1.2 定位精度發(fā)展現(xiàn)狀
在氣動(dòng)技術(shù)發(fā)展初期, 由于技術(shù)的不成熟, 利用氣壓驅(qū)動(dòng)的.工業(yè)機(jī)械手的定位精度很低, 更無法實(shí)現(xiàn)在任意位置的起停, 只能靠氣缸兩個(gè)終點(diǎn)位置來實(shí)現(xiàn)定位, 或者采用多位氣缸, 而多位氣缸的定位長(zhǎng)度, 也已經(jīng)由氣缸的行程確定, 同樣無法實(shí)現(xiàn)機(jī)械手在任意位置的起停。如果要多加一個(gè)定位位置, 或者是要改變預(yù)先確定的兩個(gè)定位位置之間的距離, 則需要另外再設(shè)計(jì)一個(gè)多位氣缸, 這樣就會(huì)導(dǎo)致氣缸的滑塊導(dǎo)向機(jī)構(gòu)更加復(fù)雜。所以, 早期的氣動(dòng)工業(yè)機(jī)械手不能實(shí)現(xiàn)任意位置的定位, 因此限制氣動(dòng)工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展。
2 機(jī)械手的應(yīng)用
2.1 合單機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化
生產(chǎn)上出現(xiàn)的許多高效專用加工設(shè)備 (如各種專用機(jī)床等) , 如果工件的裝卸等輔助作業(yè), 繼響人工操作, 不僅會(huì)增加工人勞動(dòng)強(qiáng)度, 同時(shí)亦不能充分發(fā)揮專用設(shè)備的效能, 必然會(huì)影響勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高。若采用機(jī)械手代替人工上、下料, 則可改變上述不相適應(yīng)的情況, 實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn), 并為實(shí)現(xiàn)多機(jī)床看管提供了條件, 如:自動(dòng)機(jī)床及其上下料機(jī)械手、沖壓機(jī)械手、注塑機(jī)及其取料機(jī)械手等。
2.2 組成自動(dòng)生產(chǎn)線
在單機(jī)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上, 若采用機(jī)械手自動(dòng)裝卸和輸送工件, 可使一些單機(jī)連接成自動(dòng)生產(chǎn)線。目前在軸類和盤類工件的生產(chǎn)線上, 采用機(jī)械手來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)尤為廣泛。如:軸類加工自動(dòng)生產(chǎn)線及其上下料機(jī)械手、盤類加工自動(dòng)生產(chǎn)線及其機(jī)械手、齒輪加工機(jī)床的上下料機(jī)械手等。
3 機(jī)械部分的設(shè)計(jì)
3.1 手部
機(jī)械手的手部, 是用來抓持工件 (或工具) 的部件。手部抓持工件的迅速、準(zhǔn)確和牢靠程度, 都將直接影響到機(jī)械手的工作性能, 是機(jī)械手的關(guān)鍵部件之一。
1) 手部總體確定。手部是承擔(dān)抓取刀具的機(jī)構(gòu), 由手指?jìng)髁C(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置等組成, 是機(jī)械手的重要組成部分之一。根據(jù)被抓起部件的材料、形狀、尺寸以及一些特性的不同, 此機(jī)械手部分為手指式。2) 驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算。手指夾持工件所需要驅(qū)動(dòng)力的大小, 在同一夾緊力的條件下, 隨所采用的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的不同而異。但其計(jì)算方法都是按照具體的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行力的分析, 根據(jù)力系平衡原理來進(jìn)行的。
3.2 手腕
機(jī)械手的手腕連接于手和手臂之間, 用于調(diào)整手的方向。此機(jī)械手能旋轉(zhuǎn)任何角度, 所以手腕能分別獨(dú)立的繞X、Y、Z軸向?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng), 即實(shí)現(xiàn)手×腕的任何角度的伸縮和轉(zhuǎn)動(dòng)。
手腕回轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力距M通常計(jì)按下式計(jì)算:
M摩———手腕支撐處的摩擦阻力矩 (N·m) ;
M偏——工件重心偏置的偏置力矩 (N·m) ;
M慣——手腕運(yùn)動(dòng)的慣性力矩 (N·m) 。
3.3 手臂
手臂部是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件, 其作用是支承手部, 主要用來改變刀具的位置。手部在空間的活動(dòng)范圍, 主要取決于臂部的運(yùn)動(dòng)形式。手臂部的運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)形式, 對(duì)機(jī)械手的工作性能有著較大的影響。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意下列幾點(diǎn):
1) 剛度要好。要合理選擇臂部的截面形狀和輪廓尺寸。實(shí)踐證明, 空心桿比實(shí)心桿剛度大得多。常用鋼管作臂部和導(dǎo)向桿, 用工字鋼和槽鋼作支承板, 以保證有足夠的剛度。2) 偏重力矩要小。偏重力矩是指臂部的總重力對(duì)其支承或回轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的力矩。其對(duì)臂部的升降運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng), 均將產(chǎn)生影響, 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使臂部各部分的質(zhì)量分布合理, 以減少其偏重力矩。3) 自重要輕, 慣量要小。由于機(jī)械手在高速情況下經(jīng)常起停和換向, 為了減少在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化時(shí)所產(chǎn)生的沖擊, 除了必須采取有效的緩沖裝置外, 還要力求結(jié)構(gòu)緊湊, 自重輕, 以減少慣性力。
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