工业机器人设计大作业

工业机器人设计

设计题目： 自动切割机 系 别： 机械系

专 业： 机械设计制造及其自动化 姓 名： 聂建波 20094011222 郭锐 20094011207 张少强 20094011236

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目 录

引言

工作原理设计 切割部分设计

1.1设计要求 ……………………………………………………………………… 4 1.2工作原理 ……………………………………………………………………… 4 1.3结构设计 ……………………………………………………………………… 5

液压控制线路的设计

2.1液压控制线路设计的一般要求 ………………………………………………9 2.2液压控制线路的设计方法 ……………………………………………………9

参考文献 ………………………………………………………………………… 10

引言

机电一体化产品广泛应用各种加工业，切割技术也有了飞速的发展，手工切割已经适应不了现代工业发展的要求。简单的机械手经过几十年的发展，如今已

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进入以通用机械手为标志的时代。几十年来，这项技术的研究和发展一直比较活跃，设计在不断的修改，品种也在不断的增加，应用领域也在不断的扩大。简单的机械手是一种仿人操作、自动控制、的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。

我们设计的铸棒线切割机结构简单，性能安全可靠，操作方便可行，很好的实现了其预定功能。铸棒线切割机主要由三个大的部分组成，即切割部分、夹紧部分和纵横行走部分。

工作原理设计

该工业机器人可进行粗切割和半精切割，切口深度为35mm。切割部分是由电极带动砂轮旋转，由气缸控制砂轮上下移动完成切割。夹紧部分主要采用了一个气动夹紧机械手，电磁阀控制气缸活塞的伸缩来实现夹紧和放松。纵横行走部分是由气缸控制纵向、横向行走板，使之沿直线导轨前进或返回，实现三个自由度的运动。

整个机器由PLC控制各个气动换向阀的电磁铁，由气缸驱动完成顺序切割动作过程。而随动工作台的随动前进速度也可以通过夹紧机械手夹紧铸棒使之与铸棒速度同步。横向切割时的切割速度可以通过气缸来调节。

与一般的切割机相比，这种切割机有以下优点：

一、实现了机械工程和自动控制的有效结合，机械部分采用机械优化设计，整个设计过程中都进行了综合技术比较与经济评价，实现了预定的功能。

二、整个运动过程都采用了气压传动控制，与液压传动相比，气压传动有无介质费用、处理方便、无泄露污染、无介质变质等优点。

三、在设计过程中，纵横行走装置采用了直线导轨，既提高了运动系统的运动精度，又很大程度的减小了摩擦力，达到了节能的效果。

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四、整个切割过程都由PCL控制，以其结构简单合理、设备性能良好、使用寿命长、安全系数高等因素，满足了自动化大批量的生产要求。

这种切割机具有控制方便，性能稳定，结构简单，调节、修改方便、生产率高等优点，具有广阔的应用前景。

切割部分设计

1.1 设计要求

项目要求切割机能够根据定长信号分别切割两条连续的铸铁棒，实现准确定长切割，切割后自动返回初始位置。其切口深度为35mm。再由压断机进行压断。

1.2 方案设计

切割部分主要有砂轮、电动机和传动机构组成。现在在切割部分有两种可行的方案：第一，电动机通过带传动带动砂轮片转动。第二，电动机通过圆柱齿轮传动带动砂轮片转动。考虑到切割过程中电动机带动砂轮高速旋转，所以优先选取第一种方案，因为圆锥齿轮传动不宜应用在转速太高的场合，而且运用齿轮传动时，还要考虑到这样消除震动和怎样润滑齿轮，这样就增加了设计成本。

图1-1 切割部分原理图

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切割部分的原理如图1-1所示，电动机带动砂轮片高速旋转，电机与工作台之间采用铰支撑，液压缸1可推动砂轮片上下移动，完成切割。液压缸2可推动工作台横向移动，控制切割的长度。气缸3可使工作台纵向移动，使砂轮片能分别切割两根铸棒。其中电动机和液压缸都通过电磁阀由PLC机控制，从而实现其动作。

1.3 结构设计 1.3.1砂轮片的选取

经过调研，切断能力为50 的砂轮片，其规格为4003.232mm，所需电机的最小功率为Pmin2.2kw，转速为n1=2840 r/min, 砂轮片的最大线速度为70m/s。

最终选取砂轮片的型号为TL-001型，其磨料为棕刚玉，粒度为20#[1]。

1.3.2 电机的选取

根据砂轮片的要求，现选用比较常用的Y系列三相异步电动机，这是由于Y系列三相异步电动机的功率等级和安装尺寸与国外同类型的先进产品相当，因而具有与国外同类型产品之间良好的互换性，供配套出口及引进设备替换[2]。选取功率为3.0KW，满载时的转速为2870r/min。额定电流6.39A，功率因数0.87，效率82%，额定转矩2.3Nm2[3]。

1.3.3 带传动设计

1.确定计算功率

由《机械设计》查得工作情况系数K=1.2则功率为

PcaKAP1.233.6 （1-1）

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2.初选带的型号

根据Pca和n，由《机械设计》初选A型普通V带。

13.确定带轮的基准直径dd1和dd2

1）由《机械设计》查得A型ddmin=75mm,考虑到带轮太小，其弯曲应力过大，所以要使dd1ddmin，取dd1=150 2）验算带的速度

Vdd1n16010015028406010022.6m/s （1-2）

因为 5m/s < 22.6m/s < 25m/s 带速符合要求。

3）计算dd2

dd2n1n2dd1 （1-3）

由于电机转速与砂轮转速基本同步，选速比 ndd2=dd1=150 mm

1n2=1，则

4.确定中心距和带的基准长度 1）初选中心距

由0.7（dd1+dd2）a02（dd1+dd2），考虑到结构要求，初选a0=900 mm

L'd2a02(dd2dd1)(dd2dd1)4a02 （1-4）

229002270

2(150150)(150150)4900

mm

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2)最后确定中心距 aa0LdL'd2900200022702765mm （1-5）

则 amina0.015Ld7650.0152000735 mm （1-6） amaxa0.030Ld7650.0302000825最后取 a735~825 mm。 5.验算带轮包角

dd2dd11180a60 18015015076560

180120 （合适） 6.确定带的根数

zPcaP' 0其中： P'0(P0KaKLP0)K P0Kbn1(11K)

i由《机械设计》查得弯曲影响系数Kb1.03103 idd2d150

d11501由《机械设计》查得传动比系数Ki1.05 P01.031032880(111.0)0kw

由《机械设计》查得包角系数Ka1

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（1-7） （1-8）

（1-9）

mm 由《机械设计》查得长度系数KL1.03 采用非化纤结构的普通带，取材质系数K0.75 由《机械设计》查得P02.2 kw。

P'0(2.211.03)0.751.7 kw

z取z3根。

7.确定单根带的初拉力

PcaP'03.61.72.12

F0500由《机械设计》查得q0.1 F05008.计算带对轴的压力 Q2F0zsin9.带轮的设计 带轮的结构尺寸

123.6Pcavz(2.5Ka1)qv （1-10）

222.63(2.51.01)0.122.6291N （1-11）

2913sin1802546N （1-12）

由于带轮的基准直径dd150mm，轴的直径d30mm，根据带轮的选择原则：即当 (2.5~3)ddd3000mm 时采用腹板式结构，铸造带轮的结构如图1-2所示。

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36°6.312.58.6斜度1：25其余82X45°3.2?156?150?120?55?428±0.021.66.30.02A?30 0A+0.0213.26.36.340566.33.23.2两处0.01A0.233.3+ 06.35 图1-2 带轮的结构

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1.3.4 液压缸的选择

1.选取气缸类型

根据设计所用资料，现选取DNC标准气缸。 2.选择安装方式

根据结构设计的要求，要实现砂轮片的上下移动完成切割，要求气缸在上下。 3

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参考文献

[1] 徐 灏. 机械设计手册. 北京：机械工业出版社，1991

[2] Shigley J E, Uicher J J.Theory of machines and mechanisms .NewYork:

McGraw-Hill Book Company,1980

[3] 蔡春源. 简明机械零件手册. 北京：冶金工业出版社，1996.3 [4] 王德玺，裴垠欣. 机械设计. 北京：煤炭工业出版社，1999

[5] D Y Yang, C H Lee,Analysis of three-dimension-al extrusion of section through curle dies by

con-formal transformation[J] .International journal of Mechanics science,1978,(20)

[6] Design and Performance of the Cycloid Speed Reducer. Machine Design. June,28 No13,1956 [7] 陆鑫盛，周 洪.气动自动化系统的优化设计. 上海：上海科学技术文献出版社，1995

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[8] Nikravesh P E. Computer-aided analysis of mechanical systems.[s.l]:Prentice-Hall Inc,1988 [9] 许福玲，陈尧明. 液压与气压传动. 北京： 机械工业出版社，2000.5 [10] 国科精工（上海）有限公司.自润滑式线性导轨

[11] 周 军，海 心. 气动控制及PLC. 北京： 机械工业出版社，2001.8 [12] 朱善君等.可编程序控制系统. 北京：清华大学出版社，1994 [13] 孙 桓，陈作模. 机械原理. 第五版. 北京：高等教育出版社，1996 [14] Mattnies, Hans Jurgen.Einfuhrung in die plhydralik.Stuttgert,B.G.Toubner,1984

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