单臂回转式机械手设计
设计与研究Des'叼nandR洲fch
单臂回转式机械手设计
奉o明/1
(郑州航空工业管理学院,河南郑州450015)
摘要:简要介绍了凸轮轴法兰面加工机床上机械手的主要功能,详细论述了机械手总体方案和各部分的机
械结构,特别是对实现预期要求动作的各种方案进行了比较分析。
关键词:凸轮轴机床机械手
DesignofSingleArmRotaryManipulator
LIMing
(ZhengzhouInstituteofAeronauticalIndustryManagement,Zhengzhou450015,CHN)
Abstract:Inthispaper,wehavebrieflyintroducedthemainfunctionofthemanipulatorusedinthemachinetool
formachiningthecamshaftflange.Wealsohavegivenaminutedescriptionofthemanipulatordesignplansandthemechanicalconstructions,especiallywehavecomparedthedifferentplanstorealizethere—quiredactions.
Keywords:Camshaft;MachineTool;Manipulator
图1是某型号履带拖拉机6缸柴油发动机的凸轮转运动将其送回工位I,实现了工件的返回。如图1轴示意图。法兰面上的孔系加工工艺为:所示,工位I是装卸工位,工位Ⅱ一Ⅵ是加工工位,分工序1:钻中心孔。别实现工序1~5的全部加工内容。工位Ⅶ是等待工工序2:铰中心孔,成型空16H6,表面粗糙度R。位,机械手在这里抓取随行夹具和工件,送回工位I,1.6斗m。以实现工件和随行夹具的返回。在工位I,由人工从工序3:钻销孔底孔。随行夹具上卸下已加工工件,安装待加工工件。在机工序4:钻连接螺孔底孔,铰销孔,成型西10H6,表床底座上安装有步伐式棘爪输送机构,它推动随行夹面粗糙度R。1.6¨m。具和工件,实现工件在工位I~Ⅶ之间的传送并保证工序5:攻连接螺纹孔。准确到位。
1机械手的总体方案设计
该机械手要完成的任务是将工件连同随行夹具由
隔VⅡ.【位加工工位加工工位加工I位加工工位加工工位I工,立
耻翮么型岱惑么惑历惑历心历心际翮工位Ⅶ送回工位I。要求机械手刚性好、结构简单紧
夕埯岁巡岁巡夕心∥世纠凑、具有较高的抓取、定位精度。
一165一——165.。一165一—.165—。一165..一165一
1工位间距工位间距’工位间距工位间J旺工位间距'工位间距1.1机械手基本形式的选择
圈1凸轮轴加工示意图常见的工业机械手根据手臂的动作形态,按坐标
形式大致可以分为以下4种:(1)直角坐标型机械手;
机床总体方案采用一台直线移动式7工位组合机(2)圆柱坐标型机械手;(3)球坐标(极坐标)型机械床完成凸轮轴法兰面上的孔系加工。该机床用一个多手;(4)多关节型机械手。其中圆柱坐标型机械手结轴头在5个加工工位上完成5道加工工序。在加工工构简单紧凑,定位精度较高,占地面积小,能够较容易位之前有一个零件装卸工位。为了在装卸工位上卸下地实现凸轮轴加工机床的运动要求。因此,所设计的工件,必须解决工件的返回问题。该机床采用机械手机械手采用圆柱坐标式。
在加工工位之后的工位Ⅶ抓取随行夹具及工件,经回在圆柱坐标系中实现空间定位需3个参数r、O,z,
万方数据固尝等簪R∥zw口_*’M
如图2所示。根据机床工作情况,如果将立柱设置在
Ⅳ工位中心线处(参见图
3),由于I、Ⅶ工位相对Ⅳ工
位对称,故I、Ⅶ工位机械手
抓取点没有相对于凸轮轴轴
线方向的移动,即在圆柱坐
标系中,r为一定值。。
在圆柱坐标式机械手的图2圆柱坐标系
基本方案选定后,由前述要
求知道,机械手的运动有:立柱回转运动;提升工件的
运动;抓取工件的运动。
回转大臂小臂中心
操作老。
图3机床俯视图
手臂的回转与升降通常是通过立柱的运动来实现
的。但本方案中,若升降运动在立柱处实现,则所需提
升的负载除手部、工件外,还将包括回转大臂,这不但
使提升重量太大,而且导致
立柱结构十分复杂。如加置小臂,将升降运动安置在回广—葡门I:1/14:臂
转大臂臂端由小臂实现升』1上
降,则可减少升降重量,并使立柱lU丰缸u
机械手结构得以简化。总体
方案示意如图4所示。图4总体方案示意圈
1.2大臂的结构方案设计
由于所抓取的随行夹具和工件长达825mm,单手
抓取不易限制其绕小臂轴线的回转自由度,所以设计
两个手爪同时抓取工件。为保证两手爪中心线在机械
手回转过程中始终与各工位上的工件轴线平行,采用
了平行四边形结构来实现大臂与小臂之间的运动传
递。如图5所示,A、D铰链支座固联在回转立柱上,
曰、C铰链支座固联在大臂与小臂的联结法兰上,BC为
平行四边形机构的公共连杆。利用连杆BC的平面平
行移动,从而保证机械手手臂准确的移送工件到设定
位置。固尝等等K;/,zM}*,M
万方数据DesignandR嗍曲设计与研究,ⅡⅢⅣVⅥ垤图5回转大臂的平行四边形结构1.3机械手手部结构方案设计常用的工业机械手手部,按握持工件的原理,分为夹持和吸附两大类。吸附式常用于抓取工件表面平整、面积较大的板状物体,不适合用于本方案。本机械手采用夹持式手指,夹持式机械手按运动形式可分为回转型和平移型。平移型手指的张开闭合靠手指的平行移动,这种手指结构简单,适于夹持平板方料,且工件径向尺寸的变化不影响其轴心的位置,故其理论夹持误差为零。由于所要求夹持的随行夹具外形为一长方体(如图6所示),故凸轮轴加工机械手的手指基本形式选为平移型。图6随行夹具和工件示意图若采用典型的平移型手指,驱动力需加在手指移动方向上,这样会使结构变得复杂且体积庞大。因此,采用连杆滑块机构来实现力方向的变化。如图7所示结构,当油缸推动联结块上下移动时,在连杆的带动下,I驱动力方向两手指在横向张合的同时也为保证两手指仅可沿手指开由度,使手指只有沿夹持方图7机械手手指结构图向移动的自由度。・61・分别会绕定销轴0.、0:转动,合方向移动,将连杆滑块机构设计成平行四边形结构,这样就消除了手指的转动自
2机械手的驱动和控制手的动作和机床的动作统一编程控制。
3
驱动机构是工业机械手的重要组成部分,工业机机械手结构总图及工作循环
械手的性能价格比在很大程度上取决于驱动方案及其通过上述的结构方案制定和设计,凸轮轴机床机装置。根据动力源的不同,工业机械手的驱动机构大械手结构如图8所示。当
致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。采用液步伐式棘爪输送机构将工机械
压机构驱动机械手关节,结构简单、尺寸紧凑、重量轻、件送到机械手抓取工位后,手爪收
控制方便。故本机械手的驱动方案选择液压驱动。另控制系统发出指令,机械手
外,由于机床的进给运动、随行夹具的输送运动等也是开始工作。其动作循环如大臂
靠液压驱动的,机械手和机床共享一个液压站,减少了图9所示。
制造成本和设备体积,控制也变得更加简单。4结语手爪张
该机械手自投入使用大臂复
1一手指开台_i由缸;2一小平臂;3一大手臀;
4一大手臂回转装景;5一二指平移式币部
圈8机械手结构总图
机械手自动工作循环的实现,采用的是电一液联
合控制。液压缸的运动由电磁阀控制,电磁阀所接受
的控制信号来自PLC。液压缸的运动位移的限制由行
程开关控制,所产生的信号反馈回PLC。PLC对机械
・书讯・
《机床液压系统常见故障诊断与检修》机床故障诊断与检修丛书委员会编定价:10.00元
本书比较系统地对机床液压系统中常见的故障原因进行了分析,并阐述了这些故障的排除和检修方法。主要内容有:液压泵、液压缸和液压控制阀的常见故障分析与检修,机床液压系统的常见故障分析与检修,M1432A型内圆磨床、M7120A型平面磨床、M2110A型内圆磨床、M8612A型花键轴磨床、CB3463—1型半自动转塔车床、B690型液压牛头刨床和组合机床液压系统常见故障分析与检修。本书实用性强,对解决液压机床使用中产生的实际问题有广泛而具体的指导作用。
《机床液压及润滑设备维修手册》余之泳主编定价:22.00元
本书从实用的角度出发,以手册备查的形式,阐述了机床液压系统的基本知识与符号识别,机床液压及润滑设备系统分析,机床液压设备的故障诊断与排除,机床液压设备调试与维护等。书中还附有不同类型的液压及润滑系统图,各种表格和常用的计算公式以及技术数据,供读者参考、选用、以满足对机床液压及润滑设备维修的需要。
《维修电工问答》高玉奎主编定价:20.00元
本书是以原机械工业部颁的”工人初级和中级操作技能训练大纲”为依据,按照《工人技术等级标准》规定的初、中级维修电工应知、应会,并参考有关地区和部门考工情况编写的。内容包括:变压器、交流电机、直流电机、特殊电机、低压电器、电力拖动及机床电气控制、电子线路、常用电工仪器仪表等,共计435题。书中按照理论结合实际、由浅入深的原则,着重系统性和实用性,特点是图文并茂、重点突出通俗易懂。
来款请寄北京市朝阳区东直门外望京路4号,邮编:100102,机床杂志社收。
一・万方数据@鲻
单臂回转式机械手设计
作者:
作者单位:
刊名:
英文刊名:
年,卷(期):
引用次数:李明, LI Ming郑州航空工业管理学院,河南,郑州,450015制造技术与机床MANUFACTURING TECHNOLOGY & MACHINE TOOL2005,(7)2次
参考文献(2条)
1. 方明伦. 应振澍. 裴任清 工业机器人 1989
2. 《电机工程手册》编辑委员会 机械工程手册 1979
相似文献(10条)
1.期刊论文 李明. 栗全庆. LI Ming. LI Quan-qing 凸轮轴机床的工件输送机械手的研制 -机床与液压2005(7)
介绍了在七工位凸轮轴加工机床上应用的机械手,该机械手用于实现工件的输送.详细论述了机械手的功能、技术参数、工作原理、主要结构及特点.该机械手为液压驱动的圆柱坐标型搬运装置,其结构简单、抓取重量大、开合行程长、运行可靠,大大提高了生产效率.
2.会议论文 陈镇发. 王群 双工位喷油泵凸轮轴淬火机床
3.学位论文 王振国 凸轮轴靠模磨削机床的数控技术研究 2000
针对广泛使用的摇摆式凸轮轴靠模磨床加工精度和加工效率较低的现状,进行了凸轮轴无靠CNC磨床的数字化控制技术研究.提出了采用基于工业PC的开放式数控系统和数字伺 服的位置控制方式进行运动控制,完成包络磨削的方案.分析了凸轮轴型线磨削的包络加工原理、升程误差的影响因素.重点解决了凸轮型线磨削运动数学模型建立、工件变转速控制、砂轮半径磨损补偿、多约束凸轮型线节点插补、数字伺服的位置控制及相关电路等关键性问题.研究了Windows95平台下硬件中断技术,运用插补计算与伺服控制相分离、双缓冲区 前后台实时通讯等技术,进行了数控系统的软硬件开发.实现了凸轮轴磨削的数字化控制.通过伺服驱动实验表明,方案正确可靠,适于进行摇摆式凸轮轴靠模磨床的数控化改造.
4.期刊论文 李宝田 缸体凸轮轴孔机床托刀架的改进 -组合机床与自动化加工技术2004(9)
DU4900缸体双面卧式粗镗、扩、钻孔组合机床是大连机床集团为山东潍坊柴油机股份有限公司设计生产的,用于加工缸体的主轴孔与凸轮轴孔.该机床加工时,刀具采用滚动导向,滚动导套设置在夹具上.由于主轴与刀杆浮动联接,所以设计了一个托刀架,将悬伸的刀杆托起,以便于更换刀具和调刀时重新引导刀杆进入滚动导套.
5.学位论文 余尚东 凸轮轴激光淬火工艺参数优化及机床微机控制系统研究 1990
6.期刊论文 曹彦飞. 黄守道. CAO Yan-fei. HUANG Shou-dao 西门子PLC S7-300在基于SINUMERIK 840D系统的全数控凸轮轴磨床保护中的应用 -机电工程技术2005,34(9)
本文介绍了在采用SINUMERIK 840D系统的全数控凸轮轴磨床中,应用PLC S7-300通过NC变量选择器读取NCK中数据,并对数据进行判断处理以实现手动(JOG)状态下操作的保护.
7.期刊论文 张苓 利用电脑功率监控器改造连杆凸轮轴枪钻机床的电控系统 -组合机床与自动化加工技术1999(5)
8.学位论文 姜琼 MKQ8312数控凸轮轴磨床动态性能分析及结构改进研究 2007
随着科学技术的飞快发展,市场竞争空前激烈。产品更新换代周期大大缩短,品种也开始由单一走向多元。数控凸轮轴磨床作为汽车、摩托车等零部件的工作母机,要求具有合理的结构和动态性能。采用有限元建立零部件和整机的模型,进而优化零部件和整机的结构,对于新机床结构动态性能的改善、加工精度的提高、开发周期的缩短和开发成本的降低无疑是十分重要的。
文章主要以提高结构动刚度为目标,分别从机床关键零部件、整机、动态测试三个层次对MKQ8312数控凸轮轴磨床进行了动力学分析,并做出了相应的结构改进。
本文首先利用有限元法对头架主轴进行了动态性能分析,并对其强度进行了校核。然后对机床关键零部件进行了动态性能分析,在此基础上,以提高前两阶固有频率为理论依据,利用方案比较法针对结构薄弱环节进行改进。研究表明:
开口大小是影响零部件刚度的重要因素;改善筋板的位置和形状是提高结构固有频率的关键,其意义比单纯增加筋板厚度或数目更为重大;部件改进应结合具体的边界条件以及某些部位的特殊作用,不能盲目任意的改进,否则改进后的部件没有多大的实际意义。
随后本文重点利用有限元法对MKQ8312 数控凸轮轴磨床整机进行了模态分析,获得了整机的前十阶固有频率及振型,根据振型判断了机床的主要薄弱环节。
采用各个零部件模态频率分离的原则及提高轴承刚度两种方法对整机进行了改进。对整机进行有限元建模时,特别考虑了各个零部件的简化以及连接方法,以便建立准确的整机有限元模型。
文章除了采用有限元法对数控凸轮轴磨床进行动态分析外,还采用动态测试方法得出零部件的固有频率,然后与计算频率进行比较,结果基本一致,由此验证了有限元模型的正确性。
本课题在MKQ8312 数控高速轻型凸轮轴磨床经验数据的基础上,对其进行动态性能分析及结构改进研究与探索,为高速磨床的设计提供参考依据。
9.期刊论文 孙志永. 郑军. 韩秋实 数控凸轮轴磨床机械设计 -制造技术与机床2003(10)
介绍研制的数控凸轮轴磨床的伺服进给机构X轴和工件头架C轴的机械结构设计计算.实践证明,以控制器为核心进行数控机床设计或进行机床数控化改造较容易实现,且成本较低.
10.会议论文 刘一来 凸轮轴的CBN磨削技术 2001
采用CBN砂轮磨削是凸轮轴磨加工技术发展的必然趋势.高效、高精度、低成本是它的明显特点.本文依据笔者实验研究的结果,分析了有关的技术文献,从国内外凸轮轴磨削技术发展概况、CBN砂轮磨削凸轮轴技术要素等方面论述了该技术现状及其发展趋势,并对其国内市场化过程中的制约因素和可能解决的途径进行了分析讨论.
引证文献(2条)
1. 康立新. 马建华 工业机械手的设计[期刊论文]-中小企业管理与科技 2009(24)
2. 芦小龙. 韩良 高速大行程电磁驱动装置结构设计与实验研究[期刊论文]-电子工业专用设备 2007(10)
本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_zzjsyjc200507021.aspx
下载时间:2010年5月21日