plc控制气动机械手的毕业设计

plc控制气动机械手的毕业设计内容摘要：

缸没有普通气缸的刚性活塞杆，它利用活塞直接或间接实现直线运动，无杆气缸由缸筒，防尘和抗压密封件，无杆活塞，左右端盖，传动舌片，导架等组成。 拉制而成铝气缸筒沿轴向方向开槽，为防 止内部压缩空气泄露和外部杂物侵入，槽被内部抗压密封件和外部防尘密封件密封。 内、外密封件都是塑料挤压成形件，且互相夹持固定。 无杆活塞的两端带有唇形密封圈。 活塞两端分别进、排气，活塞将在缸筒内往复移动。 该运动通过缸筒槽的传动舌片被传递到承受负载的导架上。 此时，传动舌片将防尘密封件与抗压密封件挤开，但它们在缸筒的两端仍然是互相夹持的。 因此，传动舌片与导架组件在气缸上移动时无压缩空气泄露。 无杆气缸缸径范围为 2563mm，行程可达 10mm。 这种气缸最大的有点是节省了安装空间，特别适用于小缸径长行程的场合。 在自动化 系统、气动机器人中或得大量应用。 ③膜片式气缸 膜片式气缸由缸体、膜片、膜盘和活塞杆等主要零件组成。 它可以是单作用式，也可以是双作用式。 其膜片有盘形膜片和平膜片两种，多数采用夹织物橡胶材料。 膜片式气缸与活塞式气缸相比，具有结构紧凑、简单、制造容易、成本低、维修方便、寿命长、泄露少、效率高等优点，但膜片的变形量有限，其行程较短。 这种气缸适用于气动夹具、自动调节阀及短行程的工作场合。 ④冲击气缸 冲击气缸是把压缩空气的压力能转化为活塞组件的动能，利用此动能去做功的执行元件。 冲击气缸有缸筒、中盖、活塞和活 塞杆等主要零件组成。 中盖与缸筒固定，它和活塞把气缸分割成三部分，即蓄能腔、活塞腔和活塞杆腔。 中盖的中心开有喷嘴口。 第 13 页 共 50 页第 13 页 共 50 页第 13 页 共 50 页机密 第 13 页 20201221 13 冲击气缸整个工作行程可简单地分成三个阶段：复位段，储能段，冲击段。 冲击气缸的用途广泛，可用于锻造、冲压、铆接、下料、压配、破碎等多种作业。 ⑤摆动气缸 摆动气缸是由一个双作用叶片式马达和一个普通双作用气缸组成。 活塞的一侧是圆形活塞杆，另一侧是方形活塞杆。 方形活塞杆能在摆动马达的叶片轴槽里滑动，即叶片的摆动通过方形活塞杆来传动。 采用这种双活塞杆结构的摆动气缸，结构简单，能同时分别实现直线和摆动 运动。 气缸的活塞上装有一个永久磁环，用行程开关可对气缸直线行程位置进行检测。 摆动角度有电感式传感器检测。 摆动角度在 0176。 270176。 之间无级可调，气缸行程范围为 1100mm。 因摆动气缸的可调挡块装置和叶片之间是分开的，所以作用在挡块上的冲击力可由固定挡块或自调式缓冲器吸收。 另外，叶片在行程终端也由弹性缓冲垫缓冲。 为了便于调节，角度标尺安装在背面。 摆动气缸的活塞杆有中空双活塞杆型的，可用于真空、喷射等。 活塞杆端部有连接其它元件的内螺纹和半圆键。 摆动气缸常用作气动机械手的手臂，在其上连接气动手指。 (2)气马达 气马达的分类及特点 气马达是利用压缩空气的能量实现旋转运动的机械。 按结构形式可分为：叶片式、活塞式、齿轮式等。 最为常用的是叶片式气马达和活塞式其马达。 叶片式气马达制造简单，结构紧凑，但低速启动转矩小，低速性能不好，适宜性能要求低或中功率的机械。 目前在矿山机械及风动工具中应用普遍。 活塞式气马达在低速情况下有较大的输出功率，它的低速性能好，适宜载荷较大和要求低速转矩大的机械，如起重机、绞车绞盘、拉管机等。 由于使用压缩空气作为工作介质，气马达有以下特点： ①有过载保护作用。 过载时，转矩降低或停车，过载 消除后立即恢复正常工作，第 14 页 共 50 页第 14 页 共 50 页第 14 页 共 50 页机密 第 14 页 20201221 14 不会产生故障 ②可以无级调速。 控制进气流量，就能调整马达的功率和转速。 额定转速从每分钟几十转到几万转。 ③具有较高的启动转矩，可直接带负载启动。 ④与同类电动机相比，重量只有电动机的三分之一到十分之一，因此，其惯量小，启动停止快。 ⑤适宜于恶劣环境使用，具有防火、防爆，耐潮湿、粉尘及振动的优点。 ⑥结构简单，维修容易 ⑦输出功率相对较小，最大只有 20KW左右。 ⑧耗气量大，效率低，噪声大。 (3)气动机械手手指及真空吸盘 气动机械手抓取动作最终是由手指来完成的。 手指主要有手指气缸和 真空吸盘两种结构，在抓取异型、特殊工件时也有用膜片夹紧气缸、气囊来抓取工件的。 ①手指气缸 手指气缸俗称抓手，是目前气动机械手在抓取技术中应用最普遍的方式之一。 它有平行手指 HGP，摆动手指 HGW，旋转手指 HGR及三点手指 HGD。 它的优点有： ，与抓手连接十分简便 抓取方式有： 第 15 页 共 50 页第 15 页 共 50 页第 15 页 共 50 页机密 第 15 页 20201221 15 主要技术参数： ，最大抓取力： 390N；合拢 /打开时 间： ，最大抓取力： 530N；合拢 /打开时间： ，最大抓取力： 250N；合拢 /打开时间： ，最大抓取力： 320N；合拢 /打开时间： ②真空吸盘 目前，在传输和装配生产线上，使用真空吸盘来抓取物体的例子越来越多，应用真空技术可很方便地实现诸如工件的吸持、脱开、传递等搬运功能。 需要说明的是，这里提到的真空不是指由电动机、真空泵等一系列辅助设备所组成的真空系统，而是指有压缩空气进入真空发生器的喷嘴后，按照文 丘里原理在真空发生器内产生的负压（最高可达 88KPa）。 因此，它是一种十分经济简便的真空系统，尤其对于不需要大流量真空的工况条件更显出它的优越性。 真空吸盘可以吸持平整光滑的工件表面，它的最小直径为 1mm，最大直径为 125mm（可以制作大于 125mm的吸盘）。 吸盘形状一般分圆盘形和波纹形。 圆盘真空吸盘一般用于吸取平整的工件，而波纹形真空吸盘吸取的工件表面允许有轻微不平、弯曲或倾斜。 真空吸盘最小吸力为 ，最大吸力可达 606N。 真空吸盘由丁晴橡胶、聚氨酯或硅橡胶等材料组成，其中硅橡胶真空吸盘可用于食品工 业。 它们工作温度范围分别为 20176。 到 +80176。 ， 20176。 到 +60176。 ， 40176。 到 +200176。 气动机械手在抓取物体时，究竟是选抓手，还是选真空吸盘，是没有严格规定的，一般根据具体工况而定。 对于平板的抓取，通常较多使用真空吸盘，而对于长方形、圆形物体，既可采用抓手又可采用真空吸盘来完成。 抓手在抓取工件时，还应考虑到抓手张开的角度不能影响相邻工件。 A. 水平方向的伸缩移动， 、下降移动 都可选择普通型单活塞杆双作用气缸或无杆气缸，但是考虑到无杆气缸能够节省安装空间， 又适合于小缸径长行程的场合，定位精度高，于是在本方案里选用无杆气缸。 第 16 页 共 50 页第 16 页 共 50 页第 16 页 共 50 页机密 第 16 页 20201221 16 （如 Z轴）的回转运动 可选择齿轮齿条缸或摆动气缸，但摆动气缸一般是用作气动机械手的手臂，在其上连接气动手指，而本方案的回转运动是立柱的回转运动，考虑到齿轮齿条缸定位精度较高，结构简单，于是选用齿轮齿条缸。 D. 手指的夹紧，放松 可选择平行手指气缸，摆动手指气缸，旋转手指气缸，三点手指气缸和真空吸盘。 手指的选择，是没有严格规定的，一般是根据具体工况条件而定。 对于平板的抓取，通常较多使用真空吸盘，而对于方形、圆形的物体，通常 使用手指气缸来完成。 考虑到工件的形状是圆柱体，宜采用手指气缸，手指气缸里平行手指气缸结构简单，功能明确，两个手指夹持圆柱形工件的两个端面，接触面积大，抓取稳定，于是采用两手指的阔形气动手指气缸。 综合以上分析，执行元件的初步选择如下表 1： 表 1 执行元件的初步选择 方案所要实现的功能 初选执行元件类型 水平方向的伸缩移动 无杆气缸 垂直方向的上升、下降移动 无杆气缸 绕某一个轴线（如 Z轴）的回转运动 齿轮齿条缸 手指的夹紧，放松 平行手指气缸 由以上初选的执行元件类型，组成总体的方案图 如图 ： 第 17 页 共 50 页第 17 页 共 50 页第 17 页 共 50 页机密 第 17 页 20201221 17 图 总体方案图粗略图 三 . 设计计算及元件设计选型 手部驱动力计算 本课题气动机械手的手部结构如图 ： 其工件重量 G=10公斤， 手指的活动角度， mmRmmb 24120  ,摩擦系数为 f 第 18 页 共 50 页第 18 页 共 50 页第 18 页 共 50 页机密 第 18 页 20201221 18 (1)根据手部结构的传动示意图，其驱动力为 : Rbp 2 N (2)根据手指夹持工件的方位 ，可得握力计算公式 : )(   tgN )(50 )42560(39。 N tg  所以 图 机械手爪图 Rbp 2 N )(490N (3)实际驱动力 :  21KKpp 实际 、因为传力机构为齿轮齿条传动，故取  ，并取 K。 若被抓取工件的最大加速度取 ga 3 时，则 : 412  gaK 所以 )(3 12 90 Np 实际 所以夹持工件时所需夹紧气缸的驱动力为 N3126。 、气缸的直径 本气缸属于单向作用气缸。 根据力平衡原理，单向作用气缸活塞杆上的输出推力必须克服弹簧的反作用力和活塞杆工作时的总阻力，其公式为 : zt FFPDF  421  式中 : 1F 活塞杆上的推力， N tF 弹簧反作用力， N zF 气缸工作时的总阻力， N P 气缸工作压力， Pa 第 19 页 共 50 页第 19 页 共 50 页第 19 页 共 50 页机密 第 19 页 20201221 19 弹簧反作用按下式计算 : )1( sGF ft  nDGdGf 3141 Gf =nDGd31418 式中 : fG 弹簧刚度， N/m 1 弹簧预压缩量， m s 活塞行程， m 1d 弹簧钢丝直径， m 1D 弹簧平均直径， . n 弹簧有效圈数 . G 弹簧材料剪切模量，一般取 PaG  在设计中，必须考虑负载率  的影响，则 : tFpDF  421  由以上分析得单向作用气缸的直径 : p FtFD )(4 1  代入有关数据，可得 fG nDGd31418 4333915)1030(8 )(    )/( 7 mN )1( sGF ft  )( 3N  第 20 页 共 50 页第 20 页 共 50 页第 20 页 共 50 页机密 第 20 页 20201221 20 所以 : DpnFtF )1(4   )(4   )( mm 查有关手册圆整，得 mmD 65 由 Dd ,可得活塞杆直径 : mmDd )(  圆整后，取活塞杆直径 mmd 18 校核，按公式 ][)4//( 21  dF 有 : ])[/14( Fd  其中， [ ] MPa120 ， NF 7501  则 : )120/4904(  d  满足实际 设计要求。 、缸筒壁厚的设计 缸筒直接承受压缩空气压力，必须有一定厚度。 一般气缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于 1/10，其壁厚可按薄壁筒公式计算 : ][2/  pDP 式中 :6 缸筒壁厚， mm D 气缸内径， mm pP 实验压力，取 PPp  , Pa 材料为 :ZL3,[ ]=3MPa 代入己知数据，则壁厚为 : ][2/  pDP )( )1032/(1066565mm  取  ，则缸筒外径为 : )( mmD  第 21 页 共 50 页第 21 页 共 50 页第 21 页 共 50 页机密 第 21 页 20201221 21 二．水平无杆气缸的计算及选型 无杆气缸与普通气缸的结构与工作原理并不相同。 普通。