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1、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 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 进入以通用机械手为标志的时代。几十年来，这项技术的研
2、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
3、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
4、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。 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 工程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
5、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 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
6、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322.3400mm ，所需电机 的最小功率为2 .2 m i n Pkw，转速为 1 n =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
7、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 2.3 2 mN 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 A K =1.2 则功率为 6.332 .1PKP Aca （1-1） 2. 初选带的型号 根据 ca P 和 1 n ，由机械设计初选A型普通 V带。 3. 确定带轮的基准直径 1d d和 2d d 1）由机械设计查得A 型 mind d=75mm, 考虑到带轮太小，其弯曲应力过大，所 以要使 1d d mind d，
8、取 1d d=150 2）验算带的速度 6 .22 10060 2840150 10060 11 nd V d m/s （1-2） 因为5m/s 22.6m/s 25m/s 带速符合要求。 3）计算 2d d 1 2 1 2dd d n n d（1-3） 由于电机转速与砂轮转速基本同步，选速比 2 1 nn=1，则 2d d= 1d d=150 mm 4. 确定中心距和带的基准长度 1）初选中心距 由 0.7 （ 1d d+ 2d d） 0 a2（ 1d d+ 2d d），考虑到结构要求，初选 0 a =900 mm 0 2 12 120 4 )( )( 2 2 a dd ddaL dd dd
9、d （1-4） 9004 )150150( )150150( 2 9002 2 2270 mm 2)最后确定中心距 765 2 22702000 900 2 0 dd LL aamm （1-5） 则7352000015. 0765015. 0 mind Laa mm （1-6） 8252000030. 0765030. 0 maxd Laa mm （1-7） 最后取825735a mm 。 5. 验算带轮包角 60180 12 1 a dd dd （1-8） 60 765 150150 180 120180（合适） 6. 确定带的根数 0 P P z ca （1-9） 其中：KPKKPP La
10、 )( 000 ) 1 1 ( 10 i b K nKP 由机械设计查得弯曲影响系数 3 1003.1 b K 1 150 150 1 2 d d d d i 由机械设计查得传动比系数05.1 i K 0) 0.1 1 1 (28801003.1 3 0 P kw 由机械设计查得包角系数1 a K 由机械设计查得长度系数03.1 L K 采用非化纤结构的普通带，取材质系数75.0K 由机械设计查得2.2 0 P kw。 7. 175.0)03. 112 .2(0P kw 12. 2 7 .1 6 .3 0P P z ca 取3z根。 7. 确定单根带的初拉力 2 0 )1 5.2 (500qv
11、 Kvz P F a ca （1-10） 由机械设计查得1 .0q 916 .221.0)1 0 .1 5.2 ( 36 .22 6 .3 500 2 0 FN （1-11） 8. 计算带对轴的压力 546 2 180 sin3912 2 sin2 1 0z FQN （ 1-12 ） 9. 带轮的设计 带轮的结构尺寸 由于带轮的基准直径mmdd150，轴的直径mmd30，根据带轮的选择原 则：即当mmdd d 3000)35 .2(时采用腹板式结构，铸造带轮的结构如图 1-2 所示。 两处 0.01A 0.02A 3 .2 3.2A 1.6 3 . 2 6 .3 6.3 3 3 . 3 + 0
12、 . 2 0 9 . 5 36 8.6 12 8 ? 5 5 5 6 .3 6.3 2X45 其余 6.3 6.3 3 .2 3 .2 80.02 斜 度 1 ： 2 5 ? 1 2 0 8 40 56 ? 1 5 6 ? 1 5 0 ? 4 2 ?30 +0. 021 0 图 1-2 带轮的结构 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 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
13、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 transformationJ .International journal of Mecha
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