柔性线气动机械手气动系统设计毕业论文.doc

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1、南京工程学院 自动化学院 本科毕业设计（论文）题目： 柔性线气动机械手气动系统设计 专 业： 自动化（数控技术） 班 级： K数控061 学 号：240051038学生姓名： 指导教师： 起迄日期： 2010.3.302010.6.12 设计地点： 工程实训中心7B212 _Graduation Design (Thesis)Flexible Line Pneumatic System Design Of Pneumatic ManipulatorBy Supervised ByAssociate Prof. School of AutomationNanjing Institute of T

2、echnologyJune, 2009 摘 要 气动技术是实现工业自动化的重要手段。气压传动的介质来自于空气，环境污染小，工程容易实现，是易于推广普及实现工业自动化的应用技术。气动技术在机械、化工、电子、电气、纺织、食品、包装、印刷、轻工、汽车等各个制造行业，尤其在各种自动化生产装备和生产线中得到了广泛的应用，极大地提高了制造业的生产效率和产品质量。气动系统的应用，引起了世界各国产业界的普遍重视，气动行业已成为工业国家发展速度最快的行业之一。 可编程控制技器（PLC）是以微处理器为基础，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型、通用的自动控制装置，他具有机构简单、易于编程、性能

3、优越、可靠性高、灵活通用和使用方便等一系列优点，近年来在工业生产过程的自动控制中得到了越来越广泛的应用关键词：气动机械手；气动技术；PLCABSTRACT Pneumatic technology is an important means of industrial automation. Pressure transmission medium from the air, environmental pollution, construction easy to implement, is easy to promote the universal application of indus

4、trial automation technology.Pneumatic technology in mechanical, chemical, electronic, electrical, textile, food, packaging, printing, light industry, automobile and other industries in this sector, especially in a variety of automated production equipment and production lines have been widely used,

5、greatly improved the manufacturing industryproduction efficiency and product quality.Pneumatic System, led the world in general industry attention, pneumatic industry has become the industrial countries, one of the fastest growing industries. Programmable control technology device (PLC) is a micropr

6、ocessor-based, integrated computer technology, automatic control technology and communication technology developed a new, universal control device, he has the organization is simple, easy programming, superior performance,high reliability, flexibility and ease of use advantages, such as common in re

7、cent years, automatic control of industrial processes has been more widely used.Key words: Pneumatic Manipulator; pneumatic technology;PLC目录第一章 绪论.6 1.1气动技术及气动机械手的发展过程.61.2气动机械手的应用和发展前景及方向.6 1.3 PLC介绍.81.4选题背景与意义.12 1.5本文的概述及结构.13第二章 设计任务要求及总体方案.13 2.1设计目的.132.2设计要求.13 2.3总体方案设计.14第三章 机械系统设计.16 3.1纵

8、向气缸的设计.17 3.2横行气缸的设计.20第四章 控制系统组成及详细设计.22 4.1控制系统组成.22 4.2控制系统详细设计.25第五章 结论 .34 5.1论文总结.34 5.2感想 .35致谢 .35参考文献 .36 附录A .37附录B .38附录C .39附录D .42第一章 绪论1.1 气动技术及气动机械手的发展过程 气动技术是以空气压缩机为动力源, 以压缩空气为工作介质, 进行能量传递或信号传递的工程技术,是实现各种生产控制、自动控制的重要手段之一大约开始于1776年, Johnwilkimson发明能产生1个大气压左右压力的空气压缩机。1880 年, 人们第一次利用气缸做

9、成气动刹车装置, 将它成功地用到火车的制动上。20世纪30年代初, 气动技术成功地应用于自动门的开闭及各种机械的辅助动作上。至50年代初, 大多数气压元件从液压元件改造或演变过来, 体积很大。60 年代, 开始构成工业控制系统, 自成体系, 不再与风动技术相提并论。在70 年代, 由于气动技术与电子技术的结合应用, 在自动化控制领域得到广泛的推广。80年代进入气动集成化、微型化的时代。90 年代至今, 气动技术突破了传统的死区, 经历着飞跃性的发展, 人们克服了阀的物理尺寸局限, 真空技术日趋完美, 高精度模块化气动机械手问世, 智能气动这一概念产生, 气动伺服定位技术使气缸高速下实现任意点自

10、动定位, 智能阀岛十分理想地解决了整个自动生产线的分散与集中控制问题。气动机械手作为机械手的一种, 它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境等优点而被广泛应用。气动机械手强调模块化的形式, 现代传输技术的气动机械手在控制方面采用了先进的阀岛技术(可重复编程等),气动伺服系统(可实现任意位置上的精确定位) , 在执行机构上全部采用模块化的拼装结构。90年代初,由汉诺威大学材料科学研究院设计的气动攀墙机器人, 它集遥感技术和真空技术于一体, 成功地解决了垂直攀缘等视为危险工作的操作问题。Tron2X电子气动机器人, 能与人亲切地握手,它的头部、腰部、手能与人类一样弯曲运动,

11、并且有良好的柔韧性。在幕后操纵人员的操作下(或通过自身的编程控制) 能与人进行对话, 或作自我介绍等。Tron2X电子气动机器人集电子技术、气动技术和人工智能为一体, 它告诉我们, 气动技术能够实现机器人中最难解决的灵活的自由度, 具有在足够工作空间的适应性、高精度和快速灵敏的反应能力。1.2气动机械手的应用现状和发展前景及方向 由于气压传动系统使用安全、可靠, 可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作。而气动机械手作为机械手的一种, 它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。所以, 气动机

12、械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工, 食品和药品的包装、精密仪器和军事上。现代汽车制造工厂的生产线, 尤其是主要工艺的焊接生产线, 大多采用了气动机械手。车身在每个工序的移动; 车身外壳被真空吸盘吸起和放下, 在指定工位的夹紧和定位; 点焊机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制点焊, 都采用了各种特殊功能的气动机械手。高频率的点焊、力控的准确性及完成整个工序过程的高度自动化, 堪称是最有代表性的气动机械手应用之一。在彩电、冰箱等家用电器产品的装配生产线上,在半导体芯片、印刷电路等各种电子产品的装配流水线上, 不仅可以看到各种大小不一、形状不同的气缸、气爪, 还可以看到许

13、多灵巧的真空吸盘将一般气爪很难抓起的显像管、纸箱等物品轻轻地吸住, 运送到指定目标位置。对加速度限制十分严格的芯片搬运系统, 采用了平稳加速的SIN气缸。气动机械手用于对食品行业的粉状、粒状、块状物料的自动计量包装; 用于烟草工业的自动卷烟和自动包装等许多工序。如酒、油漆灌装气动机械手; 自动加盖、安装和拧紧气动机械手, 牛奶盒装箱气动机械手等。此外, 气动系统、气动机械手被广泛应用于制药与医疗器械上。如: 气动自动调节病床, Ro2bodoc机器人, da Vinci外科手术机器人等。 发展方向（1）重复高精度 精度是指机器人、机械手到达指定点的精确程度, 它与驱动器的分辨率以及反馈装置有关

14、。重复精度是指如果动作重复多次, 机械手到达同样位置的精确程度。重复精度比精度更重要, 如果一个机器人定位不够精确, 通常会显示一个固定的误差, 这个误差是可以预测的, 因此可以通过编程予以校正。重复精度限定的是一个随机误差的范围, 它通过一定次数地重复运行机器人来测定。随着微电子技术和现代控制技术的发展, 以及气动伺服技术走出实验室和气动伺服定位系统的成套化。气动机械手的重复精度将越来越高, 它的应用领域也将更广阔, 如核工业和军事工业等。（2）模块化 有的公司把带有系列导向驱动装置的气动机械手称为简单的传输技术, 而把模块化拼装的气动机械手称为现代传输技术。模块化拼装的气动机械手比组合导向

15、驱动装置更具灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及气管的导向系统装置, 使机械手运动自如。由于模块化气动机械手的驱动部件采用了特殊设计的滚珠轴承, 使它具有高刚性、高强度及精确的导向精度。优良的定位精度也是新一代气动机械手的一个重要特点。模块化气动机械手使同一机械手可能由于应用不同的模块而具有不同的功能, 扩大了机械手的应用范围, 是气动机械手的一个重要的发展方向。智能阀岛的出现对提高模块化气动机械手和气动机器人的性能起到了十分重要的支持作用。因为智能阀岛本来就是模块化的设备, 特别是紧凑型CP阀岛, 它对分散上的集中控制起了十分重要的作用, 特别对机械手中的移动模块（3）无给油化 为了适应食

16、品、医药、生物工程、电子、纺织、精密仪器等行业的无污染要求, 不加润滑脂的不供油润滑元件已经问世。随着材料技术的进步, 新型材料(如烧结金属石墨材料) 的出现, 构造特殊、用自润滑材料制造的无润滑元件, 不仅节省润滑油、不污染环境, 而且系统简单、摩擦性能稳定、成本低、寿命长。（4）机电气一体化 由“可编程序控制器- 传感器- 气动元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面;发展与电子技术相结合的自适应控制气动元件, 使气动技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制”; 省配线的复合集成系统, 不仅减少配线、配管和元件, 而且拆装简单, 大大提高了系统的可靠.而今, 电磁阀的线圈功率

17、越来越小, 而PLC的输出功率在增大, 由PLC直接控制线圈变得越来越可能。气动机械手、气动控制越来越离不开PLC, 而阀岛技术的发展, 又使PLC在气动机械手、气动控制中变得更加得心应手。PLC即可编程控制器是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，

18、控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。” 1.3 PLC的介绍1.PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式

19、或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。” 2.PLC的特点 （1）可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。

20、此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。（2）配套齐全，功能完善，适用性强 PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变

21、得非常容易。（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小

22、批量的生产场合。（5）体积小，重量轻，能耗低 以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。3. PLC的应用领域 目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。（1）开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线

23、等。（2）模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。（3）运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等

24、场合。（4）过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。（5）数据处理 现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的

25、智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。（6）通信及联网 PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。4. PLC的国内外状况 世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计

26、数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。2

27、0世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢

28、铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。 我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。5.

29、 PLC未来展望 21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制

30、系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。 1.4选题背景与意义 近年来机械手在自动化领域中，特别是有毒、易燃、易爆等恶劣环境中，得到了越来越广泛的应用。与其他类型的机械手相比，气动机械手具有结构简单、造价较低、易于控制、维护方便的特点。 气动技术是流体传动及控制技术的一个重要分支。近年来，随着工业的飞速发展，工业自动化、机电一体化成为一个大的趋势，因此液压技术也获得了长足的发展。尤其气动技术以其成本低廉、工作

31、效率高、干净且不污染环境、节约能源、使用和维修方便、对坏境要求不高等一系列优点，己在各个领域得到越来越广泛的应用，气动技术己经成为当今实现自动化的重要手段之一。国外技术己经实现低功耗、高速度、高响应、小型化、集成化、无油化和机电一体化，而我国的气动技术与其相比，还存在着相当大的差距。以日本为例，我国气动元件的毕本种类不到日本的5%，而气动元件产值不到日本的4%。目前，我国气动元件基本种类较少，最多不超过300种，元件寿命低，可靠性差，大量元件需要进口我国在气动技术的研究与开发方面，缺乏先进的仪器与设备;研究开发手段落后，技术力量差，每年问世的新产品数量极其有限。在许多的开发与研究领域还是空白，

32、因此必须跟踪国外气动技术的最新发展动向，以减小差距，提高我国气动技水平。 机械手作为前沿的产品和自动化设备更新时的需要，可以大量代替单调往复或高精度需要的工作。近几年来，各国对气动伺服系统做了大量工作，尝试各种控制方式和控制策略，以期达到提高系统的定位精度，以提高机械手的定位精度。应实验室建设的需要，本课题开发气动机械手。本文在其工作原理、数学模型、仿真方法上进行了大量尝试，力图改善其控制性能，实现对气缸活塞的快速、精确的位置控制。1.5本文概述及结构本文是基于PLC S7 200的机械手的气动设计，全文共分五章，各章内容如下。第一章 首先介绍了气动机械手和气动系统及PLC的发展过程，应用现状

33、和未来发展的方向。第二章 介绍了本次课程设计的要求，以及总体方案的设计是全文的基础第三章 机械系统的设计，包括气缸的横向及纵向移动的设计第四章对控制系统的分析设计第五章总结了全文的研究工作第二章 设计任务及总体方案2.1 设计目的 通过课程设计培养学生综合运用所学知识的能力，提高分析和解决问题能的一个重要环节，专业课程设计是建立在专业基础课和专业方向课的基础的，是学生根据所学课程进行的工程基本训练，课程设计的目的在于：1：培养学生综合运用所学的基础理论和专业知识，独立进行机电控制系统的初步设计工作，并结合设计或试验研究课题进一步巩固和扩大知识领域。 2：培养学生搜集、阅读和综合分析参考资料，运

34、用各种标准和工具书籍以及编写技术文件的能力，提高计算、绘图等基本技能。3：培养学生掌握机电产品设计的一般程序方法，进行工程师基本素质的训练。4：树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风。2.2 设计要求1.完成气动机械手的动作和驱动方案确定2.完成气动机械手气动系统原理图设计、气动元件设选型及元件清单3.完成气动机械手气动控制程序设计（PLC）4.完成气动机械手调试报告5.详细方案为 将货物自动放到坐标位置（300，300）处，并延时1分钟等待卸货，然后返回原点位置，延时1分钟等待装货。执行元件：气动气缸运动方式：直角坐标主要参数：气缸工作行程400、300 mm运动负载质量100 Kg移动速度

35、控制3m/min6.具体步骤如下：（1）先根据参考资料，确定合适的设计方案。（2）通过计算、分析设计执行元件的参数：气缸的内径、壁厚，活塞杆的直径，耗气量的计算，验算设计结果，导向装置的设计，驱动元件的选择，管路设计，底座的设计（3）根据动力和总体参数的选择和计算，进行总体设计，完成机械系统的主要部件图。（4）应用启动原理图，设计控制电路，编写控制程序，绘制电气控制电路原理图。2.3.总体方案设计 机械手示意图1 机械手示意图2机械手示意图31. 左右移动气缸2.升降气缸3.导轨4.支架5.底座气动机械手示意 图4 参阅各种气压设计书籍和论文，找到了如机械手示意图1、2、3中的机械设计方案，对

36、照示意图1和示意图2，二者实际是同一方案，只是在机械抓的表示上不同，且这两个方案中有一个回转缸，这我设计的任务中并没有这个要求。在示意图3中，其基本原理与示意图1、2并没什么区别，只是图三中机械抓采用了真空吸盘。 参考以上设计方案，对照设计任务要求，并通过对以前学习过的课程进行综合考虑，设计出的气动机械手的示意图（如图一所示），对于我的方案中的机械抓，我决定采用像叉车中的货叉作为本方案中的机械抓,这个设计方案的好处是避免了气缸承受较大的侧向负载。机械手的自由度为 2个，因此用2个气缸控制，即横向移动气缸和纵向移动气缸，采用气动设计,控制容易。其运动行程由传感器控制，动作过程由 PLC控制系统控

37、制 。由于该系统要求该气动机械手的动作逻辑顺序为： 升降气缸2下降装载物料升降气缸2上升左右移动气缸1右移卸载物料左右移动气缸1左移，完成一次物料的搬运第三章 机械系统设计 本方案的机械设计中重在气缸的设计，气缸1的作用是实现物料的横向移动，气缸2的作用是实现物料纵向的提升及物品的释放。对气缸结构的要求一是重量尽量轻，以达到动作灵活、运动速度高、节约材料和动力，同时减少运动的冲击，二是要有足够的刚度以保证运动精度和定位精度 气缸的设计流程图如图5所示 图5 气缸设计流程图 气缸按供油方向分，可分为单作用缸和双作用缸。单作用缸只是往缸的一侧输入高压油，靠其它外力使活塞反向回程。双作用缸则分别向缸

38、的两侧输入压力油，活塞的正反向运动均靠液压力完成。由于单作用液压缸仅向单向运动，有外力使活塞反向运动，而双作用单活塞气缸在压缩空气的驱动下可以像两个方向运动但两个方向的输出力不同，所以该方案采用双作用单活塞缸。由设计任务可以知道，要驱动的负载大小位100Kg，考虑到气缸未加载时实际所能输出的里，受气缸活塞和缸筒之间的摩擦、活塞杆与前气缸之间的摩擦力的影响。在研究气缸性能和确定气缸缸径时，常用到负载率=（气缸的实际负载F/气缸的理论输出力F0）X100%.3.1纵向气缸的设计由液压与气压传动知，=0.45，所以实际液压缸的负载大小为：F理=F实/纵向气缸的校核:（1） 气缸内径D=59.3 mm按照GB/T2348-1993标准进行圆整，取D=63 mm气缸筒内径系列（mm）表41 81012162025324050638390100110125140160180200220250320400500633（2） 活塞杆直径的确定：由d=0.3D 估取活塞杆直径 d=20 mm活塞杆直径系列表42hub456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400（3） 缸筒长度的确定：缸筒长度S=L+BL为活塞行程；B为活塞厚度活塞厚度B=44.1mm由于气缸的行程L=400mm ,