非標組合機床自動上下料機械手設計
非標組合機床自動上下料機械手設計,非標,組合,機床,自動,上下,機械手,設計
畢業(yè)設計(論文)任務書
系部 機械工程系 專業(yè) 機械制造與自動化
姓名
題目 非標組合機床自動上下料機械手設計
起迄日期：
設計(論文)地點
指導教師
專業(yè)負責人
任務書發(fā)放日期： 年6月10日
任務書填寫要求
1、畢業(yè)設計(論文)任務書由指導教師根據各課題的具體情況填寫，經學生所在專業(yè)的負責人審查、系部領導簽字后生效。此任務書應在畢業(yè)設計(論文)開始前一周內填好并發(fā)給學生；
2、任務書填寫的內容，必須和學生畢業(yè)設計(論文)完成的情況相一致，若有變更，應當經過所在專業(yè)及系部主管領導審批后方可重新填寫；
3、任務書內有關“系部”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應寫中文全稱，不能寫數字代碼。學生的“學號”要寫全號，不能只寫最后2位或1位數字；
4、任務書內“主要參考文獻”的填寫，應按照國標GB 7714-87《文后參考文獻著錄規(guī)則》的要求書寫，不能有隨意性；
5、有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408-94《數據元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數字書寫。如“2005年3月14日”或“2005-3-14”。
1、本畢業(yè)設計(論文)課題應達到的目的：
本次畢業(yè)設計要求學生能夠靈活運用所學知識，并且能夠在已學習知識的基礎上進行新知識的學習。通過本次畢業(yè)設計培養(yǎng)學生以下能力：
1、培養(yǎng)學生學習和查閱技術資料的能力；
2、提高學生分析問題和解決問題的能力；
3、提高學生利用CAD軟件進行制圖的能力；
4、提高學生文本編輯能力；
5、提高學生機械產品設計的水平。
最終能夠設計出符合要求的機械產品。
2、本畢業(yè)設計(論文)課題任務的內容和要求(包括原始數據、技術要求、工作要求等)：
設計內容：
設計一臺空調六方孔組合機床上的機械手，具體進行總體設計和零部件拆畫。主要內容有：
1、根據客戶要求確定機械手的大體思路；
2、總體方案設計：方案分析、工作要求、總體技術方案；
3、結構設計：總體框架設計、重要部件設計、三維總建模設計
4、總裝圖的設計及繪制，編寫設計說明書。
設計依據：
原始數據（主要參數）：
1. 抓重： 0.2N
2. 自由度： 3個
3. 標形式： 直角坐標
4. 手指氣缸參數：夾持范圍：六方孔外圓φ10mm，如圖2-1；手指氣缸行程：8mm;夾緊量：2mm
5. 料盤可裝工件數：225件
6. 驅動方式：伺服、氣動
7. 定位精度： ±1mm
8. 控制方式：可編程控制
9. 手臂運動參數：
運動名稱
符 號
行程范圍
速 度
左右
X
250
小于250mm/s
前后
Y
450
小于250mm/s
伸縮
Z
小于250mm/s
10. 松開時的兩爪的最大距離為16mm，0.2s夾緊，夾緊速度小于250mm/s.
3、對本畢業(yè)設計(論文)課題成果的要求(包括圖表、實物等硬件要求)：
1、開題報告一份；
2、總裝圖一張，手工或CAD繪制；
3、本課題畢業(yè)設計說明書一份。
4、主要參考文獻
[1]李超.氣動通用上下料機械手的研究與開發(fā).陜西科技大學.2003.
[2]陸祥生，楊繡蓮.機械手.中國鐵道出版社.1985.1.
[3]張建民.工業(yè)機械人.北京：北京理工大學出版社.1992.
[4]史國生.機械手步進控制中的應用.中國工控信息網.2005.1.
[6]金茂青，曲忠萍，張桂華.國外工業(yè)機械人發(fā)展的態(tài)勢分析.機械人技術與應用.2001.
[7]濮良貴，紀名剛.機械設計.第七版.北京：高等教育出版社.2001.01.
[8]機械設計手冊編委會.機械設計手冊（新版）：第5卷.北京：機械工業(yè)出版社，2004.
5、本畢業(yè)設計(論文)課題工作進度計劃：
起迄日期
工作內容
2015年6月10日
2015年6月11日~ 2015年8月31日
2015年9月1日~ 2015年11月30日
2015年12月1日~2016年12月31日
2016年1月1日~ 2016年1月30日
2016年2月1日~ 2016年4月1日
2016年4月2日~ 2016年5月1日
2016年5月1日~ 2016年5月30日
指導教師給學生下達畢業(yè)設計任務書。
學生明確畢業(yè)設計任務，調研、收集資料；
課題總體方案設計；
完成開題報告
進行相關計算，草圖設計；
中期檢查；
繪制裝配圖，編寫設計說明書，；
指導教師對學生畢業(yè)設計資料進行評閱，
畢業(yè)設計答辯；
畢業(yè)設計工作小結。
所在專業(yè)教研室審查意見：
負責人：
年 月 日
系部意見：
系部領導：
年 月 日
畢業(yè)設計(論文)開題報告
題目 非標組合機床自動上下料機械手設計
系部 機械工程系 專業(yè) 機械制造與自動化
姓名
指導教師：
年 8月25日
1、文獻綜述
1.課題來源：南京眾得利自動化機械有限公司
2.選題依據、背景情況：
在如今大規(guī)模生產制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產效率，保障產品質量，減少人工成本，普遍重視生產過程中的自動化程度，因此工業(yè)機械手已成為現代機械制造生產系統(tǒng)中的一個重要組成部分，這種新型技術發(fā)展迅速，逐漸成為一門新興的學科——機械手工程，在機械行業(yè)中，機械手越來越廣泛的得到應用，它可用于零部件的組裝、加工工件的搬運與裝卸、特別是在自動化數控機床和組合機床上使用更為普遍。實踐證明，工業(yè)機械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強度，改善勞動條件，提高勞動生產率和自動化水平。工業(yè)生產中經常出現的笨重工件的搬運和長期頻繁、單調的操作，采用機械手是有效的。此外，他能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進行操作，更顯示其優(yōu)越性。
我司主要是根據客戶要求研究各類高效的非標組合機床，把復雜的調試工作簡單化，讓操作者更加方便快捷，有效的降低對操作者的技能要求和勞動強度，為勞動密集型企業(yè)減員增效，提高產品質量。針對我司非標組合機床的高效加工的特點，平均八秒加工一個零件，需要人工頻繁的手動上下料，為讓操作者方便快捷，特此設計自動上下料裝置，節(jié)約人工成本，提高機床運行效率。?
上下料通過PLC控制兩部伺服電機和三組氣缸，常態(tài)運行時伺服電機（1）驅動滾珠絲杠滑臺（1）定位X坐標，伺服電機（2）驅動滾珠絲桿滑臺（2）定位Y坐標，手臂氣缸（3）和手臂氣缸（4）伸長定位Z坐標，手指氣缸（5）張開放下已加工的零件，手臂氣缸（3）收縮歸位，滑臺（2）運行一個位置，手臂氣缸（4）伸長，手指氣缸（6）夾緊抓取毛坯，手臂氣缸（4）收縮歸位，滑臺（2）運行到夾具，手臂氣缸（4）伸長，手指氣缸（5）夾緊抓取已加工的零件，手臂氣缸（3）收縮歸位，滑臺（2）運行一個位置，手臂氣缸（3）伸長，手指氣缸（5）張開放下毛坯，手臂氣缸（3）收縮歸位，滑臺（2）運行歸位至料盤位置，滑臺（1）運行一個位置（矩陣式料盤，每加工完一列零件滑臺（1）運行一個位置），依次循環(huán)以上步驟PLC是以現代微處理器技術為核心的控制器，作為一種通用的工業(yè)控制器，其可靠性高、抗干擾能力強；PLC由于采用現代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性，此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現故障時可及時發(fā)出警報信息；PLC采用光電隔離和濾波技術有效抑制外部干擾源對PLC的影響，且開發(fā)周期短，功耗小。
3.國內外研究現狀、發(fā)展動態(tài)
目前，在國內外各種機器人和機械手的研究成為科研的熱點，其研究的現狀和大體趨勢如下：?
A．機械結構向模塊化、可重構化發(fā)展。例如關節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化；由關節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機。?
B．工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網絡化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結構；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。?
C．機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術來進行決策控制；多傳感器融合配置技術成為智能化機器人的關鍵技術。?
D．關節(jié)式、側噴式、頂噴式、龍門式噴涂機器人產品標準化、通用化、模塊化、系列化設計；柔性仿形噴涂機器人開發(fā)，柔性仿形復合機構開發(fā)，仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究，控制系統(tǒng)開發(fā)；?
E．焊接、搬運、裝配、切割等作業(yè)的工業(yè)機器人產品的標準化、通用化、模塊化、系列化研究；以及離線示教編程和系統(tǒng)動態(tài)仿真。?
總的來說，大體是兩個方向：其一是機器人的智能化，多傳感器、多控制器，先進的控制算法，復雜的機電控制系統(tǒng)；其二是與生產加工相聯系，滿足相對具體的任務的工業(yè)機器人，主要采用性價比高的模塊，在滿足工作要求的基礎上，追求系統(tǒng)的經濟、簡潔、可靠，大量采用工業(yè)控制器，市場化、模塊化的元件。?
世界工業(yè)機械手的數目雖然每年在遞增，但市場是波浪式向前發(fā)展的。在新世紀的曙光下人們追求更舒適的工作條件，惡劣危險的勞動環(huán)境都需要用機器人代替人工。隨著機器人應用的深化和滲透，工業(yè)機械手在汽車行業(yè)中還在不斷開辟著新用途。機械手的發(fā)展也已經由最初的液壓，氣壓控制開始向人工智能化轉變，并且隨著電子技術的發(fā)展和科技的不斷進步，這項技術將日益完善。
2、 設計（論文）的內容
1.主要內容及技術
完成對非標組合機床自動上下料機構的設計，其具體內容包括：
（1）設計前的準備工作；
（2）分析、選擇合適的上下料方式；
（3）三維建模及選擇相應組件；
（4）拆畫零件圖，裝配圖；
（5）關注零件加工制造，機構安裝、調試與驗收工作。
2. 研究方法
查閱相關資料，請教公司工程師、技術人員和裝配調試人員，與專業(yè)課老師分析討論難點和重要技術。
3. 論文提綱
（1）摘要、緒論及目錄。
（2）正文
1 第一章：機械手總體方案設計
2 第二章：機械手三維建模設計
3 第三章：機械手拆畫二維圖紙
（3）參考文獻
（4）附錄
指導教師意見:
指導教師：
年 月 日
所在專業(yè)意見:
負責人：
年 月 日
畢 業(yè) 設 計(論 文)
題目 非標組合機床自動上下料機械手設計
系部
姓名
指導
年 04 月 15 日
摘要
在如今大規(guī)模生產制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產效率，保障產品質量，減少人工成本，普遍重視生產過程中的自動化程度，因此工業(yè)機械手已成為現代機械制造生產系統(tǒng)中的一個重要組成部分，這種新型技術發(fā)展迅速，逐漸成為一門新興的學科——機械手工程，在機械行業(yè)中，機械手越來越廣泛的得到應用，它可用于零部件的組裝、加工、工件的搬運、包裝與裝卸等，特別是在自動化數控機床和組合機床上使用更為普遍。實踐證明，工業(yè)機械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強度，改善勞動條件，提高勞動生產率和自動化水平。工業(yè)生產中經常出現的笨重工件的搬運和長期頻繁、單調的操作，采用機械手是有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進行操作，更顯示其優(yōu)越性。
本論文主要是設計空調沖六方孔組合機床上的機械手，用于非標組合機床自動上料和下料，減少人工勞動力。本論文將設計機械手的結構，并選擇合適的驅動方式。該裝置主要組成部分有：伺服電機、伺服滑臺、氣缸、氣動手指、取料桿、滑臺支架等部件組成。
機械手的主要工作就是通過伺服電機控制滑臺左右、前后移動，滑臺控制料盤左右移動，氣缸和氣動手指控制取料桿做伸縮運動由此來抓取零件。
關鍵詞：
機械手 伺服 組合機床
Abstract
In today, large-scale manufacturing enterprises to improve production efficiency, ensure product quality, reduce labor costs, the general importance of the production process automation, so industrial manipulator has become a modern machinery manufacturing production system is an important part, the rapid development of this new technology has gradually become a new subject -- mechanical hand, in the machinery industry, mechanical hand more and more widely applied, it can be used for parts assembly, machining, the workpiece handling, packaging and loading and unloading, etc., especially in automation control machine and combination machine tool use is more common. Practice shows that the heavy work of industrial robots can replace the hands, significantly reduce labor intensity, improve working conditions, improve labor productivity and automation level. In the industrial production, it is effective to use the manipulator to carry on the handling of heavy work pieces and to operate in a long time. In addition, it can be in high temperature, low temperature, deep water, the universe, radioactive and other toxic, environmental conditions under the operation of pollution, but also show its superiority.
This paper is mainly designed for the six square hole combination of air conditioning machine on the machine hand, used for non-standard combination of machine tool automatic feeding and cutting, reduce the labor force. This paper will design the structure of the manipulator, and select the appropriate drive mode. The device is mainly composed of: servo motor, servo slider, cylinder, gas dynamic finger, picking rod, slide bracket components.
Manipulator's main work is through the servo motor control slide around, before and after moving slider control material disc around mobile, cylinder and gas moving your fingers reclaimer control rod telescopic movement so as to grab parts.
key word：
Mechanical hand servo combined machine tool
目 錄
1、 緒論 1
1.1 工業(yè)機械手的分類 2
1.2 工業(yè)機械手的組成 3
1.3 工業(yè)機械手在生產中的應用 5
1.4 工業(yè)機械手的技術發(fā)展方向 7
2、機械手總體方案設計 9
2.1 方案分析 9
2.2工作要求 9
2.3總體技術方案 11
3、機械手三維建模設計 12
3.1重要部件設計 12
3.2三維總建模 17
4、 機械手拆畫二維圖紙（圖紙見附件） 18
結論 18
論文總結....................................................................................................................................... ..19
致謝 20
參考文獻 21
緒 論
機械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經濟提供裝備和為人民提供耐用消費品的產業(yè)，不論是傳統(tǒng)產業(yè)，還是新興產業(yè)，都離不開各種各樣的機械設備。機械工業(yè)所提供裝備的性能、質量和成本，對國民經濟各部門技術進步和經濟效益有很大的和直接的影響。機械工業(yè)的規(guī)模和技術水平是衡量國家經濟實力和科學技術水平的重要指標。因此，世界各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經濟戰(zhàn)略重點之一。
工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產設備，工業(yè)機械手的工業(yè)機器人的一個重要分支，它的特點是通過編程來完成各種預期的作業(yè)任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現了人的智能和適應性，機械手作業(yè)的準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經濟各領域有著廣闊的發(fā)展前景。
機械手是在機械化、自動化生產過程中發(fā)展起來的一種新型裝置，在現代化生產過程中，機械手被廣泛的運用于自動化生產線中，機器人的研制和生產已成為高技術領域內，迅速發(fā)展起來的一門新興技術，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現與機械化和自動化的有機結合。機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復和勞動，不知疲勞，不懼危險，抓舉重物的力量比人手大的特點，因此機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛的得到了應用。
機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù) 工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產物，它是工 業(yè)以及非產業(yè)界的重要生產和服務性設備，也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備。
機械手技術涉及到力學，機械學，電氣液壓技術，自動控制技術，傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨多種學科的綜合技術。
機械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機器，它有多個自由度，可用來搬運物體以完成在各個不同環(huán)境中工作。
1.1 工業(yè)機械手的分類
目前，我國對工業(yè)機械手尚無統(tǒng)一的分類標準。一般可按機械手的規(guī)格、功能或用途等來分類。
1.1.1 按規(guī)格（所搬運的工件重量）分類
1）微型的——搬運重量在1kg以下。
2）小型的——搬運重量在10kg以下。
3）中型的——搬運重量在50kg以下。
4）大型的——搬運重量在500kg以下。
目前大多數工業(yè)機械手能搬運的重量為1-30kg。最小的為0.5kg，最大的已達800kg。
1.1.2 按功能分類
1） 簡易型工業(yè)機械手 有固定程序和可變程序兩種。固定程序有凸輪轉鼓或擋塊轉鼓控制，可變程序用插銷板或轉鼓控制來給定程序。近年來，普遍采用可編程序控制器（PC）組成控制系統(tǒng)。
這種機械手多為氣動或液動，結構簡單，價格便宜，改變程序較容易。只適用于程序較簡單的點位控制，但作為一般單服務的搬運作業(yè)已足夠。所以，目前這種工業(yè)機械手數量最多。
2） 記憶再現型工業(yè)機械手 這種工業(yè)機械手有人工通過示教裝置領動一遍，有記憶元件（如磁盤、磁帶或存儲器）把程序記錄下來，以后機械手就自動按記憶的程序重復進行循環(huán)動作。
這是采用較多的一種，多為電液伺服驅動。與前者相比較，有較多的自由度，能進行程序較復雜的作業(yè)，通用性較強。
3） 計算機數字控制的工業(yè)機械手 可通過更換穿孔帶或其它記憶介質來改變工業(yè)機械手的動作程序，還可以進行多機控制（DNC）。計算機可以是可編程序控制器或微型計算機。
4） 智能工業(yè)機械手 有計算機通過各種傳感元件等進行控制，具有視覺、熱覺、觸覺、行走機構等。
1.1.3 按用途分類
1）專用機械手 附屬于主機的，具有固定的程序而無獨立的控制系統(tǒng)的機械裝置。這種機械手工作對象不變，動作固定，結構簡單，實用可靠，適用于成批、大量生產的生產自動線或專機作為自動上、下料用。
2）通用機械手 具有獨立控制系統(tǒng)、程序可變、動作靈活多樣的機械手。通用機械手的工作范圍大，定位精度高，通用性強，使用于工件經常變換的中、小批量自動化生產。
1.2 工業(yè)機械手的組成
工業(yè)機械手是由執(zhí)行機構、驅動機構和控制系統(tǒng)和檢測裝置所組成的，各部分關系如圖（1.1）所示，機械手的組成示意圖如圖（1.2）所示。
圖1.1 工業(yè)機械手組成框圖
圖1.2 工業(yè)機械手組成示意圖
1—手指 2—手部 3—手腕回轉液壓缸 4—導向桿 5—手臂伸縮液壓缸
6—手臂回轉液壓缸 7—手臂升降液壓缸 8—液壓系統(tǒng)控制閥
9—液壓泵電動機 10—液壓泵 11—油箱
1.2.1 執(zhí)行機構
執(zhí)行機構由抓取部分（手部）、腕部、臂部和行走機構等運動部件組成。
（1）手部 詳見第三章，即直接與工件接觸的部分，一般是回轉型或平移型（多為回轉型，因其結構簡單）。手爪多為兩指（也有多指）；根據需要分為外抓式或內抓式兩種；也可用負壓或真空式的空氣吸盤（它主要用于吸取冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤。
傳力機構型式較多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪杠桿式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。
（2）腕部 詳見第四章，是連接手部和手臂的部件，并可用來調整被抓物體的方位（即姿態(tài)）。
（3）臂部 手臂是支撐被抓物體、手部的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取物體，并按預定要求將其搬運到給定的位置。
手臂有兩個個自由度，可采用直角坐標系（前后、上下、左右都是直線），圓柱坐標系（前后、上下直線往復運動和左右旋轉），球坐標系（前后伸縮、上下擺動和左右旋轉）和多關節(jié)（手臂能任意伸縮）四種方式。
直角坐標占空間大，工作范圍小，慣性小，所以一般不多用，只有在自由度數較少時用之。
圓柱坐標占空間較小，工作范圍較大，但慣性也大，且不能抓取底面物體。
球坐標式和多關節(jié)式占用空間小，工作范圍較大，慣性小，所需動力小，能抓取底面物體，多關節(jié)還可以繞障礙物選擇途徑，但多關節(jié)式結構較復雜，所以也不多用。
目前常用的是球坐標式和圓柱坐標式的工業(yè)機械手。
（4）行走機構 有的工業(yè)機械手帶有行走機構。
1.2.2驅動機構
有氣動、液動、伺服電動和機械式四種形式。氣動式速度快，結構簡單，成本低。采用點位控制或機械擋塊定位控制時，有較高的重復定位精度，但臂力一般在300N以下。液動式的臂力可達1000N以上，且可用電液伺服機構，可實現連續(xù)控制，使工業(yè)機械手的用途和通用性更廣，定位精度一般在1mm范圍內。目前常用的是氣動和液動驅動方式。電動式用于小型，機械式只用于動作簡單的場合。
1.2.3控制系統(tǒng)
有點動控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數用插銷板進行點位程序控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計算機控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標位置，并注意其加速度特性。
1.2.4基體（機身）
基體是整個機械手的基礎。
1.3 工業(yè)機械手在生產中的應用
機械手在工業(yè)生產中的應用極為廣泛，可以歸納為以下一些方面。
1.3.1建造旋轉體零件（軸類、盤類、環(huán)類）自動線
一般都采用機械手在機床之間傳送工件。國內已建成的這類自動線很多，如沈陽水泵廠的深井泵軸承體加工自動線（環(huán)類），大連電機廠的4號和5號電動機軸加工自動線（軸類），上海拖拉機齒輪廠的齒柸加工自動線（盤類）等。
加工箱體類零件的組合機床自動線，一般采用隨行夾具傳送工件，也有采用機械手的，如上海動力機廠的氣缸蓋加工自動線轉位機械手。
1.3.2在實現單機自動化方面
（1）各類半自動車床，有自動夾緊、進刀、切削、退刀和松開的功能，但仍需人工上下料；裝上機械手，可實現全自動生產，一人看管多臺機床。目前，機械手在這方面應用最多，如上海柴油機廠的曲拐自動車床和座圈自動車床機械手，大連第二機床廠的自動循環(huán)液壓仿形車床機械手，沈陽第三機床廠的Y38滾齒機械手，青海第二機床廠的滾齒花鍵機床機械手等。由于這方面使用已有成熟的經驗，國內一些機床廠已在這類機床產品出廠時就附上機械手，或為用戶自行安裝機械手提供條件。
（2）注塑機有加料、合模、成型、分模等自動工作循環(huán)，裝上機械手自動裝卸工件，可實現全自動生產。
（3）沖床有自動上下料沖壓循環(huán)，裝上機械手上下料，可實現沖壓生產自動化。目前機械手在沖床上應用有兩個方面：一是160t以上的沖床用機械手的較多。如沈陽低壓開關廠200t沖床磁力起動器殼體下料機械手和天津拖拉機廠400t沖床的下料機械手等；一是用于多工位沖床，用作沖壓件工位間步進，如上海第二汽車配件廠的燈殼沖壓生產線機械手（生產線中有兩臺多工位沖床）和天津二輕局技術研究所制作的12t和40t多工位沖床機械手等。
1.3.3鑄、鍛、焊、熱處理等加工方面
在模鍛方面，國內大批量生產的3t、5t、10t模鍛錘，其所配的轉底爐，用兩只機械手成一定夾角布置在爐前，實現進出料自動化。上海柴油機廠、北京內燃機廠、洛陽拖拉機廠等已有較成熟的經驗。
總的來說，工業(yè)機械手滿足了社會生產的需要，其特點是：
（1）對環(huán)境的適應性強，能代替人從事危險、有害的操作，在長時間工作對人體有害的場所，機械手不受影響，只要跟據工作環(huán)境進行合理設計，選擇適當的材料和結構，機械手就可以在異常的高溫或低溫、異常壓力和有害氣體、粉塵、放射線作用下，以及沖壓、滅火等危險環(huán)境中勝任工作。
為了謀求操作安全和徹底防止公害，在工傷事故多的工種，如沖壓、壓鑄、熱處理、鋼造、噴漆以及有強烈紫外線照射的電弧焊接等作業(yè)中，推廣工業(yè)機械手或機器人。
（2）由于機械手的動作準確，因為可以穩(wěn)定和提高產品的質量，同時又可以避免人為的操作錯誤。
（3）機械手能持久、耐勞，可以把人從繁重單調的勞動中解放出來，并能擴大和延伸人得功能。人在連續(xù)工作幾小時后，總會感到疲勞或厭倦，而機械手只要注意維護、檢修，即能勝任長時間的單調重復勞動。
（4）機械手特別是通用工業(yè)機械手的通用性，靈活性好，能較好的適應產品品種的不斷變化，以滿足柔性生產的需要。這是因為機械手動作程序和運動位置（或軌跡）能夠十分靈活快速地予以改變，而其眾多的自由度，又提供了迅速改變作業(yè)內容的可能，在中、小批量的自動化生產中，最能發(fā)揮其作用。
（5）采用機械手能明顯地提高勞動生產率和降低成本。
1.4 工業(yè)機械手的技術發(fā)展方向
現在工業(yè)機械手的應用簡況：在現在工業(yè)中，生產過程的機械化、自動化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產過程已基本得到解決。但在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產是不連續(xù)的。因此，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現這些工序的自動化而產生的。
有資料統(tǒng)計：美國偏重于毛坯的生產。日本偏重于機械加工。隨著機械手技術的發(fā)展，應用的對象還有所改變。
機械手在鍛造工業(yè)中的應用能進一步發(fā)展鍛造設備的生產能力，改善熱、累等勞動條件。
國內機械手工業(yè)，鐵路工業(yè)中首先在單機、專機上采用機械手上下料。減輕工人的勞動強度。
國外鐵路工業(yè)中應用機械手以加工鐵路車軸、輪等大、中批零件。并和機床組合成一個綜合的數控系統(tǒng)。
采用機械手進行裝配更是現在研究的重點，國外已研究采用攝像機和力傳感裝置和微型計算機連在一起，能確定零件的方位達到鑲裝的目的。
國內外實際上使用的定位控制的機械手，沒有“視覺”和“觸覺”反饋。目前，世界各國正積極研制帶有“視覺”和“觸覺”的工業(yè)機械手，使它能對所抓取的工件進行分辨，選取所需要的工件，并正確地夾持工件，進而精確地在機器中定位、定向。
為使機械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和法、分辨形狀不同的零件，它有視覺傳感器輸入三個視圖方向的視覺信息，通過計算機進行圖形分辨，判別是否是所要抓取的工作。
為防止握力過大引起物件損壞或握力過小引起物體滑落下來，一般采用兩種方法：一是檢測把握物體手臂的變形，以決定適當的握力；另一種是直接檢測指部與物體的滑動位移，來修正握力。
因此，這種機械手就具有以下幾個方面的性能：
（1）能準確地抓住方位變化的物體。
（2）能判斷對象的重量。
（3）能自動避開障礙物。
（4）抓空或抓力不足時能檢測出來。
這種具有感知能力并能對感知的信息作出反應的工業(yè)機械手稱為智能機械手，它是具有發(fā)展前途的。
現在，工業(yè)機械手的使用范圍只限于在簡單的操作方面節(jié)省人力，其效用是代替人從事繁重的工作和危險地工作，在惡劣的環(huán)境下尤其明顯。至于在汽車工業(yè)和電子工業(yè)之類的費工的工業(yè)部門，機械手的應用情況決不能說是很好的。雖然這些工業(yè)部門工時不足的問題很尖銳，但采用機械手只限于一小部分工序。其原因之一是，工業(yè)機械手的性能還不能滿足這些部門的要求，適于機械手工作的范圍很狹小。另外經濟性問題當然也很重要，采用機械手來節(jié)約人力從經濟上看不一定總是合算的。然而，利用機械手或類似機械設備節(jié)省人力和實現生產合理化的要求，今后還會持續(xù)增長，只要技術方面和價格方面存在的問題獲得解決，機械手的應用必將會飛躍發(fā)展。
2 機械手總體方案設計
2.1 方案分析
根據客戶所加工的零件圖紙設計機床的整體效果，在考慮客戶效益的前提下，最大限度的滿足客戶對機械手的應用，為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，機械手的運動越少越好，因此只需要三個自由度就可以達到工作要求，根據機床的整體尺寸選好機械手的坐標平面，坐標空間有限，所以采取料盤料（需人工排料），且在后期的調試與維修中不需要拆卸整個上下料裝置，只需要將料盤拆下就可以。
2.2 工作要求
2.2.1原始數據（主要參數）：
1. 抓重： 0.2N
2. 自由度： 3個
3. 標形式： 直角坐標
4. 手指氣缸參數：夾持范圍：六方孔外圓φ10mm，如圖2-1；手指氣缸行程：8mm;夾緊量：2mm
5. 料盤可裝工件數：225件
6. 驅動方式：伺服、氣動
7. 定位精度： ±1mm
8. 控制方式：可編程控制
9. 手臂運動參數：
運動名稱
符 號
行程范圍
速 度
左右
X
250
小于250mm/s
前后
Y
450
小于250mm/s
伸縮
Z
小于250mm/s
10. 松開時的兩爪的最大距離為16mm，0.2s夾緊，夾緊速度小于250mm/s
圖2-1
2.2.2 動作分析
機械手的工作流程：
常態(tài)運行時伺服電機（1）驅動滾珠絲杠滑臺（1）定位X坐標，伺服電機（2）驅動滾珠絲桿滑臺（2）定位Y坐標，手臂氣缸（3）和手臂氣缸（4）伸長定位Z坐標，手指氣缸（5）張開放下已加工的零件，手臂氣缸（3）收縮歸位，滑臺（2）運行一個位置，手臂氣缸（4）伸長，手指氣缸（6）夾緊抓取毛坯，手臂氣缸（4）收縮歸位，滑臺（2）運行到夾具，手臂氣缸（4）伸長，手指氣缸（5）夾緊抓取已加工的零件，手臂氣缸（3）收縮歸位，滑臺（2）運行一個位置，手臂氣缸（3）伸長，手指氣缸（5）張開放下毛坯，手臂氣缸（3）收縮歸位，滑臺（2）運行歸位至料盤位置，滑臺（1）運行一個位置（矩陣式料盤，每加工完一列零件滑臺（1）運行一個位置），依次循環(huán)以上步驟
2.2.3 系統(tǒng)組成
本次設計工業(yè)機械手是由執(zhí)行機構、驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成的，其中執(zhí)行機構有手指氣缸，驅動系統(tǒng)有伺服與氣動，控制系統(tǒng)為PLC可編程控制器。
2.3 總體技術方案
畢業(yè)設計的目的就是要把我們所學的比較分散的知識綜合起來，并且靈活地進行運用，目前社會的發(fā)展趨勢是機電一體化，因此，我的畢業(yè)設計是要將“機”“電”“氣”三者結合起來。
2.3.1 重要部件
①料盤：本論文設計的料盤為矩陣式料盤，此料盤總共可以排放225個零件，每個零件的中心距為15mm,料盤每次移動通過伺服滑臺和伺服電機來控制，零件以S型的運動形式進行自動上下料，料盤每次移動的距離為15mm，在機床正常運行時，首先需要人工進行排料，且要確定零件把放在矩陣式料盤上，料盤上有等分料槽（安放零件），料盤的驅動系統(tǒng)采用伺服電機。
②手部：包括2個氣動手指和兩個取料桿，其工作原理：料盤移動到位后，手臂控制氣動手指向下移動，氣動手指控制取料桿進行抓料和送料，當零件進入取料桿后，氣缸再次控制氣動手指將零件夾緊，零件的夾緊量為2mm。氣缸往上伸縮到達一定位置時滑臺移動將其所抓取的零件送到夾爪中或料盤中。
③手臂：包含2個手臂氣缸，手臂氣缸由伺服電機和伺服滑臺做基礎平臺，控制其上下伸縮移動。
2.3.2外購部件
1.上海云永伺服滑臺 110S 行程450 絲桿2020…………2件
2. 松下MSME 350W 伺服電機…………………………………2件
3.亞德客氣缸TN16*30-S………………………………………2件
4.氣動手指HFZ16………………………………………………2件
3 機械手的三維建模設計
3.1 重要部件設計
夾具設計：
根據工件外觀特點，與機床夾具夾緊方式，考慮到料盤工件擺放，最終確定用氣動式三爪卡盤，通過氣缸來控制卡盤的夾緊與松開。
圖3.1.1
料盤設計：
根據機床整體參數和客戶的要求設計矩陣式料盤的大小，將料盤的長度設計為241mm,寬度為241mm,料盤的高度根據所加工零件的高度來設計，同時也為了我司機床的美觀性，將料盤的高度設計為34mm,零件所伸出的高度要根據機床夾具的中心高要平齊，方便取料桿送料與排料；料盤的內孔根據機床所加工零件的尺寸而定，我所加工的零件為外圓為10mm的六方孔零件，因此料盤的內孔為10mm,根據料盤的整體尺寸與內孔的尺寸，將加工的零件排列在料盤中，每個零件中間的中心距為15mm,可以放置225個工件。為了方便客戶裝卸料盤，在料盤的一側設計把手，此把手可根據我所設計的尺寸到市場采購，本料盤可以多設計幾個供客戶排料第一個料盤中的零件加工完后，客戶可直接放上第二個料盤，既節(jié)約時間又可為客戶提高產值。
圖3.1.2
滑臺支架設計：
滑臺支架的尺寸需要根據料盤、伺服絲桿、滑臺的尺寸最終來確定滑臺支架的高度，總體的高度需要根據機床夾具的中心高而定。在機床的整體設計中需要計算出夾具中零件的定位尺寸到機床床身的距離，距離為320mm,在料盤設計中料盤的總體高度為34mm,零件夾持部分的尺寸為4.3mm,零件頂部到料盤的最頂部的尺寸為2.7mm,留出的尺寸是為了整體機床的美觀性，零件的夾持部分到料盤底部的尺寸為27mm。料盤底部的托板的設計需要根據料盤的尺寸和滑臺上面的螺紋孔來設計，托板中間的螺紋孔要和滑臺上面的螺紋孔相配合來定位料盤與滑臺之間的相對位置，托板還需要和料盤定位，此定位用14mm的定位桿定位，可方便客戶拆卸料盤，所設計托板的高度為12mm,長度和寬度為240mm。外購的滑臺和絲桿的總體高度為78mm,在機床的底座還需要設計調整墊板來固定底座與滑臺支架，調整墊板的設計高度為10mm,因此滑臺支架的高度為193mm。外購絲桿的寬度為110mm,支架是為了支撐滑臺，因此將支架的寬度設計為120mm,每邊留出5mm的余量，支架的長度根據絲桿的長度和機床整體尺寸來設計，最終的長度為420mm,此滑臺支架的設計結構為工字型，工字型的受力效果和穩(wěn)定性較好。
圖3.1.3
取料桿設計：
取料桿的設計需要根據氣動手指、氣缸、滑臺和絲桿的位置來設計取料桿的尺寸，絲桿需固定在最頂部的龍門架上，在絲桿上面有兩排的螺紋孔與龍門架定位，絲桿留出的長度根據機床的整體尺寸來定 ，在設計絲桿的位置時一定要注意兩臺絲桿滑臺的垂直度。兩個氣缸需要用L型板來定位，分別固定在滑臺和氣缸上，保證氣缸的穩(wěn)定性。氣缸與氣動手指之間需要用矩形板固定，保證氣缸與氣動手指之間的平行度，最重要的就是取料桿的設計，我所設計的零件外圓為10mm，而取料桿所夾持的部分的尺寸為7.8mm,取料桿的長度根據機床的整體尺寸來定。取料桿的外形根據氣動手指的形狀來設計
圖3.1.4
圖3.1.5
圖3.1.6
3.2 三維總建模
總體建模，是設計方案最直觀的展現，更加利于理解，便于分析方案的合理性，直觀的反應機構的剛性，容易查找薄弱的零部件，還可以模擬機構運行，更進一步的分析方案的合理性。
4 機械手拆畫二維圖紙
三維建模是為了讓我們更直觀的去了解結構是否合理、是否存在干涉等等，拆畫二維圖時要零件的加工工藝，給出合理的公差、形位公差、表面粗糙度等，及是否方便焊接、機加工，還有是否方便現場裝配、調試，最終完成的圖紙，要再仔細審核一遍，是否達到工作要求，有無紕漏，若發(fā)現問題要及時改正。
(圖紙見附件)
結 論
經過一番的努力，我順利完成了畢業(yè)設計的任務，對機械手的設計過程有了一個基本的認識，特別是對簡單的自動上下料機構有了深刻的了解。這次畢業(yè)設計是對我大學所學知識的一次綜合應用，它涉及到機械制圖、機械制造技術、機械原理、機械設計、機械裝備設計、互換性和測量技術、電子信息技術等多門課程的內容，使我對知識的綜合知識的運用有了很大的提高。 這次畢業(yè)設計對我大學所學的知識進行了綜合，對我運用知識的能力有了很大提高，特別是培養(yǎng)了我理論結合實際的作風，改變了我以前設計不切合實際的想法，很多設計力求標準化和規(guī)范化。
第六章 論文總結
這是我們即將離開學院走上工作崗位之前對所學各課進行的一次全面的、深入的、綜合性的良好的回顧，從而鍛煉自己發(fā)現問題、思考問題解決問題的能力，并培養(yǎng)認真、嚴謹的專業(yè)精神為以后參加國家的工業(yè)化建設打下一個良好的基礎，為早日實現國家的現代化貢獻一份力量。
機械制造業(yè)是國民經濟的支柱產業(yè),關系到一個國家的綜合國力。現代制造業(yè)已發(fā)生了巨大的變化,特別是由于中國有著巨大的市場潛力和勞動力資源,我國正日益成為全世界機械制造業(yè)的中心。隨著經濟全球化和金融危機的影響,與發(fā)達國家相比,我國機械制造業(yè)已處于很落后的局面,正陷入難以可持續(xù)發(fā)展的困境。
閥體零件過去主要依賴單能儀表車床、六角車床的等普通設備加工，三通或四通以上閥體類零件加工較為復雜，從毛坯到成品需經多道加工工序，即需多臺機床、大量專用夾具和多名操作工人，順序加工，工序間還要組織人員轉運，生產效率非常低下，工人勞動強度很高，零件質量還得不到保證，生產成本很高，企業(yè)承擔不起。
所在實習企業(yè)立足于改變國內閥體類零件加工行業(yè)的落后現狀，瞄準國內市場，獨立創(chuàng)新、自主研發(fā)ZDL系列閥體加工高效組合機床系列產品并取得突破性進展，一臺多工位組合機床抵過去10-20臺儀表機床，只需一人簡單操作，生產效率提高十多倍，減少三分之二的用電消耗，較傳統(tǒng)設備加工，節(jié)約占地面積四分之三，零件質量顯著提高，是傳統(tǒng)設備的一次革命性進步，其結構先進，性能可靠，高效節(jié)能，操作簡單，完全滿足閥體等多種類型零件加工的質量和高效率的要求，成功替代傳統(tǒng)設備和進口設備，，有力推動家電等行業(yè)的發(fā)展和勞動密集型企業(yè)實現減員增效。
多種組合機床產品以記住領先、質量最優(yōu)、高效低耗、價格較低而牢牢占據國內市場主導地位，代表了國內小型組合機床產品的最高水平，超過了臺灣機床，并成功的代替進口產品。目前國內市場占有率已達60%。近年來開始進入國內柴油機、汽車、消防等新行業(yè)新市場，用于噴油泵體、配泵體、消防閥、汽車零件的大批大量生產。這里還涉及了自動上下料裝置，自動完成零件的裝夾加工，將工人從繁重的體力勞動中徹底解放出來，一人多機，大幅度提高了勞動生產率。
致 謝
經過對我司非標組合機床認知的情況下，我了解了空調六方孔組合機床機械手的設計過程，并對此進行了畢業(yè)論文的設計，在論文完成之際，我首先向關心、幫助和指導我的張曉紅老師、陸文金老師表示衷心的感謝并致以崇高的敬意！
大學的時光即將結束，回顧三年來的學習經歷，面對現在的收獲，我感到無比欣慰。為此，我向熱心幫助過我的所有老師和同學表示由衷的感謝!在論文的設計中，遇到了許許多多這樣那樣的問題，有的是專業(yè)上的問題，有的是論文格式上的問題，一直得到指導老師的親切關懷和悉心指導，使我的論文可以又快又好的完成，張曉紅老師和陸文金老師以其淵博的學識、嚴謹的治學態(tài)度、求實的工作作風和敏捷的思維給我留下了深刻的印象，我將終生難忘兩位老師對我的親切關懷和悉心指導，再一次向他們表示衷心的感謝，感謝他們?yōu)閷W生營造的濃郁學術氛圍，以及學習、生活上的無私幫助! 值此論文完成之際，謹向兩位老師致以最崇高的謝意!
三年寒窗，所收獲的不僅僅是愈加豐厚的知識，更重要的是在閱讀、實踐中所培養(yǎng)的思維方式、表達能力和廣闊視野。很慶幸這三年來我遇到了如此多的良師益友，無論在學習上、生活上，還是工作上，都給予了我無私的幫助和熱心的照顧，讓我在一個充滿溫馨的環(huán)境中度過三年的大學生活。感恩之情難以用言語量度，謹以最樸實的話語致以最崇高的敬意。
“長風破浪會有時，直掛云帆濟滄海?！边@是我最喜歡的詩句。就用這話作為這篇論文的一個結尾，也是一段生活的結束。希望自己能夠繼續(xù)追逐自己的夢想，永不放棄。
最后，衷心地感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位專家、教授!
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