数控车床上下料机械手设计_毕业设计(编辑修改稿)

数控车床上下料机械手设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

定零件的装卸。 针对数控车床自动装卸机械手的研究相对较少。 本课题着眼于气动驱动、自动装卸的机械手的设计。 四川理工学院毕业设计（论文） 5 机械手在国内外发展现状 从国内外所有机械手的发展现状来看，在现阶段，对机械手的研究和开发已趋于高潮，机械手的发展现状与 动态，可以总结为 :第一，模块化与可重构化是现阶段机械架构发展的主要动向。 其二， PC 机的开放型控制器是机械手体系发展的一个主要方向，其目的就是为了完善机械手，使其逐渐走向网络化和标准化。 器件集成度得以强化，架构设计玲珑，同时运用过了模块化架构。 在很大程度上强化了机械手体系的安全性和可靠性，同时也满足机械手在维修和防护方面的一些便捷性。 第三，传感器在机械手中发挥了十分重要的作用，不仅运用了传统的速度传感器、位置传感器等，同时也引进 J39。 先进的视觉传感器、触觉传感器和听觉传感器，促使机械手逐渐向智能化方向发展和推进。 第四 .装配、焊接等机械产品逐渐向模块化、标准化及系列化方向推进和发展，及系统动态的仿真等。 机械手的技术发展方向 国内外实际上使用的定位控制的机械手，没有“视觉”和“触角’反馈。 目前，世界各界正积极研制带有“视角”和“触角”的工业机械手，使它能对所抓取的工件进行分辨，选 IFS 所需要的工件，并正确地夹持工件，进而精确地在机器中定位、定向为使机械手有“眼睛”去处理方位变化的工件和分辨形状不同的零件，它由视觉传感器输入三个视图方向的视觉信息，通过计算机进行图形分辨，判别是否是所要抓取的工件。 为防止握 力过大引起物件损坏或握力过小引起物件滑落下来，一般采用两种方法。 一是检渊把握物体手臂的变形，以决定适当的握力 :另一种是直接检测指部与物件的滑动位移来修正握力。 因此，这种机械手就具有以下几个方面的性能 : 1) 能准确地抓取方位变化的物体。 2) 能判断对象的重量。 3) 能自动避开障碍物。 4) 抓空或抓力不足时能检测出来。 这种具有感知能力并能对感知的信息做出反应的工业机械手称为智能机械手，它是有发展前途的。 现在，工业机械手的使用范围只限于在简单重复的操作方面节省人力，其效用是代替人从事繁重的工作和危险的工作，在恶劣环境下尤其明 显。 至于在汽车工业和电子工业之类的费工的工业部门，机械手的应用情况决不能说是很好的。 虽然这些工业部门工第一章 绪论 6 时不足的问题很尖锐，但采用机械手只限于小部分工序。 其原因之一是，工业机械手的性能还不能满足这些部门的要求，适于机械手工作的范围很狭小。 另外经济性问题当然也很重要，采用机械手来节约人力从经济上看不一定总是合算的。 然而，利用机械手或类似机械设省人力和实现生产合理化的要求，今后还会持续增长，只要技术方面和价格方面存在的问题获得解决，机被手的应用必将会飞跃发展。 课题的来源及研究意义 发电机和电动机的转子外圆 要求进行粗车和精车。 在电机运行过程中，电机的气隙通过设计的很小（气隙磁通越小电机的性能越好），一般不大于 毫米，如果转子或者轴承稍有偏心，轻则使气隙磁通不均匀而影响电机的出力大小及其均匀程度，重则使转子与定子的摩擦，使电机的消耗增加，出力减少，温度增高，重则不能工作而 烧毁电机。 如果检测超出允许范围，就必须 修理或者更换电机。 因此上料的时候，必须保证工件的定位精度，又要确保每次上料的一致性，传统的人工上料不仅劳动强度很大，上料精度也很不好控制。 随着数控技术的发展及 PLC编程技术的迅速普及，其加工时间要缩短 到一分钟以内，为适应机床高精度、高效率的加工要求，发展自动上下料已成为必然趋势。 精车外圆是在数控车床中进行，要求机床的转速高，使用双道具进行车削。 第一遍进行粗车，接着进行精车，保证其加工精度。 因此车削转子外圆的上下料系统要满足快速性和高精度的双重特性。 机械手自动上下料系统是机械手应用的一个重要方面，它的出现与广泛应用，可以大大的解放人力资源，减轻劳动强度，实现生产及加工过程的自动化，提高生产效率。 随着数控机床向高速高精度方向的不断发展，利用机械手代替人工实现自动上下料已成为一种发展趋势。 在近年来的国际机床 展览会上，国外高档加工中心与数控机床已普遍采用机器人自动上下料装置，国内机床厂商也开始关注和着手进行相关技术和装置的研发，其中，机床自动上下料系统的快速、高精度和良好的适应性成为技术难点。 本课题针对企业实际生产和发展需要，研究与开发数控外圆精车的机械手自动上下料系统，对促进国产高端制造装备水平的提高无疑具有重要的研究与应用价值，使系统的效率明显的上一个台阶。 四川理工学院毕业设计（论文） 7 第二章 机械手设计方案 机械手方案设计原则 机械手机构设计原则 在机械零件设计时，设计人员应同时考虑到零件的设计要求和工艺要 求。 产品的质量和成本会受到工艺要求的影响。 一般应满足以下要求 : 1)在设计时应完全保证零件尺寸标准化和互换性。 便于后期的维修更换。 2)零件尺寸基准选择要合理规范，尺寸标注之前应首先考虑，同时注意设计基准和工艺基准要重合、设计基准同定位基准尽量保证重合。 3)在满足零件设计要求的基础上，同时考虑到零件制造、加工、装配的整体工艺路线。 4)零件尺寸精度按照零件功能的要求进行设定，设定过低影响产品质量，设计过高会增加成本。 机械手的设计再考虑到零 件结构设计的基础上，还要考虑到其材料工艺的选择。 选材要考虑到其零件的使用性、制造过程及成本等几个方而，应满足以下要求 : 1)使用性 在机器零件的设计上，通过分析零件工作条件和失效形式，对力学性能进行分析，是使用性能的一个重点。 2)工艺性 通过工艺性能分析，对加工形式进行分析设定。 在满足使用性能的前提下，选择更易加土的材料能够大大降低加工难度。 这项指标也会对经济型产生影响。 3)经济性 选材应保证其整体成本最低。 零件寿命、重量、研究费、加工费、维修费都会涉及总体成本，材料价格的高低是选材重要的经济 性指标。 确保零件的使用、工艺性能基础之上，降低材料价格，压缩成本以增加经济效益更大化，提高市场上产品竞争力，是工程设计中一贯坚持的重要原则。 第二章 机械手设计方案 8 机械手上下料系统要求 按照工厂的实际生产要求，数控车削转子的机械手上下料系统需要自动实现上料并且将加工完成的工件自动取下来然后将加工好的工件放到传送带上完成输送功能。 因此机械手上下料系统需要具有自动上下料功能、吹气功能及其输送功能等，其主要的设计要求如下： a) 实现从传送带取放工件到机床工作台上取放工件的整个循环过程的自动化； b) 机械手与工件输送系统可为相互独立的模 块，可单独使用亦可构成一个系统； c) 系统动作流程，稳定可靠； d) 上下料的时候，转子中心孔与机床芯轴的定位精度为 ~ mm； 机械手动作要求 上下料动作分析：根据生产线体的空间位置和操作台的具体位置，然后再根据上下料和车床的加工工艺过程和具体的工序，确定机械手需要完成的具体动作流程图如下： 表 21机械手动作 序号 动作名称 行程范围 1 机械手下移 200mm 2 机械手 1夹紧 / 3 机械手上移 200mm 4 机械手左移 1000mm 5 机械手翻转 90176。 6 机械手下移 200mm 7 机械手 2爪夹紧 / 8 车床的顶针退 / 9 车床的夹头松开 / 10 机械手右移（少量） 6mm 11 机械手上移 200mm 12 机械手翻转 90176。 13 机械手下移 200mm 14 机械手少量左移 6mm 15 车床顶针进 / 四川理工学院毕业设计（论文） 9 16 车床夹头紧 / 17 机械手指松 / 18 机械手上移 200mm 19 机械手翻转 90176。 20 机 械手右移 1000mm 21 机械手下移 200mm 22 机械手指松开 / 23 机械手上移 200mm 24 机械手翻转 90176。 根据建立的空间坐标系，分析整个过程基本有沿 z轴的上下移动和 x轴的左右移动，以及沿 y 轴的翻转运动 .根据任务书上得翻转角度为 90 度，沿 x 轴移动距离为 1000mm，沿 z轴上下移动距离为 200mm，以及手爪的夹紧和松开过程。 根据机械手运动的过程，完成具体动作，选择完成基本运动的传动件。 传动件和执行元件的方案设计 根据机械手具体完成动作，将机械手分成几个重要过程，即： 工件的夹紧和松开过程，工件沿 y 轴翻转 90 度过程，工件沿 Z 轴上下移动过程和工件沿 x 轴的来回移动过程。 下面就几个过程分别设计其运动实现方案： a）工件的夹紧和松开过程：根据任务书要求选择用气动元件，又考虑到该过程不需要提供很大的动力，仅需简单，方便的元件就可以完成，考虑到大部分气动元件都是气缸，所以选择用气缸来提供动力，再根据工件为直径 30mm 的转子，质量为 ，需要完成对转子的夹紧和松开两个动作，根据《工业机械手设计》选择用气爪来实现动作要求。 b）工件沿 y轴翻转 90度过程： 方案一：这个过程需要将机械 手翻转 90 度，选择转动的元件实现功能。 转动动力一般为电机，可以由电机提供动力，电机轴直接带动工件旋转 90 度。 也可以在中间加一传动件，比如齿轮传动，由齿轮的齿数来控制其旋转角度，实现目的要求。 方案二：动力源仍旧选择由气压提供，在气缸的种类中找到能将直线运动转变为回转运动的气缸。 摆动气缸就是其中的一种，所以选择摆动气缸来实现目的要求。 方案评估：该过程可以直接选择由轴的回转运动完成，也可以选择用将直线运动转化为绕轴转动来实现该功能，方案一的方法直接由电机提供回转运动，能够实现功能，第二章 机械手设计方案 10 但是这里考虑到该过程只是一个 简单的回转运动，对精度和动力要求都不高，并且方案一使机械手更加庞大，不利于后面的设计，所以从设计的经济性出发，选择第二种方案。 方案二由气压提供动力，直接用气缸就能实现功能，机械手不会变的庞大，气动本来就很便宜，这也节约了成本。 气缸的选择同样在气缸的种类里面能够找到合适的解决方案。 选用气缸提供动力，根据《气缸的工作原理及应用入门》选择回转气缸来实现功能。 c）工件沿 Z轴上下移动：动力源由气动提供，根据《气缸的工作原理及应用入门》选择双轴气缸实现工件的上下移动。 d）工件沿 x轴的来回移动：该运动过程是直线运动， 能够直接实现直线运动的有很多方式，比如带传动，或是曲柄滑块机构的运动。 也可以选择有回转运动改变成之间运动的方式，比如齿轮齿条传动，或是丝杆的传动。 由于需要在工件在安装时保证良好的精度和定位要求，所以需要选择高精度的传动原件，并且来回行程很长，为了节约工件在传送过程中的时间的不必要浪费，所以选择用私服电机提供动力，滚珠丝杆传动保证精度和传送速度。 根据以上各部分传动选择好的传动原件，将工件和传动原件用连接件连接起来就可以保证其运动方式，然后再对各部分进行尺寸，形状和精度的精确设计，即可完成对数控车床的上下料要 求。 四川理工学院毕业设计（论文） 11 第三章 各部分详细设计 由于本次设计主要采用的是气动元件，在机械手设计的时候选择的是气缸。 其实动力源还有很多，比如液压、电动力马达，之所以选择气动，是 因为此小型机械手中手爪的夹紧力和驱动力都不是很大，气压传动完全可以满足工作要求，加上气压传动有 能量储存简单而且可以产生高速动作；气体容易压缩，并且无污染，释放后可以循环利用；生产成本价格低廉，体积小，重量轻，输出质量高的优点，所以主要是对气缸的选型计算 气压传动简介 气压传动技术 (Pneumatics)是以压缩空气为介质，对机械运动进行能 量传递及控制的一门技术，简称为气动技术。 气动技术近年发展迅速，其关键部分是气动元件。 通过气动元件的不同组合，形成气动控制、传动系统。 气动技术传递信号和能量的介质主要是空气，通过空气压缩产生的气压进行控制的一门技术，主要是气动控制和气压传动两部分内容。 气动技术突破原有理念，在汽车、机械、医疗等多个领域起到至关重要的作用，己广泛应用于国民经济的成套设备和自动化生产线上。 液压与气动是两种应用广泛的传动技术，两者相对比，各有优缺点。 气动技术相对于液压技术具有以下优点 : ，成本低廉、 取用方便，使用安全性高，适用于易燃易爆等场合， ，空气使用后可直接排放，不会造成二次污染，配件价格低廉，结构简单，使用更换成本较低。 ，劳动者不需通过高端培训即可熟练掌握。 ，方便对现有机器进行改装。 ，以便应急使用。 能持续进行工作，过载工作时能自动减压 (泄气 )而停止工作，充气加压后可继续工作，不会对机构产生影响。 气动技术相对于液压技术缺点如下 : ，除去其杂质并进行干燥。 ，稳定性相对较差，不利于进行精确的位置控制和速度控制 第三章 各部分详细设计 12。 ，延迟、失真情况明显，不便用于需要高速、精确传递，信号传送距离有限。 国外将气动称为“廉价技术、自动化技术”。 气动装置在现今自动化工业中地位十分重要。 气动技术具有抗燃、无污染、原料易获得等优点，得到了越来越广泛的关。