五轴工业机器人典型零件工艺设计.docx
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1、北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计毕业设计说明书( 五轴工业机器人典型零件工艺设计 ) 学 院: 工业自动化学院专 业: 姓 名: 指导老师: 机械工程 甘逸翔 学 号: 职 称: 160406106602 李兵副教授中国珠海二二年五月毕业设计诚信承诺书本人郑重承诺:本人承诺呈交的毕业设计五轴工业机器人典型零件工艺设计是在指导教师的指导下,独立开展研究取得的成果,文中引用他人的观点和材料,均在文后按顺序列出其参考文献,设计使用的数据真实可靠。窗体顶端窗体底端 本人签名: 日期: 年 月 日北京理工大学珠海学院 本科毕业设计(论文) 五轴工业机器人典型零件工艺设计摘要本次研究设计以关节
2、型操作机五轴机器人为研究对象,该机器人由多个关节连结的基座、大臂、小臂和手腕等构成。整个设计对零部件加工精度要求较高,零部件较为复杂,对其零部件的加工工艺设计研究是具有典型代表意义的,为机器人行业结构设计及零部件加工工艺设计起到参考和指导意义,加工工艺设计包括工艺规程设计、工艺路线拟订、切削用量和工时定额的确定、工艺卡片的设计、夹具的设计等。关键词:五轴机器人;加工工艺;切削用量;工艺路线;夹具abstractThis design is based on the crank parts processing procedures and some procedures of the spec
3、ial fixture design. The main machined surface of crank parts is plane and hole system. Generally speaking, it is easier to ensure the processing accuracy of the plane than that of the hole system. Therefore, the design follows the principle of face before face. The processing of holes and planes is
4、clearly divided into roughing and finishing stages to ensure the machining accuracy of holes. In the follow-up process, other holes and planes are positioned and processed by plane and process holes except for individual processes.Keywords:Five axis robot;Processing technology; Cutting amount; Proce
5、ss route; Fixture目录1 引言11.1研究的意义11.2国内外研究现状12 总体方案32.1本次设计主要研究内容32.2五轴工业机器人结构方案42.3五轴工业机器人各部件的加工方案53零件底座的机械加工工艺规程设计103.1零件底座的工艺规程设计103.2零件底座的加工工艺路线的拟订113.3切削用量和工时定额的确定134机床专用夹具的设计294.1机床夹具设计的基本要求294.2立铣专用夹具1的设计29参考文献34附录 外文文献翻译351引 言1.1研究的意义 随着现代化工业的发展和技术的进步工业机器人逐步替代传统人力的工作,其降低人力资本和提升工作效率为社会所认同,越来越多
6、的工种所被工业机器人替代,随着对机器人的智能化、灵活化的市场需求五轴工业机器人日渐受到重视。五轴工业机器人拥有五个自由度,机器人更灵活,能够进行x、y、z三个空间进行转动的同时依靠底座完成周向旋转且手部可以灵活行动。本次研究以关节型操作机五轴机器人为研究对象,该机器人由多个关节连结的基座、大臂、小臂和手腕等构成,手臂完全伸展时1300mm,可抓取物体最大载荷8kg,重复定位精度为0.08mm。整个设计对零部件加工精度要求较高,零部件较为复杂,对其零部件的加工工艺设计研究是具有典型代表意义的,为机器人行业结构设计及零部件加工工艺设计起到参考和指导意义。1.2国内外研究现状随着近些年国家政策及改革
7、开放后国外先进技术的引进及学习,国内目前在机械、电子、化工等各行业都有了长足的进步,然而国外有其以美、德、日等先进国家的技术起步较早,经验及技术积累较为丰厚所以在基础研究及高端技术方面始终有较大差距,包括基础的材料学及相关的复核材料、高精度材料、高纯度材料等工艺基础材料上仍有差距,间接导致国内高精尖的机械加工制造产业仍以中低端为主,高端制造设备仍依靠进口实现。目前国内外机器人热点以智能化研究为主要热点,在传统工业上的研究还是以小众全体上,以实现代替重复性劳动力为主(图1.1所示传统机床采用人工重复性工作现状,图1.2为现代化数控车床代替人工工作现场),以提升效率、降低不合格率为主。目前针对传统
8、行业的代替机器人已经深入到六轴及以上的研究,而五轴工业技术无论是适用范围还是市场前景都有较好机会,抓住五轴工业机器人的研究及批量生产应用是提升生产效率、降低人力资本,加快社会发展进程,占有市场份额,去除落后产能的先机,所以对于五轴工业机器人的研究,尤其是对机器人关键件的研究是有必要的。图1.1所示为传统车床(图片来源新浪新闻中心)图1.2所示为现代化数控车床(图片来源国脉物联网)2总体方案2.1本次设计主要研究内容本人将以关节型操作机五轴机器人为研究对象,如图2.1所示关节型操作机五轴机器人由多个关节连结的基座、大臂、小臂和手腕等构成,手臂完全伸展时1300mm,可抓取物体最大载荷8kg,重复
9、定位精度为0.08mm。通过表2.1关节型操作机五轴机器人技术参数,可见其对各零件的加工、安装精度较高,以保证灵活运行的同时具有高精度的动作,同时其内部结构复杂,壳体内装有电机、减速器、齿轮等,故而该机器人的各零件加工难道较大,对其零部件的加工工艺设计研究是具有典型代表意义的。本次研究志在填补研究空白,为机器人行业结构设计及零部件加工工艺设计起到参考和指导意义。表2.1关节型操作机五轴机器人技术参数类别技术参数类别技术参数本体结构5自由度关节型额定负载8kg本体重量重复定位精度工作半径1300mm末端执行器重量工作范围关节1(底座)额定转速关节1(底座)关节2(大臂)关节2(大臂)关节3(小臂
10、)关节3(小臂)关节4(手腕)关节4(手腕)关节5(手爪)关节5(手爪)图2.1关节型操作机五轴机器人(图片来源百度图库)2.2五轴工业机器人结构方案如图2.2所示为本组设计的关节型操作机五轴机器人整体结构,本次设计在满足应用条件下尽可能的降低成本以适应激烈的市场竞争。因此,该设计电机等都以市场已有标准件为基础进行设计。该结构以腕部步进电机、大臂步进电机、腰部步进电机、小臂步进电机、手爪步进电机为依托,通过电机带动减速器驱动齿轮机构使腰部、大臂、小臂、腕部、手爪实现周向旋转及径向旋转,同时通过对各连接件材料强度、性能的校核,使机器人能够实现抓取重物后能够灵活、安全的完成指定任务。图2.2关节型
11、操作机五轴机器人整体结构2.3五轴工业机器人各部件的加工方案 表2.2关节型操作机五轴机器人零部件明细表序号代号零部件名称类型数量材质获得方式1外壳非标件1ZG250铸造、机加工2GB/T12370-1990大锥齿轮1标准件145外购3GB/T12370-1990小锥齿轮1标准件140Cr外购46203GB/T276-1994深沟球轴承标准件1外购5轴承支座非标件145机加工6连接轴非标件140Cr机加工730203GB/T279-1994圆锥滚子轴承标准件1外购8行星齿轮架非标记142CrMo机加工9ISO 3601-1-A 0125O型环标准件1丁腈橡胶外购10中心齿轮非标件140Cr机加
12、工11腰部步进电机标准件1外购12GB/T5786-2000六角头螺栓标准件208.8级外购13GB/T1356-2001行星轮标准件640Cr外购14ISO 2338-3h814圆柱销标准件1316L外购15GB/T1096-2003平键标准件145外购16GB/T960-1986夹紧挡圈标准件165Mn外购17GB/T1356-2001小直齿轮标准件140Cr外购18GB/T1356-2001大直齿轮标准件140Cr外购19GB/T1096-2003平键标准件345钢外购20GB/T1356-2001斜齿轮标准件140Cr外购21减速器外壳非标件1ZG250铸造、机加工22GB/T5786
13、-2000六角头螺栓标准件308.8级外购23连接轴2非准件142CrMo机加工24GB/T1096-2003平键标准件245钢外购25GB/T12370-1990锥齿轮标准件145钢外购266203GB/T276-1994深沟球轴承标准件2外购27法兰盘1非标件145钢机加工28GB/T1356-2001小直齿轮标准件140Cr外购296203GB/T276-1994深沟球轴承标准件2外购30GB/T1096-2003平键标准件245钢外购31GB/T12370-1990锥齿轮标准件145钢外购32电机支架非标件1304板钣金、机加工33腰部步进电机标准件1外购34底座非标准1HT200铸造
14、、机加工35GB/T12370-1990大锥齿轮标准件140Cr外购36轴承支座2非标件145机加工37连接轴1非标件140Cr38GB/T176-1994深沟球轴承标准件2外购39GB/T5786-2000六角头螺栓标准件108.8级外购40法兰盘3非标件145钢41GB/T11356-2001斜齿轮标准件140Cr外购42连接轴3非标件145钢机加工43GB/T960-1986轴承挡圈标准件165Mn外购44右端盖非标件1HT150铸造、机加工45轴承座非标件1HT200铸造、机加工46连接轴4非标件140Cr机加工47法兰盘4非标件145钢机加工48GB/T5786-2000螺栓标准件1
15、8.8级外购表2.2所示为关节型操作机五轴机器人零部件明细表,由明细表所知,关节型操作机五轴机器人主要由标准件和非标准件组成,其中标准件为符合国标、ISO标准及行业标准等的零部件、电器等,如螺栓、电机等均可通过采购直接获得,且标准件采购成本一般远低于自制成本。除标准件外为非标件,该类零件需要自制或定制等,表2.3所示为非标准件的一般加工方法。表2.3关节型操作机五轴机器人非标准零部件加工方法序号零部件名称材质获得方式工序设备工艺路线1外壳ZG250铸造、机加工铣序XK5025铣平面钻序Z525钻孔车序CA6140车外圆、车内孔2轴承支座45机加工车序CA6140平端面车外圆、内孔;车序掉头平端
16、面,车外圆台阶及内孔台阶。3连接轴40Cr机加工车序CA6140车外圆铣序XK5025铣键槽钻序Z525钻销孔4行星齿轮架42CrMo机加工车序CA6140车外圆、车内孔钻序Z525钻扩铰齿轮轴孔铣序XK5025铣齿轮轴孔键槽5中心齿轮40Cr机加工车序CA6140车外圆、车内孔铣序XK5025铣齿轮轴孔键槽插齿Y5120A齿轮插齿6减速器外壳ZG250铸造、机加工铣序XK5025铣平面钻序Z525钻孔车序CA6140车外圆、车内孔7连接轴242CrMo机加工车序CA6140车外圆铣序XK5025铣键槽钻序Z525钻销孔8法兰盘145钢机加工车序CA6140车外圆、车内孔钻序Z525钻销孔9电
17、机支架304板钣金、机加工钣金DH-JH3015切割折弯AMADA-RG-100折弯钻序Z525钻销孔10底座HT200铸造、机加工铣序XK5025铣平面钻序Z525钻孔车序CA6140车外圆、车内孔11轴承支座245机加工车序CA6140车外圆、车内孔铣序XK5025铣键槽钻序Z525钻销孔12连接轴340Cr车序CA6140车外圆铣序XK5025铣键槽钻序Z525钻销孔13法兰盘345钢车序CA6140车外圆、车内孔钻序Z525钻销孔14连接轴445钢机加工车序CA6140车外圆铣序XK5025铣键槽钻序Z525钻销孔15右端盖HT150铸造、机加工铣序XK5025铣平面钻序Z525钻孔车
18、序CA6140车外圆、车内孔16轴承座HT200铸造、机加工铣序XK5025铣平面钻序Z525钻孔车序CA6140车外圆、车内孔17连接轴540Cr机加工车序CA6140车外圆铣序XK5025铣键槽钻序Z525钻销孔18法兰盘445钢机加工车序CA6140车外圆、车内孔钻序Z525钻销孔 表2.3关节型操作机五轴机器人非标准零部件加工方法,其中底座(图2.3所示为底座工程图)从结构上看由四部分够成,该四部分结构可以分为1-底盘、2-护罩、3-定位座、4-电机固定板四个零件通过焊接、螺栓固定等组装为一体,可降低加工难道和制造成本,但是焊接工艺常伴有焊接后变形及焊接定位尺寸不易保证等问题;通过螺栓
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- 工业 机器人 典型 零件 工艺 设计
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