2022年数控车床上下工件机械手.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 毕业设计（论文）题目：数控车床上下工件机械手名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚 信 承 诺 书本人正式声明：所呈交地毕业设计（论文）数控车床上下工件机械手是本人在导师地指导下独立进行讨论所取得地成果,其内容除了在毕业设计（论文）中特殊加以标注引 用,表示致谢地内容外,本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写地 成果作品 .班级：机械 92 学 号： 0923077 作者姓名：2022 年 5 月 25 日名师归纳总结

2、- - - - - - -第 2 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 无锡太湖学院信 机系机械工程及自动化专业毕 业 设 计论 文 任 务 书一、 题目及专题：1、题目 数控车床上下工件机械手、专题二、课题来源及选题依据数控车床要实现自动化,可设计特地地上下料装置,但是要实现上下料地柔性化,机械手就是其最好地组合.随着机器人学科地进展,机器人在某些方面可以代替人地工作,特殊是一些高强度地工作,甚至仍具备了肯定地 学习功能 .数控车床与机械手地结合是现代制造业进展地一个挑选,它是实 现一个人操作多台车床,实现生产效率进一步提高地有效途径 . 三、本设计（论文或其他）

3、应达到地要求：原始参数： 1）抓重 :600g 夹持式手部 2）自由度数 :4 个自由度 3）坐标型式 :直角坐标型 4）横臂手臂长度 :2180mm 5）手臂最大高度 :2769.5mm 6）手腕运动参数 回转范畴 : 0-1807）手臂运动参数 升降行程： 920mm设计要求：1、总体方案地确定 .主要确定机械结构部分和掌握部分 . 2、机械结构地设计,包括手部模块、腕部模块、直臂模块地设计 . 并绘制整体 装配图 . 3、重要部件地设计,包括直臂导杆气缸地设计,多工位动态精度地实现,防倾 覆装置地设计等 .并绘制导杆气缸地装配图 . 4、掌握部分地初步设计 . 5、设计说明书一份 . 6

4、、全部非标零件需画出零件图 . 注：全部图纸需运算机打印四、接受任务同学：机械 92 班姓名刘忠和五、开头及完成日期：名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 自 2022 年 11 月 12 日 至 2022 年 5 月 25 日 六、设计（论文）指导（或顾问）：指导老师 签名 签名 签名 教研室主任名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学科组组长签名系主任 签名2022 年 11 月 12 日名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,

5、共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 摘 要本设计是数控车床上下工件机械手地设计,包括总体方案地确定,机械结构地设计以及重要部件地设计 .随着现代工业地进展和竞争地加剧,对加工效率提出了新地要求,数控车床工件装卸自动化就成为当前制造厂家对机床地重要需求之一 控车床上配置工件自动上下料机械手.为了满意用户地需求,当前中国地机床制造厂开头在部分数 .但假如采纳伺服电机驱动和掌握其成本高、结构复杂、速度慢、工作效率较低；假如采纳液压驱动,其泄漏对数控要求地清洁环境造成肯定地副面影响 .随着气动技术地不断进展,气体驱动也能成为机械手地驱动力气,其成本底,结构简洁,工作效率高,清

6、洁,再加上 PLC 掌握系统实现机电气一体化掌握 .本设计主要设计用低成本、高速地气缸来组成模块化地气动机械手,实现数控车床工件自动装卸,克服伺服电机应用中存在地高成本和低效率地局限 .论文完成地主要设计工作包括以下几个方面 :1设计了模块化气动装卸机械手地总体结构；2讨论了大跨度气缸地固定支撑形式；3讨论了水平运动气缸地防侧翻技术；4讨论并实现了气缸输出杆高精度柔性调剂技术 5初步设计了气动掌握回路和PLC 掌握系统 .关键词：机械手；自动化；上下料；气体驱动名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - AbstractTh

7、is design is the numerical control lathe workpiece manipulator design, including the determination of overall scheme, design of mechanical structure design and important parts. Along with the development of modern industry and the competition put forward new requirements to processing efficiency, nu

8、merical control lathe workpiece loading and unloading automation becomes the current manufacturers one of the important requirements for machine tools. In order to meet the needs of users, the current Chinas machine tool manufacturers began on the part of numerical control lathe automatic up-down ma

9、terial manipulator configuration artifacts.But, if the servo motor drive and control its high cost, complex structure, slow speed, the efficiency is low ； If adopts hydraulic drive, the leak on the CNC requirements of clean environment certain side effects.With the continuous development of pneumati

10、c technology, gas drive also can become a driving force of the manipulator, end of the cost, simple structure, high efficiency, clean, coupled with the PLC control system to realize integration of mechanical and electrical gas control.This design is mainly design with low cost, high speed of the cyl

11、inder to form a modular pneumatic manipulator, and implement numerical control lathe automatic loading and unloading of workpiece, overcome existing in the application of servo motor limitations of high cost and low efficiency. The thesis completed the main design work includes the following several

12、 aspects: 1 the overall structure of the design of modular pneumatic loading and unloading manipulator ； 2 study the long-span cylinder fixed support form； 3 studies the technique of side flip horizontal motion cylinder ； 4 the research output and implements the cylinder rod 5 high precision flexibl

13、e adjustment technology pneumatic control loop and PLC control system is designed. Key words:manipulator ；automation； up-down material ；gas drive目录摘 要. IVAbstract . V 目 录. IVI1 绪论 . 11.1 前言和意义 . 11.2 工业机械手地简史 . 11.3 国内外讨论现象和趋势. 21.4 设计原就 . 32 数控车床上下工件机械手地总体设计. 42.1 技术要求 . 4 2.2 机械手总体设计 . 42.2.1 执行机构

14、地挑选 2.2.2 驱动机构地挑选 2.2.3 传动结构地挑选. 4 . 5 . 52.2.4 机械手地基本形式挑选 . 62.2.5 机械手直臂部分地主要部件及运动. 72.2.6 机械手地技术参数 . 83 各模块地设计 . 93.1 机械手手部模块地设计. 93.1.1 手部设计基本要求 . 93.1.2 典型地手部结构. 9名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3.1.3 机械手手爪地设计运算. 93.2 机械手腕部模块地设计 . 123.2.1 腕部设计地基本要求 3.2.2 腕部地结构以及挑选. 12 .

15、133.2.3 腕部地设计运算 . 133.3 机械手手臂模块地设计. 143.3.1 手臂地结构地挑选及其驱动机构 . 153.3.2 滚珠丝杠设计 . 153.3.3 锥齿轮及锥齿轮轴地设计. 173.3.5 电机选型 . 20 4 直臂导杆气缸地设计 . 20 4.1 气缸体地设计 . 204.1.1 预选气缸地缸径 4.1.2 预选气缸地行程 4.1.3 气缸地类型挑选. 21 . 21 . 214.1.4 活塞杆直径 d 地运算 . 214.1.5 气缸筒壁厚 地运算 . 214.1.6 气缸输出拉力地校核. 224.1.7 耗气量地运算 . 22 4.2 导杆机构地设计 . 23

16、6 结论与展望 . 24 致谢 . 25 参考文献 . 29名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1 绪论1.1 前言和意义机械手是在自动化生产过程中使用地一种具有抓取和移动工件功能地自动扮装置,它是在机械化、自动化生产过程中进展起来地一种新型装置 险、重复枯燥地工作,减轻人类劳动强度,提高劳动生产力.机械手能代替人类完成危 .机械手越来越广泛地得到了应用,在机械行业中它可用于零部件组装,加工工件地搬运、装卸,特殊是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍 置,结构紧凑,而且适应性很强.它适应于中、小批量生产,可以节约巨

17、大地工件输送装 .目前我国地工业机器人技术及其工程应用地水平和国外比仍有肯定地距离,应用规模和产业化水平低,机械手地讨论和开发直接影响到我国自动化生产水平地提高,从经济上、技术上考虑都是特别必要地 设计是特别有意义地 .因此,进行机械手地讨论目前,在国内很多工厂地生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成,劳动强度大、生产效率低 .为了提高生产加工地工作效率 ,降低成本 ,并使生产线进展成为柔性制造系统 , 适应现代自动化大生产 ,针对具体生产工艺 ,利用机器人技术,设计用一台装卸机械手代替人工工作,以提高劳动生产率.通过对机械设计制造及其自动化专业高校本科四年地所学学问进行整合,完成一个特定功能、

18、特殊要求地上下料机械手地设计,能够比较好地体 现机械设计制造及其自动化专业毕业生地理论讨论水平,实践动手才能以及专业精神和 态度,具有较强地针对性和明确地实施目标,能够实现理论和实践地有机结合 .本机械手主要与数控车床（数控铣床,加工中心等）组合最终形成生产线,实现加工过程（上料、加工、下料）地自动化、无人化.目前,我国地制造业正在快速进展,越来越多地资金流向制造业,越来越多地厂商加入到制造业 .本设计能够应用到加工工厂车间,满意数控机床以及加工中心地加工过程安装、卸载加工工件地要求,从而减轻工人劳动强度,节约加工帮助时间,提高生产效率和生产力 .1.2 工业机械手地简史现代工业机械手起源于

19、20 世纪 50 岁月初,具有多自由度动作功能地柔性自动化产品 . 机械手第一是从美国开头研制地 .1958 年美国联合掌握公司研制出第一台机械手 .他地结构是：机体上安装一回转长臂,端部装有电磁铁地工件抓放机构 .1962 年,美国机械铸造公司在上述方案地基础之上又试制成一台数控示教再现型机械手 .商名为 Unimate即万能自动 .运动系统仿造坦克炮塔,臂回转、俯仰,用液压驱动；掌握系统用磁鼓最储备装置.不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上进展起来地.同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司（Unimaton）,特地生产工业机械手 .1962 年美国机械铸造公司也试验胜利一种叫 Ver

20、satran机械手,原意是敏捷搬运 .该机械手地中心立柱可以回转,臂可以回转、升降、伸缩、采纳液压驱动,掌握系统也是示教再现型 .虽然这两种机械手显现在六十岁月初,但都是国外工业机械手进展地基础 .1978 年美国 Unimate 公司和斯坦福高校、麻省理工学院联合研制一种 Unimate-Vic-arm 型工业机械手,装有小型电子运算机进行掌握,用于装配作业,定位误差可小于1毫 M.名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 美国仍特别留意提高机械手地牢靠性,改进结构,降低成本 .如 Unimate 公司建立了 8年机械手

21、试验台,进行各种性能地试验.预备把故障前平均时间（注：故障前平均时间是指一台设备牢靠性地一种量度.它给出在第一次故障前地平均运行时间）,由400 小时提高到 1500 小时,精度可提高到 0.1毫 M.德国机器制造业是从 1970 年开头应用机械手,主要用于起重运输、焊接和设备地上下料等作业 .德国 KnKa 公司仍生产一种点焊机械手,采纳关节式结构和程序掌握 .瑞士 RETAB 公司生产一种涂漆机械手,采纳示教方法编制程序 . 瑞典安莎公司采纳机械手清理铸铝齿轮箱毛刺等 . 日本是工业机械手进展最快、应用最多地国家.自 1969 年从美国引进二种典型机械手后,大力讨论机械手地讨论 .据报道,

22、 1979 年从事机械手地讨论工作地大专院校、讨论单位多达 50 多个 .1976 年个高校和国家讨论部门用在机械手地讨论费用 42%.1979 年日本机械手地产值达 443 亿日元,产量为 14535 台.其中固定程序和可变程序约占一半,达 222亿日元,是 1978 年地二倍 .具有记忆功能地机械手产值约为 67 亿日元,比 1978 年增长50%.智能机械手约为 17 亿日元,为 1978 年地 6 倍.截止 1979 年,机械手累计产量达56900 台.在数量上已占世界首位,约占 70%,并以每年 50%60%地速度增长 .使用机械手最多地是汽车工业,其次是电机、电器.估计到 1990

23、 年将有 55 万机器人在工作 .其次代机械手正在加紧研制 .它设有微型电子运算机掌握系统,具有视觉、触觉能力,甚至听、想地才能 .讨论安装各种传感器,把感觉到地信息反馈,使机械手具有感觉机能 .目前国外已经显现了触觉和视觉机械手 .第三代机械手（机械人）就能独立地完成工作过程中地任务 .它与电子运算机和电视设备保持联系 .并逐步进展成为柔性制造系统FMSFlexible Manufacturing system和柔性制造单元 Flexible Manufacturing Cell 中重要一环 .随着工业机器手（机械人）讨论制造和应用地扩大,国际性学术沟通活动特别活跃,欧美各国和其他国家学术沟

24、通活动开展很多 .1.3 国内外讨论现象和趋势 目前,在国内外各种机器人和机械手地讨论成为科研地热点,其讨论地现状和大体趋势如下：（1）机械结构向模块化、可重构化进展.例如关节模块中地伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机 .（2）工业机器人掌握系统向基于PC 机地开放型掌握器方向进展,便于标准化、网络化；器件集成度提高,掌握柜日见小巧,且采纳模块化结构；大大提高了系统地牢靠 性、易操作性和可修理性 .（3）机器人中地传感器作用日益重要,除采纳传统位置置、速度、加速度等传感器 外,装配、焊接机器人仍应用了视觉、力觉等传感器,而遥控机器人就采纳视觉、声

25、 觉、力觉、触觉等多传感器地融合技术来进行决策掌握；多传感器融合配置技术成为智 能化机器人地关键技术 .名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - （5）关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机器人产品标准化、通用化、模块化、系列化设计；柔性仿形喷涂机器人开发,柔性仿形复合机构开发,仿形伺服轴轨迹规划 讨论,掌握系统开发；（6）焊接、搬运、装配、切割等作业地工业机器人产品地标准化、通用化、模块 化、系列化讨论；以及离线示教编程和系统动态仿真 .总地来说,大体是两个方向：其一是机器人地智能化,多传感器、多掌握器,先进 地掌握算法

26、,复杂地机电掌握系统；其二是与生产加工相联系,满意相对具体地任务地 工业机器人,主要采纳性价比高地模块,在满意工作要求地基础上,追求系统地经济、简洁、牢靠,大量采纳工业掌握器,市场化、模块化地元件 .1.4 设计原就在设计之前,必需要有一个指导原就.这次毕业设计地设计原就是：以任务书所要求地具体设计要求为根本设计目标,充分考虑机械手工作地环境和工艺流程地具体要求 .在满意工艺要求地基础上,尽可能地使结构简练,尽可能采纳标准化、模块化地通用元配件,以降低成本,同时提高牢靠性.本着科学经济和满意生产要求地设计原就,同时也考虑本次设计是毕业设计地特点,将高校期间所学地学问,如机械设计、机械原理、液压

27、、气动、电气传动及掌握、传感器、可编程掌握器（PLC）、电子技术、自动掌握、机械系统仿真等学问尽可能多地综合运用到设计中,使得经过本次设计对高校阶段地学问 得到巩固和强化,同时也考虑个人才能水平和时间地客观实际,充分发挥个人能动性,名师归纳总结 脚踏实地,实事求是地做好本次设计.第 11 页,共 36 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 2 数控车床上下工件机械手地总体设计2.1 技术要求数控车床要实现自动化,可设计特地地上下料装置,但是要实现上下料地柔性化,机械手就是其最好地组合 .随着机器人学科地进展,机器人在某些方面可以代替人地工作,特殊是一些高强度地工作,甚至仍具备了肯定地学习功能.数控车床与机械手地结合是现代制造业进展地一个挑选,它是实现一个人操作多台车床,实现生产效率进一步提 高地有效途径 .随着现代工业地进展和竞争地加剧,对加工效率提出了新地要求,数控车床工件装卸自动化就成为当前制造厂家对机床地重要需求之一.为了满意用户地需求,当前中国地机床制造厂开头在部分数控车床上配置工件自动上下料机械手 .但假如采纳伺服电机驱动和掌握其成本高、结构复杂、速度慢、工作效率较低；假如采