畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論 文) 題目 非標(biāo)組合機(jī)床自動(dòng)上下料機(jī)械手設(shè)計(jì) 系部姓名指導(dǎo) 年 04 月 15 日 摘要在如今大規(guī)模生產(chǎn)制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，減少人工成本，普遍重視生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化程度，因此工業(yè)機(jī)械手已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，這種新型技術(shù)發(fā)展迅速，逐漸成為一門新興的學(xué)科機(jī)械手工程，在機(jī)械行業(yè)中，機(jī)械手越來越廣泛的得到應(yīng)用，它可用于零部件的組裝、加工、工件的搬運(yùn)、包裝與裝卸等，特別是在自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床和組合機(jī)床上使用更為普遍。實(shí)踐證明，工業(yè)機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動(dòng)，顯著減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運(yùn)和長(zhǎng)期頻繁、單調(diào)的操作，采用機(jī)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(jìn)行操作，更顯示其優(yōu)越性。本論文主要是設(shè)計(jì)空調(diào)沖六方孔組合機(jī)床上的機(jī)械手，用于非標(biāo)組合機(jī)床自動(dòng)上料和下料，減少人工勞動(dòng)力。本論文將設(shè)計(jì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，并選擇合適的驅(qū)動(dòng)方式。該裝置主要組成部分有：伺服電機(jī)、伺服滑臺(tái)、氣缸、氣動(dòng)手指、取料桿、滑臺(tái)支架等部件組成。機(jī)械手的主要工作就是通過伺服電機(jī)控制滑臺(tái)左右、前后移動(dòng)，滑臺(tái)控制料盤左右移動(dòng)，氣缸和氣動(dòng)手指控制取料桿做伸縮運(yùn)動(dòng)由此來抓取零件。關(guān)鍵詞：機(jī)械手 伺服 組合機(jī)床 AbstractIn 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. Manipulators 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(jī)械手的分類21.2 工業(yè)機(jī)械手的組成31.3 工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用5 1.4 工業(yè)機(jī)械手的技術(shù)發(fā)展方向72、機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì)9 2.1 方案分析92.2工作要求92.3總體技術(shù)方案113、機(jī)械手三維建模設(shè)計(jì)123.1重要部件設(shè)計(jì)123.2三維總建模174、 機(jī)械手拆畫二維圖紙（圖紙見附件）18結(jié)論18論文總結(jié).19致謝20參考文獻(xiàn)21緒 論機(jī)械工業(yè)是國(guó)民的裝備部，是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民提供耐用消費(fèi)品的產(chǎn)業(yè)，不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機(jī)械設(shè)備。機(jī)械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益有很大的和直接的影響。機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要指標(biāo)。因此，世界各國(guó)都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國(guó)經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，工業(yè)機(jī)械手的工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支，它的特點(diǎn)是通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性，機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置，在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)化生產(chǎn)線中，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)和勞動(dòng)，不知疲勞，不懼危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手大的特點(diǎn)，因此機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛的得到了應(yīng)用。機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)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(jī)器的進(jìn)化過程產(chǎn)物，它是工 業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備。 機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)，機(jī)械學(xué)，電氣液壓技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)，傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨多種學(xué)科的綜合技術(shù)。機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可用來搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。1.1 工業(yè)機(jī)械手的分類目前，我國(guó)對(duì)工業(yè)機(jī)械手尚無統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)。一般可按機(jī)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(yùn)的工件重量）分類1）微型的搬運(yùn)重量在1kg以下。2）小型的搬運(yùn)重量在10kg以下。3）中型的搬運(yùn)重量在50kg以下。4）大型的搬運(yùn)重量在500kg以下。目前大多數(shù)工業(yè)機(jī)械手能搬運(yùn)的重量為1-30kg。最小的為0.5kg，最大的已達(dá)800kg。1.1.2 按功能分類1） 簡(jiǎn)易型工業(yè)機(jī)械手 有固定程序和可變程序兩種。固定程序有凸輪轉(zhuǎn)鼓或擋塊轉(zhuǎn)鼓控制，可變程序用插銷板或轉(zhuǎn)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(jī)械手多為氣動(dòng)或液動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，改變程序較容易。只適用于程序較簡(jiǎn)單的點(diǎn)位控制，但作為一般單服務(wù)的搬運(yùn)作業(yè)已足夠。所以，目前這種工業(yè)機(jī)械手?jǐn)?shù)量最多。2） 記憶再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)械手 這種工業(yè)機(jī)械手有人工通過示教裝置領(lǐng)動(dòng)一遍，有記憶元件（如磁盤、磁帶或存儲(chǔ)器）把程序記錄下來，以后機(jī)械手就自動(dòng)按記憶的程序重復(fù)進(jìn)行循環(huán)動(dòng)作。這是采用較多的一種，多為電液伺服驅(qū)動(dòng)。與前者相比較，有較多的自由度，能進(jìn)行程序較復(fù)雜的作業(yè)，通用性較強(qiáng)。3） 計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的工業(yè)機(jī)械手 可通過更換穿孔帶或其它記憶介質(zhì)來改變工業(yè)機(jī)械手的動(dòng)作程序，還可以進(jìn)行多機(jī)控制（DNC）。計(jì)算機(jī)可以是可編程序控制器或微型計(jì)算機(jī)。4） 智能工業(yè)機(jī)械手 有計(jì)算機(jī)通過各種傳感元件等進(jìn)行控制，具有視覺、熱覺、觸覺、行走機(jī)構(gòu)等。1.1.3 按用途分類1）專用機(jī)械手 附屬于主機(jī)的，具有固定的程序而無獨(dú)立的控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。這種機(jī)械手工作對(duì)象不變，動(dòng)作固定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用可靠，適用于成批、大量生產(chǎn)的生產(chǎn)自動(dòng)線或?qū)C(jī)作為自動(dòng)上、下料用。2）通用機(jī)械手 具有獨(dú)立控制系統(tǒng)、程序可變、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。通用機(jī)械手的工作范圍大，定位精度高，通用性強(qiáng)，使用于工件經(jīng)常變換的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)。1.2 工業(yè)機(jī)械手的組成工業(yè)機(jī)械手是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)和檢測(cè)裝置所組成的，各部分關(guān)系如圖（1.1）所示，機(jī)械手的組成示意圖如圖（1.2）所示。圖1.1 工業(yè)機(jī)械手組成框圖圖1.2 工業(yè)機(jī)械手組成示意圖1手指 2手部 3手腕回轉(zhuǎn)液壓缸 4導(dǎo)向桿 5手臂伸縮液壓缸6手臂回轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī) 10液壓泵 11油箱1.2.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由抓取部分（手部）、腕部、臂部和行走機(jī)構(gòu)等運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn)型或平移型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單）。手爪多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式或內(nèi)抓式兩種；也可用負(fù)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(jī)構(gòu)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(diào)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(dòng)手指去抓取物體，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到給定的位置。手臂有兩個(gè)個(gè)自由度，可采用直角坐標(biāo)系（前后、上下、左右都是直線），圓柱坐標(biāo)系（前后、上下直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和左右旋轉(zhuǎn)），球坐標(biāo)系（前后伸縮、上下擺動(dòng)和左右旋轉(zhuǎn)）和多關(guān)節(jié)（手臂能任意伸縮）四種方式。直角坐標(biāo)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(shù)較少時(shí)用之。圓柱坐標(biāo)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(biāo)式和多關(guān)節(jié)式占用空間小，工作范圍較大，慣性小，所需動(dòng)力小，能抓取底面物體，多關(guān)節(jié)還可以繞障礙物選擇途徑，但多關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，所以也不多用。目前常用的是球坐標(biāo)式和圓柱坐標(biāo)式的工業(yè)機(jī)械手。（4）行走機(jī)構(gòu) 有的工業(yè)機(jī)械手帶有行走機(jī)構(gòu)。1.2.2驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)有氣動(dòng)、液動(dòng)、伺服電動(dòng)和機(jī)械式四種形式。氣動(dòng)式速度快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。采用點(diǎn)位控制或機(jī)械擋塊定位控制時(shí)，有較高的重復(fù)定位精度，但臂力一般在300N以下。液動(dòng)式的臂力可達(dá)1000N以上，且可用電液伺服機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，使工業(yè)機(jī)械手的用途和通用性更廣，定位精度一般在1mm范圍內(nèi)。目前常用的是氣動(dòng)和液動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式。電動(dòng)式用于小型，機(jī)械式只用于動(dòng)作簡(jiǎn)單的場(chǎng)合。1.2.3控制系統(tǒng)有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位程序控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計(jì)算機(jī)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(biāo)位置，并注意其加速度特性。1.2.4基體（機(jī)身）基體是整個(gè)機(jī)械手的基礎(chǔ)。1.3 工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用極為廣泛，可以歸納為以下一些方面。1.3.1建造旋轉(zhuǎn)體零件（軸類、盤類、環(huán)類）自動(dòng)線一般都采用機(jī)械手在機(jī)床之間傳送工件。國(guó)內(nèi)已建成的這類自動(dòng)線很多，如沈陽(yáng)水泵廠的深井泵軸承體加工自動(dòng)線（環(huán)類），大連電機(jī)廠的4號(hào)和5號(hào)電動(dòng)機(jī)軸加工自動(dòng)線（軸類），上海拖拉機(jī)齒輪廠的齒柸加工自動(dòng)線（盤類）等。加工箱體類零件的組合機(jī)床自動(dòng)線，一般采用隨行夾具傳送工件，也有采用機(jī)械手的，如上海動(dòng)力機(jī)廠的氣缸蓋加工自動(dòng)線轉(zhuǎn)位機(jī)械手。1.3.2在實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化方面（1）各類半自動(dòng)車床，有自動(dòng)夾緊、進(jìn)刀、切削、退刀和松開的功能，但仍需人工上下料；裝上機(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)，一人看管多臺(tái)機(jī)床。目前，機(jī)械手在這方面應(yīng)用最多，如上海柴油機(jī)廠的曲拐自動(dòng)車床和座圈自動(dòng)車床機(jī)械手，大連第二機(jī)床廠的自動(dòng)循環(huán)液壓仿形車床機(jī)械手，沈陽(yáng)第三機(jī)床廠的Y38滾齒機(jī)械手，青海第二機(jī)床廠的滾齒花鍵機(jī)床機(jī)械手等。由于這方面使用已有成熟的經(jīng)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)一些機(jī)床廠已在這類機(jī)床產(chǎn)品出廠時(shí)就附上機(jī)械手，或?yàn)橛脩糇孕邪惭b機(jī)械手提供條件。（2）注塑機(jī)有加料、合模、成型、分模等自動(dòng)工作循環(huán)，裝上機(jī)械手自動(dòng)裝卸工件，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)。（3）沖床有自動(dòng)上下料沖壓循環(huán)，裝上機(jī)械手上下料，可實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化。目前機(jī)械手在沖床上應(yīng)用有兩個(gè)方面：一是160t以上的沖床用機(jī)械手的較多。如沈陽(yáng)低壓開關(guān)廠200t沖床磁力起動(dòng)器殼體下料機(jī)械手和天津拖拉機(jī)廠400t沖床的下料機(jī)械手等；一是用于多工位沖床，用作沖壓件工位間步進(jìn)，如上海第二汽車配件廠的燈殼沖壓生產(chǎn)線機(jī)械手（生產(chǎn)線中有兩臺(tái)多工位沖床）和天津二輕局技術(shù)研究所制作的12t和40t多工位沖床機(jī)械手等。1.3.3鑄、鍛、焊、熱處理等加工方面在模鍛方面，國(guó)內(nèi)大批量生產(chǎn)的3t、5t、10t模鍛錘，其所配的轉(zhuǎn)底爐，用兩只機(jī)械手成一定夾角布置在爐前，實(shí)現(xiàn)進(jìn)出料自動(dòng)化。上海柴油機(jī)廠、北京內(nèi)燃機(jī)廠、洛陽(yáng)拖拉機(jī)廠等已有較成熟的經(jīng)驗(yàn)?？偟膩碚f，工業(yè)機(jī)械手滿足了社會(huì)生產(chǎn)的需要，其特點(diǎn)是：（1）對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，能代替人從事危險(xiǎn)、有害的操作，在長(zhǎng)時(shí)間工作對(duì)人體有害的場(chǎng)所，機(jī)械手不受影響，只要跟據(jù)工作環(huán)境進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)，機(jī)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(xiǎn)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(qiáng)烈紫外線照射的電弧焊接等作業(yè)中，推廣工業(yè)機(jī)械手或機(jī)器人。（2）由于機(jī)械手的動(dòng)作準(zhǔn)確，因?yàn)榭梢苑€(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)又可以避免人為的操作錯(cuò)誤。（3）機(jī)械手能持久、耐勞，可以把人從繁重單調(diào)的勞動(dòng)中解放出來，并能擴(kuò)大和延伸人得功能。人在連續(xù)工作幾小時(shí)后，總會(huì)感到疲勞或厭倦，而機(jī)械手只要注意維護(hù)、檢修，即能勝任長(zhǎng)時(shí)間的單調(diào)重復(fù)勞動(dòng)。（4）機(jī)械手特別是通用工業(yè)機(jī)械手的通用性，靈活性好，能較好的適應(yīng)產(chǎn)品品種的不斷變化，以滿足柔性生產(chǎn)的需要。這是因?yàn)闄C(jī)械手動(dòng)作程序和運(yùn)動(dòng)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(nèi)容的可能，在中、小批量的自動(dòng)化生產(chǎn)中，最能發(fā)揮其作用。（5）采用機(jī)械手能明顯地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低成本。1.4 工業(yè)機(jī)械手的技術(shù)發(fā)展方向現(xiàn)在工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用簡(jiǎn)況：在現(xiàn)在工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過程已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。因此，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。有資料統(tǒng)計(jì)：美國(guó)偏重于毛坯的生產(chǎn)。日本偏重于機(jī)械加工。隨著機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用的對(duì)象還有所改變。機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動(dòng)條件。國(guó)內(nèi)機(jī)械手工業(yè)，鐵路工業(yè)中首先在單機(jī)、專機(jī)上采用機(jī)械手上下料。減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。國(guó)外鐵路工業(yè)中應(yīng)用機(jī)械手以加工鐵路車軸、輪等大、中批零件。并和機(jī)床組合成一個(gè)綜合的數(shù)控系統(tǒng)。采用機(jī)械手進(jìn)行裝配更是現(xiàn)在研究的重點(diǎn)，國(guó)外已研究采用攝像機(jī)和力傳感裝置和微型計(jì)算機(jī)連在一起，能確定零件的方位達(dá)到鑲裝的目的。國(guó)內(nèi)外實(shí)際上使用的定位控制的機(jī)械手，沒有“視覺”和“觸覺”反饋。目前，世界各國(guó)正積極研制帶有“視覺”和“觸覺”的工業(yè)機(jī)械手，使它能對(duì)所抓取的工件進(jìn)行分辨，選取所需要的工件，并正確地夾持工件，進(jìn)而精確地在機(jī)器中定位、定向。為使機(jī)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(gè)視圖方向的視覺信息，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)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(cè)把握物體手臂的變形，以決定適當(dāng)?shù)奈樟Γ涣硪环N是直接檢測(cè)指部與物體的滑動(dòng)位移，來修正握力。因此，這種機(jī)械手就具有以下幾個(gè)方面的性能：（1）能準(zhǔn)確地抓住方位變化的物體。（2）能判斷對(duì)象的重量。（3）能自動(dòng)避開障礙物。（4）抓空或抓力不足時(shí)能檢測(cè)出來。這種具有感知能力并能對(duì)感知的信息作出反應(yīng)的工業(yè)機(jī)械手稱為智能機(jī)械手，它是具有發(fā)展前途的。現(xiàn)在，工業(yè)機(jī)械手的使用范圍只限于在簡(jiǎn)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(xiǎn)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(fèi)工的工業(yè)部門，機(jī)械手的應(yīng)用情況決不能說是很好的。雖然這些工業(yè)部門工時(shí)不足的問題很尖銳，但采用機(jī)械手只限于一小部分工序。其原因之一是，工業(yè)機(jī)械手的性能還不能滿足這些部門的要求，適于機(jī)械手工作的范圍很狹小。另外經(jīng)濟(jì)性問題當(dāng)然也很重要，采用機(jī)械手來節(jié)約人力從經(jīng)濟(jì)上看不一定總是合算的。然而，利用機(jī)械手或類似機(jī)械設(shè)備節(jié)省人力和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)合理化的要求，今后還會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，只要技術(shù)方面和價(jià)格方面存在的問題獲得解決，機(jī)械手的應(yīng)用必將會(huì)飛躍發(fā)展。2 機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì)2.1 方案分析根據(jù)客戶所加工的零件圖紙?jiān)O(shè)計(jì)機(jī)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(duì)機(jī)械手的應(yīng)用，為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)越少越好，因此只需要三個(gè)自由度就可以達(dá)到工作要求，根據(jù)機(jī)床的整體尺寸選好機(jī)械手的坐標(biāo)平面，坐標(biāo)空間有限，所以采取料盤料（需人工排料），且在后期的調(diào)試與維修中不需要拆卸整個(gè)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(shù)據(jù)（主要參數(shù)）：1. 抓重： 0.2N2. 自由度： 3個(gè)3. 標(biāo)形式： 直角坐標(biāo)4. 手指氣缸參數(shù)：夾持范圍：六方孔外圓10mm，如圖2-1；手指氣缸行程：8mm;夾緊量：2mm5. 料盤可裝工件數(shù)：225件6. 驅(qū)動(dòng)方式：伺服、氣動(dòng)7. 定位精度： 1mm8. 控制方式：可編程控制9. 手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)：運(yùn)動(dòng)名稱符 號(hào)行程范圍速 度左右X250小于250mm/s前后Y450小于250mm/s伸縮Z小于250mm/s 10. 松開時(shí)的兩爪的最大距離為16mm，0.2s夾緊，夾緊速度小于250mm/s 圖2-12.2.2 動(dòng)作分析機(jī)械手的工作流程：常態(tài)運(yùn)行時(shí)伺服電機(jī)（1）驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠滑臺(tái)（1）定位X坐標(biāo)，伺服電機(jī)（2）驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿滑臺(tái)（2）定位Y坐標(biāo)，手臂氣缸（3）和手臂氣缸（4）伸長(zhǎng)定位Z坐標(biāo)，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(tái)（2）運(yùn)行一個(gè)位置，手臂氣缸（4）伸長(zhǎng)，手指氣缸（6）夾緊抓取毛坯，手臂氣缸（4）收縮歸位，滑臺(tái)（2）運(yùn)行到夾具，手臂氣缸（4）伸長(zhǎng)，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(tái)（2）運(yùn)行一個(gè)位置，手臂氣缸（3）伸長(zhǎng)，手指氣缸（5）張開放下毛坯，手臂氣缸（3）收縮歸位，滑臺(tái)（2）運(yùn)行歸位至料盤位置，滑臺(tái)（1）運(yùn)行一個(gè)位置（矩陣式料盤，每加工完一列零件滑臺(tái)（1）運(yùn)行一個(gè)位置），依次循環(huán)以上步驟2.2.3 系統(tǒng)組成 本次設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)械手是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成的，其中執(zhí)行機(jī)構(gòu)有手指氣缸，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有伺服與氣動(dòng)，控制系統(tǒng)為PLC可編程控制器。2.3 總體技術(shù)方案畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的就是要把我們所學(xué)的比較分散的知識(shí)綜合起來，并且靈活地進(jìn)行運(yùn)用，目前社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)是機(jī)電一體化，因此，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)是要將“機(jī)”“電”“氣”三者結(jié)合起來。2.3.1 重要部件料盤：本論文設(shè)計(jì)的料盤為矩陣式料盤，此料盤總共可以排放225個(gè)零件，每個(gè)零件的中心距為15mm,料盤每次移動(dòng)通過伺服滑臺(tái)和伺服電機(jī)來控制，零件以S型的運(yùn)動(dòng)形式進(jìn)行自動(dòng)上下料，料盤每次移動(dòng)的距離為15mm，在機(jī)床正常運(yùn)行時(shí)，首先需要人工進(jìn)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(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用伺服電機(jī)。手部：包括2個(gè)氣動(dòng)手指和兩個(gè)取料桿，其工作原理：料盤移動(dòng)到位后，手臂控制氣動(dòng)手指向下移動(dòng)，氣動(dòng)手指控制取料桿進(jìn)行抓料和送料，當(dāng)零件進(jìn)入取料桿后，氣缸再次控制氣動(dòng)手指將零件夾緊，零件的夾緊量為2mm。氣缸往上伸縮到達(dá)一定位置時(shí)滑臺(tái)移動(dòng)將其所抓取的零件送到夾爪中或料盤中。手臂：包含2個(gè)手臂氣缸，手臂氣缸由伺服電機(jī)和伺服滑臺(tái)做基礎(chǔ)平臺(tái)，控制其上下伸縮移動(dòng)。2.3.2外購(gòu)部件1.上海云永伺服滑臺(tái) 110S 行程450 絲桿20202件2. 松下MSME 350W 伺服電機(jī)2件3.亞德客氣缸TN16*30-S2件4.氣動(dòng)手指HFZ162件 3 機(jī)械手的三維建模設(shè)計(jì) 3.1 重要部件設(shè)計(jì)夾具設(shè)計(jì)：根據(jù)工件外觀特點(diǎn)，與機(jī)床夾具夾緊方式，考慮到料盤工件擺放，最終確定用氣動(dòng)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(shè)計(jì)：根據(jù)機(jī)床整體參數(shù)和客戶的要求設(shè)計(jì)矩陣式料盤的大小，將料盤的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為241mm,寬度為241mm,料盤的高度根據(jù)所加工零件的高度來設(shè)計(jì)，同時(shí)也為了我司機(jī)床的美觀性，將料盤的高度設(shè)計(jì)為34mm,零件所伸出的高度要根據(jù)機(jī)床夾具的中心高要平齊，方便取料桿送料與排料；料盤的內(nèi)孔根據(jù)機(jī)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(nèi)孔為10mm,根據(jù)料盤的整體尺寸與內(nèi)孔的尺寸，將加工的零件排列在料盤中，每個(gè)零件中間的中心距為15mm,可以放置225個(gè)工件。為了方便客戶裝卸料盤，在料盤的一側(cè)設(shè)計(jì)把手，此把手可根據(jù)我所設(shè)計(jì)的尺寸到市場(chǎng)采購(gòu)，本料盤可以多設(shè)計(jì)幾個(gè)供客戶排料第一個(gè)料盤中的零件加工完后，客戶可直接放上第二個(gè)料盤，既節(jié)約時(shí)間又可為客戶提高產(chǎn)值。圖3.1.2滑臺(tái)支架設(shè)計(jì)：滑臺(tái)支架的尺寸需要根據(jù)料盤、伺服絲桿、滑臺(tái)的尺寸最終來確定滑臺(tái)支架的高度，總體的高度需要根據(jù)機(jī)床夾具的中心高而定。在機(jī)床的整體設(shè)計(jì)中需要計(jì)算出夾具中零件的定位尺寸到機(jī)床床身的距離，距離為320mm,在料盤設(shè)計(jì)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(jī)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(shè)計(jì)需要根據(jù)料盤的尺寸和滑臺(tái)上面的螺紋孔來設(shè)計(jì)，托板中間的螺紋孔要和滑臺(tái)上面的螺紋孔相配合來定位料盤與滑臺(tái)之間的相對(duì)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(shè)計(jì)托板的高度為12mm,長(zhǎng)度和寬度為240mm。外購(gòu)的滑臺(tái)和絲桿的總體高度為78mm,在機(jī)床的底座還需要設(shè)計(jì)調(diào)整墊板來固定底座與滑臺(tái)支架，調(diào)整墊板的設(shè)計(jì)高度為10mm,因此滑臺(tái)支架的高度為193mm。外購(gòu)絲桿的寬度為110mm,支架是為了支撐滑臺(tái)，因此將支架的寬度設(shè)計(jì)為120mm,每邊留出5mm的余量，支架的長(zhǎng)度根據(jù)絲桿的長(zhǎng)度和機(jī)床整體尺寸來設(shè)計(jì)，最終的長(zhǎng)度為420mm,此滑臺(tái)支架的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)：取料桿的設(shè)計(jì)需要根據(jù)氣動(dòng)手指、氣缸、滑臺(tái)和絲桿的位置來設(shè)計(jì)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(zhǎng)度根據(jù)機(jī)床的整體尺寸來定 ，在設(shè)計(jì)絲桿的位置時(shí)一定要注意兩臺(tái)絲桿滑臺(tái)的垂直度。兩個(gè)氣缸需要用L型板來定位，分別固定在滑臺(tái)和氣缸上，保證氣缸的穩(wěn)定性。氣缸與氣動(dòng)手指之間需要用矩形板固定，保證氣缸與氣動(dòng)手指之間的平行度，最重要的就是取料桿的設(shè)計(jì)，我所設(shè)計(jì)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(zhǎng)度根據(jù)機(jī)床的整體尺寸來定。取料桿的外形根據(jù)氣動(dòng)手指的形狀來設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì)方案最直觀的展現(xiàn)，更加利于理解，便于分析方案的合理性，直觀的反應(yīng)機(jī)構(gòu)的剛性，容易查找薄弱的零部件，還可以模擬機(jī)構(gòu)運(yùn)行，更進(jìn)一步的分析方案的合理性。 4 機(jī)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(jié)構(gòu)是否合理、是否存在干涉等等，拆畫二維圖時(shí)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(jī)加工，還有是否方便現(xiàn)場(chǎng)裝配、調(diào)試，最終完成的圖紙，要再仔細(xì)審核一遍，是否達(dá)到工作要求，有無紕漏，若發(fā)現(xiàn)問題要及時(shí)改正。(圖紙見附件)結(jié) 論經(jīng)過一番的努力，我順利完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)，對(duì)機(jī)械手的設(shè)計(jì)過程有了一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)，特別是對(duì)簡(jiǎn)單的自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)有了深刻的了解。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)所學(xué)知識(shí)的一次綜合應(yīng)用，它涉及到機(jī)械制圖、機(jī)械制造技術(shù)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械裝備設(shè)計(jì)、互換性和測(cè)量技術(shù)、電子信息技術(shù)等多門課程的內(nèi)容，使我對(duì)知識(shí)的綜合知識(shí)的運(yùn)用有了很大的提高。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我大學(xué)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了綜合，對(duì)我運(yùn)用知識(shí)的能力有了很大提高，特別是培養(yǎng)了我理論結(jié)合實(shí)際的作風(fēng)，改變了我以前設(shè)計(jì)不切合實(shí)際的想法，很多設(shè)計(jì)力求標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。第六章 論文總結(jié) 這是我們即將離開學(xué)院走上工作崗位之前對(duì)所學(xué)各課進(jìn)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(xiàn)問題、思考問題解決問題的能力，并培養(yǎng)認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶I(yè)精神為以后參加國(guó)家的工業(yè)化建設(shè)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)，為早日實(shí)現(xiàn)國(guó)家的現(xiàn)代化貢獻(xiàn)一份力量。 機(jī)械制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè),關(guān)系到一個(gè)國(guó)家的綜合國(guó)力?，F(xiàn)代制造業(yè)已發(fā)生了巨大的變化,特別是由于中國(guó)有著巨大的市場(chǎng)潛力和勞動(dòng)力資源,我國(guó)正日益成為全世界機(jī)械制造業(yè)的中心。隨著經(jīng)濟(jì)全球化和金融危機(jī)的影響,與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,我國(guó)機(jī)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(shè)備加工，三通或四通以上閥體類零件加工較為復(fù)雜，從毛坯到成品需經(jīng)多道加工工序，即需多臺(tái)機(jī)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(zhuǎn)運(yùn)，生產(chǎn)效率非常低下，工人勞動(dòng)強(qiáng)度很高，零件質(zhì)量還得不到保證，生產(chǎn)成本很高，企業(yè)承擔(dān)不起。所在實(shí)習(xí)企業(yè)立足于改變國(guó)內(nèi)閥體類零件加工行業(yè)的落后現(xiàn)狀，瞄準(zhǔn)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，獨(dú)立創(chuàng)新、自主研發(fā)ZDL系列閥體加工高效組合機(jī)床系列產(chǎn)品并取得突破性進(jìn)展，一臺(tái)多工位組合機(jī)床抵過去10-20臺(tái)儀表機(jī)床，只需一人簡(jiǎn)單操作，生產(chǎn)效率提高十多倍，減少三分之二的用電消耗，較傳統(tǒng)設(shè)備加工，節(jié)約占地面積四分之三，零件質(zhì)量顯著提高，是傳統(tǒng)設(shè)備的一次革命性進(jìn)步，其結(jié)構(gòu)先進(jìn)，性能可靠，高效節(jié)能，操作簡(jiǎn)單，完全滿足閥體等多種類型零件加工的質(zhì)量和高效率的要求，成功替代傳統(tǒng)設(shè)備和進(jìn)口設(shè)備，有力推動(dòng)家電等行業(yè)的發(fā)展和勞動(dòng)密集型企業(yè)實(shí)現(xiàn)減員增效。 多種組合機(jī)床產(chǎn)品以記住領(lǐng)先、質(zhì)量最優(yōu)、高效低耗、價(jià)格較低而牢牢占據(jù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)主導(dǎo)地位，代表了國(guó)內(nèi)小型組合機(jī)床產(chǎn)品的最高水平，超過了臺(tái)灣機(jī)床，并成功的代替進(jìn)口產(chǎn)品。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率已達(dá)60%。近年來開始進(jìn)入國(guó)內(nèi)柴油機(jī)、汽車、消防等新行業(yè)新市場(chǎng)，用于噴油泵體、配泵體、消防閥、汽車零件的大批大量生產(chǎn)。這里還涉及了自動(dòng)上下料裝置，自動(dòng)完成零件的裝夾加工，將工人從繁重的體力勞動(dòng)中徹底解放出來，一人多機(jī)，大幅度提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。 致 謝經(jīng)過對(duì)我司非標(biāo)組合機(jī)床認(rèn)知的情況下，我了解了空調(diào)六方孔組合機(jī)床機(jī)械手的設(shè)計(jì)過程，并對(duì)此進(jìn)行了畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)，在論文完成之際，我首先向關(guān)心、幫助和指導(dǎo)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(xué)的時(shí)光即將結(jié)束，回顧三年來的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，面對(duì)現(xiàn)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(xué)表示由衷的感謝!在論文的設(shè)計(jì)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(dǎo)老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)，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(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實(shí)的工作作風(fēng)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(duì)我的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)，再一次向他們表示衷心的感謝，感謝他們?yōu)閷W(xué)生營(yíng)造的濃郁學(xué)術(shù)氛圍，以及學(xué)習(xí)、生活上的無私幫助! 值此論文完成之際，謹(jǐn)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(shí)，更重要的是在閱讀、實(shí)踐中所培養(yǎng)的思維方式、表達(dá)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(xué)習(xí)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(gè)充滿溫馨的環(huán)境中度過三年的大學(xué)生活。感恩之情難以用言語(yǔ)量度，謹(jǐn)以最樸實(shí)的話語(yǔ)致以最崇高的敬意。 “長(zhǎng)風(fēng)破浪會(huì)有時(shí)，直掛云帆濟(jì)滄海?！边@是我最喜歡的詩(shī)句。就用這話作為這篇論文的一個(gè)結(jié)尾，也是一段生活的結(jié)束。希望自己能夠繼續(xù)追逐自己的夢(mèng)想，永不放棄。最后，衷心地感謝在百忙之中評(píng)閱論文和參加答辯的各位專家、教授! 參考文獻(xiàn) 1李超.氣動(dòng)通用上下料機(jī)械手的研究與開發(fā).陜西科技大學(xué).2003. 2陸祥生，楊繡蓮.機(jī)械手.中國(guó)鐵道出版社.1985.1. 3張建民.工業(yè)機(jī)械人.北京：北京理工大學(xué)出版社.1992. 4史國(guó)生.機(jī)械手步進(jìn)控制中的應(yīng)用.中國(guó)工控信息網(wǎng).2005.1. 6金茂青，曲忠萍，張桂華.國(guó)外工業(yè)機(jī)械人發(fā)展的態(tài)勢(shì)分析.機(jī)械人技術(shù)與應(yīng)用.2001. 7濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì).第七版.北京：高等教育出版社.2001.01. 8機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（新版）：第5卷.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004. - 21 -