鋸片磨床機械手

32-題目鋸片磨床機械手摘要本課題為解決在鋸片磨床或加工中心上鋸片上料和卸料，實現(xiàn)機床無人生產(chǎn)，根據(jù)所要抓取物料的特點及機械手所工作的環(huán)境設計鋸片磨床機械手，所設計的機械手是針對抓取鋸片等類似零件，要求能實現(xiàn)鋸片上料和下料的功能，并且要求結(jié)構(gòu)簡單，使該機械手設計成為此類（抓取薄鋸片零件）中最經(jīng)濟的機械手，它能改善工人的勞動條件，減輕工人的勞動強度，顯著地提高勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。綜合運用所學的基本理論、基本知識和相關的機械設計專業(yè)知識，擬定機械手的總體方案，完成機械手重要零件的選型、完成機械手驅(qū)動系統(tǒng)及基于PLC對機械手的控制。并繪制總裝圖和必要的零部件圖。關鍵詞：工業(yè)機械手結(jié)構(gòu)氣動控制系統(tǒng)AbstractThistopicistosolvethematterthatsawbladesareretrievinganddumpinginthesawbladegrinderormachiningcenter，sothemachinescanproductbythemselves.accordingtothetraitofthegrabbingmaterialsandtheenviromentwherethemagichandwork,wedesignthemagichandofsawblandgrinder.Themagichandtodesigndirecttowardgrabthesawbladepartsandtheanalogy.Thefuctionofthismagichandisretrievinganddumpingthesawblades.theStructureneedtobesimple.Thismagichandwewilldesignwillbethemostecomonicalhandinthehandofthegrabbingthesawbladeparts.itcanimprovetheworkingcondition,allievitetheworkingstrength,increasethelaborproductivitydramatically,speedupthepaceoftheindustrytomechanizeandautomate.Applycomprehensivlythebasictheories,basicknowledgeandrelatedmachinedesignprofessionknowledge,drafttheoverallscheme,completethetypeelectionoftheimportantpartinthemagichand,finishthedrivingsystemofthemagichand,andthePLC-basedtowadcontrolingthemagichand.Atlastfinishtheplanofthegeneralassemblydrawing,andthenecessarypartsdrawing.Keyword:IndustrymachinehandStructureThepneumaticControlsystem目錄畢業(yè)設計調(diào)研報告………………16引言………………161概述…………………………161.1工業(yè)機械手概述……………161.2國內(nèi)外發(fā)展狀況……………171.3機械手的組成………………191.4機械手的分類………………191.5機械手的意義………………192機械手總體設計………………………202.1機械手的設計分析…………202.2總體方案擬定………………212.3機械手主要技術性能參數(shù)……………

…223鋸片磨床機械手機械本體設計………243.1末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)設計…………………243.2機械手手臂結(jié)構(gòu)的設計…………………283.3機械手腰座結(jié)構(gòu)的設計…………………294機械手的驅(qū)動傳動部分………………294.1方案的確定………………294.2氣缸的選擇…………………325基于PLC對機械手控制系統(tǒng)的設計………………366設計體會……………42參考文獻…………………………43畢業(yè)設計調(diào)研報告隨著人類進入信息時代，以計算機為核心的信息技術迅速發(fā)展和廣泛應用，使傳統(tǒng)制造業(yè)發(fā)生了巨大變化。不論是傳統(tǒng)工業(yè)，還是高科技產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機械裝備，機械工業(yè)所生產(chǎn)裝備的性能、質(zhì)量和運用，對國家經(jīng)濟的發(fā)展和技術的進步有很大的影響。機械工業(yè)的規(guī)模和技術水平是衡量國家經(jīng)濟實力和科學技術水平的重要標志。因此，世界各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟的戰(zhàn)略重點之一。鋸片磨床機械手是鋸片生產(chǎn)企業(yè)為改善工人的勞動條件，減輕工人的勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，在鋸片磨床或加工中心上加工鋸片時配備機械手，實現(xiàn)鋸片的上料和下料，使一個工人操作多臺鋸片磨床成為可能。沒有配備機械手的磨床需要工人不停的跟換鋸片并且鋸片在加工時工人需要等待，浪費了勞動力，而在市場上，大量的機械手可以隨處購買，但是專業(yè)針對抓取鋸片的機械手并不多見，市場上的機械手多數(shù)是通用性，價格較昂貴，故設計一只針對抓鋸片的機械手是很有前景的。此機械手的設計加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐，并為專用機械手一族增貼一員。引言機械工業(yè)作為國家的基礎，國民經(jīng)濟的基礎，具有舉足輕重的地位。不論是傳統(tǒng)工業(yè)，還是高科技產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機械裝備，機械工業(yè)所生產(chǎn)裝備的性能、質(zhì)量和運用，對國家經(jīng)濟的發(fā)展和技術的進步有很大的影響。機械工業(yè)的規(guī)模和技術水平是衡量國家經(jīng)濟實力和科學技術水平的重要標志。因此，世界各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟的戰(zhàn)略重點之一。作為一名機械設計制造及其自動化專業(yè)的學生，畢業(yè)設計是我們教學實踐中的最后一個環(huán)節(jié)，也是最重要的一個環(huán)節(jié)。它綜合運用了大學四年內(nèi)所學的理論知識，并結(jié)合了具體的實際要求，使我能在設計過程中對四年的所學所知有了更進一步的掌握和理解，也為以后的工作奠定良好的基礎。我會盡自己最大的努力做好。1概述1.1工業(yè)機械手概述工業(yè)機械手（以下簡稱機械手）是近代自動控制領域中出現(xiàn)的一項新技術,并且成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分。機械手是一種能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。而可編程邏輯控制器(PLC)由于其具有的高可靠性、編程方便、易于使用和修改、易于擴展和維護、環(huán)境要求低、體積小巧、安裝測試方便等性能在工業(yè)控制中有著廣泛的應用。這種新技術發(fā)展很快逐漸形成一門新興的學科——機械手工程。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(chǎn)設備。工業(yè)機械手的是工業(yè)機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業(yè)任務，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)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(jīng)濟各領域有著廣闊的發(fā)展前景。機械手實物圖如下圖所示：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，是一門跨學科綜合技術。機械手的迅速發(fā)展是由于它的積極作用正日益為大家所認識：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機具進行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪音以及放射性和污染的場合，應用的更為廣泛。因而，受到各先進國家的重視，投入大量的人力物力加以研究和應用。在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機械工業(yè)部門的重視。1.2國內(nèi)外發(fā)展狀況

目前工業(yè)機械手主要用于機床加工、鑄造、熱處理等方面，無論數(shù)量、品種和性能方面還是不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要。在國內(nèi)主要是逐步擴大應用范圍，重點發(fā)展鑄造、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件，在應用專用機械手的同時，相應的發(fā)展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合機械手等。將機械手各運動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構(gòu)以及根據(jù)不同物料的夾緊機構(gòu)，設計成典型的通用機構(gòu)，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類型的運動機構(gòu)和夾緊機構(gòu)，即可組成不同用途的機械手。既便于設計制造，又便于更換工件，擴大應用范圍。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機械手的作用。此外還應大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機械手，并考慮與計算機連用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。在國外機械制造業(yè)中工業(yè)機械手應用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機床、橫鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。此外，國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時，即能更正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績。視覺功能即在機械手上安裝有電視照相機和光學測距儀（即距離傳感器）以及微型計算機。工作是電視照相機將物體形象變成視頻信號，然后送給計算機，以便分析物體的種類、大小、顏色和位置，并發(fā)出指令控制機械手進行工作。觸覺功能即是在機械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通過裝在手指內(nèi)的敏感元件來控制，達到自動調(diào)整握力的大小?？傊?，隨著傳感技術的發(fā)展機械手裝配作業(yè)的能力也將進一步提高。將機械手各運動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構(gòu)以及根據(jù)不同物料的夾緊機構(gòu)，設計成典型的通用機構(gòu)，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類型的運動機構(gòu)和夾緊機構(gòu)，即可組成不同用途的機械手。既便于設計制造，又便于更換工件，擴大應用范圍。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機械手的作用。本機械手是針對故抓取鋸片實現(xiàn)鋸片的上料和下料的專用機械手，是將機械手與柔性制造系統(tǒng)和柔性制作單元相結(jié)合，使機械能與鋸片磨床系統(tǒng)相結(jié)合或與加工中心系統(tǒng)相結(jié)合，此機械手為典型的抓取薄片大面積的機械手，同類機械手在國內(nèi)和國外都已有生產(chǎn)，但是多數(shù)同類機械手為通用機械手，價格較昂貴，結(jié)構(gòu)復制，自由度大，但是針對中小型企業(yè)，企業(yè)人員在機械手的選型時考慮機械手要完成基本的功能的同時還極力追求在機械手價格低廉，故設計一只針對鋸片磨床機械手在鋸片生產(chǎn)行業(yè)是很有前景的。同時對國內(nèi)機械手市場也起到了促進的作用。1.3機械手的組成

以下結(jié)機械手由構(gòu)：執(zhí)行機構(gòu)——驅(qū)動-傳動機構(gòu)——控制系統(tǒng)——智能系統(tǒng)四部分組成。1.4機械手的分類機械手一般分為三類：第一類是不需要人工操作的通用機械手。它是一種獨立的不附屬于某一主機的裝置。它可以根據(jù)任務的需要編制程序，以完成各項規(guī)定的操作。它的特點是具備普通機械的性能之外，還具備通用機械、記憶智能的三元機械。第二類是需要人工才做的，稱為操作機。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號操作機來進行探測月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機也屬于這一范疇。第三類是用專用機械手，主要附屬于自動機床或自動線上，用以解決機床上下料和工件送。這種機械手在國外稱為“MechanicalHand”，它是為主機服務的，由主機驅(qū)動；除少數(shù)以外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。在國外，目前主要是第一類通用機械手，國外稱為機器人。本課題所做的機械手是屬于第三類機械手。1.5機械手的意義隨著科學技術的發(fā)展，機械手也越來越多的地被應用。在機械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機械加工、裝配、檢驗、噴漆、電鍍等工種都有應用的實例。其他部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國防工業(yè)等工作中也均有所應用。在機械工業(yè)中，應用機械手的意義可以概括如下：1.5.1提高生產(chǎn)過程中的自動化程度應用機械手有利于實現(xiàn)物料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化的程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。1.5.2改善勞動條件，避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，而應用機械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。在一些簡單、重復，特別是較笨重的操作中，以機械手代替人進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。1.5.3可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)應用機械手代替人進行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于應用機械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。因此，在自動化機床的綜合加工自動線上，機械手以減少人力和更準確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進行工作生產(chǎn)。由上所述，有效的應用機械手，是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢。2機械手總體設計2.1機械手的設計分析鋸片磨床機械手所要達到的功能：所設計的機械手是鋸片在鋸片磨床上或加工中心上加工時，完成鋸片的上料和下料。1.作業(yè)對象的分析：鋸片的尺寸（直徑250mm-500mm），厚4mm材料：合金鋼鋸片示意圖：2.機床尺寸及作業(yè)范圍的確定本機械手設計以加工中心工作臺尺寸為設計依據(jù)，該機械手設計成可拆卸式，即可安裝在加工中心上，也可安裝在鋸片磨床等其他類似尺寸的機床實現(xiàn)鋸片的上下料加工中心工作臺示意圖如下圖所示：實地調(diào)查加工中心工作臺，其四個角落都可安裝機械手，機械手總體高度在850mm，砂輪離鋸片夾具的空間在50mm左右，即設計機械手時上下移動量要控制在30mm左右。鋸片夾具體離可安裝機械手的位置范圍在800mm左右。2.2總體方案擬定（1）方案一：考慮用一只機械手安裝在加工中心工作臺，靠前門位置的左或右角落。以靠門右角落為例，機械手要完成取料搬運下料返回（等待加工完成）空運轉(zhuǎn)取料搬運下料返回。等待時間及空運轉(zhuǎn)降低了工作效率，將鋸片分成三個區(qū)：未加工的鋸片放入毛坯區(qū)，正在加工的鋸片的工作區(qū)稱為工作區(qū)，已加工的鋸片放入已加工區(qū)。若將三個區(qū)從左往右安排如圖所示，此設置直觀，不妨礙人員觀察檢驗工作情況，但一只機械手的行程就加長，整個送料過程穩(wěn)定性要求高，所驅(qū)動的手臂也過長，手臂要走很長的直線路程，即要設計成直角坐標型如圖，驅(qū)動所需的力及驅(qū)動方式都將變得困難。（2）方案二：考慮到上述方案中，機械手手臂過長的問題，將機械手設計成圓柱坐標型。其手臂長度不變。鋸片的三個區(qū)分布在以機械手安裝的位置為中心，手臂為半徑的弧線上如圖所示：注：工作臺可以左右前后移動。這種設計雖然解決了機械手的行程過長的問題，整只機械手占據(jù)空間范圍小，但是鋸片的已加工區(qū)分布在靠門位置，不利于人員觀察，一只機械手即要完成（毛坯區(qū)）上料（工作區(qū)）下料（空運轉(zhuǎn)至毛坯區(qū)）等待（空運轉(zhuǎn)至工作區(qū)）上料（已加工區(qū)）下料，機械手路程來回復雜，機械手位置精度要求變高所驅(qū)動各種運動的驅(qū)動部件變多，控制方式也將變的復雜。（3）方案三：考慮到上述兩個方案的利弊，我們考慮用兩只機械手分布在加工中心兩個角落，一只機械手負責上料，另一只機械手負責下料，機械手分工明確。兩只機械手都分別安裝在工作臺后部的左角落和右角落。鋸片的三個區(qū)分部在工件臺中心如圖所示，上料機械手要完成（毛坯區(qū)）上料（運載鋸片）回轉(zhuǎn)（工作區(qū)）下料空載返回。下料機械手要完成空載回轉(zhuǎn)（工作區(qū)）取料（運載鋸片）回轉(zhuǎn)（已加工區(qū)）下料為使機械手提高效率，上料機械手收到下料手取物料時的信號就啟動，兩只機械手時間相互嵌套，降低總運行時間。第三個方案兩只機械手分工明確，每只機械手都有上料與下料的過程，兩只機械手可以做成相同的機械本體，只要對機械手驅(qū)動過程的控制進行變化，就會產(chǎn)生不同的效果。本機械手采用PCL對機械手的控制系統(tǒng)進行設計，編寫相應的控制程序?qū)崿F(xiàn)機械手相應的功能。對比各個方案，采用方案三。最終確定鋸片磨床機械手的總體方案：采用圓柱坐標機器人結(jié)構(gòu)。這種構(gòu)造比較簡單，精度一般，適于搬運作業(yè)，機構(gòu)簡圖。采用兩個自由度（Z軸上下，θ回轉(zhuǎn)）即能達到要求，結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，易驅(qū)動控制。2.3機械手主要技術性能參數(shù)機械手所要到達的性能參數(shù)：最大質(zhì)量6.123kg最小質(zhì)量為1.53kg最大負荷重量60N回轉(zhuǎn)速度ω=30°/sθ軸最大運動范圍60°Z軸最大運動范圍30mm自由度：2個自由度3鋸片磨床機械手機械本體設計3.1末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)設計機械手末端的執(zhí)行器是根據(jù)機械手作業(yè)要求來設計的。本機械手要抓取直徑為250mm-500mm，厚度4mm，重為60N的鋸片盤。為抓取鋸片，末端執(zhí)行器提出三個方案。方案一：夾鉗式取料夾鉗式取料通過手指的開合動作實現(xiàn)對物體的夾持。手指是直接與工件接觸的部件。手部的取料和卸料就是通過手指的開張與閉合實現(xiàn)的。若用夾鉗式取料手抓取直徑250mm-500mm的重為60N的鋸片盤。夾鉗手指張開范圍很大（如圖所示），夾鉗手指的開合范圍必定要選取可調(diào)裝置，由于鋸片是圓盤形狀，用兩個夾鉗手指取圓盤時，必定重心不穩(wěn)，即要設計三個手指均勻分布，取料與卸料才可靠。三個手指同時開合，增加了驅(qū)動的難度，設計三個手指增加了末端執(zhí)行器的復雜程度。三個手指的末端執(zhí)行器還要設計可調(diào)裝置，此手爪結(jié)構(gòu)復雜。因此，若要用夾鉗式取料手取鋸片圓盤，要設計開合范圍在120度的手指，設計三個開合手指保證取料可靠。所需夾緊力為：，Q：被加持物體的重量；f：手指接觸面的摩擦系數(shù)。在計算手爪驅(qū)動力時，除了要考慮被夾持的重力外，還要考慮夾持物在運動中產(chǎn)生慣性力、振動等因素。實際上的驅(qū)動力為：，其中：:安全系數(shù)，一般取；:工作條件系數(shù)，一般??；F：理論驅(qū)動力；η：手爪傳動機構(gòu)的傳動效率，一般取0.85~0.9。三個取料手指的長度L＞3250，取料手指的重量太重，驅(qū)動手手指開合難度加大，手指是向下懸空，取料時，抓取物體，除了要抓取物體，還要克服自身手指的重力。所以夾鉗式取料手的方案不合適。方案二：磁吸式吸附手磁吸式吸附手是用接通和切斷電磁鐵電流的方法來吸，放具有磁性的物體。吸取鋸片圓盤時，為使鋸片在運送中可靠，選取三個電磁吸盤吸住鋸片。電磁吸盤可以吸取不同直徑規(guī)格的圓盤，只要求得吸取圓盤所需的電磁吸力即可，選用公式，以提取最大負荷重量60N計算得所需的吸力。若直徑小500mm的圓盤，其重量也小于60N。在吸取其他規(guī)格的鋸片時吸力有剩余，吸盤可能會吸附其他金屬材料的東西。若吸力剩余量又可以吸附一個鋸片盤，那么一次吸附就吸附了兩個鋸片。吸物取料時，鋸片毛坯盤是一個疊放在未加工區(qū)，磁吸式取料手吸力控制不好，就會引起一次吸取物料會吸取多盤鋸片毛坯。卸料時，磁吸式取料手從加工區(qū)域?qū)⒁槐P已加工的鋸片吸取放入已加工區(qū)，若吸力剩余較多，還未將鋸片卸下，其他已加工好的鋸片都會從已加工區(qū)下方，吸到機械手。由于鋸片的尺寸規(guī)格在變，對于吸力的控制比較難，所以選取磁吸式取料手的方案也是不合適的。方案三：氣吸式吸附手氣吸式吸附手是由吸盤，吸盤架及氣路系統(tǒng)組成。氣吸式吸附機械手的原理是：當吸盤內(nèi)抽成負壓時，吸盤外部的大氣壓力將把吸盤靜靜地壓在被吸物體上。吸盤的吸力是由吸盤皮碗的內(nèi)、外壓力造成的。應用氣吸式吸附手的特點是：鋸片的端面有略微的內(nèi)凹，鋸片的重量屬于輕型物料，采用橡膠材料的吸盤，通過橡膠的緩沖壓力壓向鋸片端面，能迅速使吸盤內(nèi)腔與鋸片端面形成封閉空間，一旦形成密閉空間后，對吸盤進行抽氣，使吸盤內(nèi)腔達到所需的負壓，提起物料。這種方法即簡單又方便。通過試驗，選取橡膠吸盤吸取略帶內(nèi)凹的端面能形成密封空間，采用三個50mm直徑的吸盤足以提起60N的鋸片，通過計算驗證所選吸盤的可靠性。要吸取直徑為250mm-500mm，厚4mm的鋸片圓盤（中間有直徑50mm孔作為磨床上磨削定位孔）。為使60N的鋸片在運送中可靠，初選三個直徑為50的吸盤。吸盤的吸力公式為,吸盤的吸力F要大于被吸附物體的重力。選吸盤吸力F＞60N,F取70N。其中：大氣壓力P：內(nèi)腔壓力:安全系數(shù)，一般??；:工作條件系數(shù)，一般取；:姿態(tài)系數(shù)，當吸附表面處于水平位置時??；S：吸盤負壓腔再工件表面積上的吸附面積吸物時，吸盤內(nèi)要產(chǎn)生負壓。負壓的產(chǎn)生方法有：（1）擠壓排氣式吸盤。該種方式是靠外力將吸盤皮碗壓向被吸物體表面，吸盤內(nèi)腔空氣被擠壓出去，形成吸盤內(nèi)腔負壓，吸盤從而吸住物體。這種方式形成吸力不大，而且不可靠。這種吸盤適用于日常生活中的吸盤掛鈞，靠力將吸盤吸在瓷磚上，但對于我們機械手的末端執(zhí)行器，吸取鋸片一定要可靠，而且這種吸盤要靠外力控制，鋸片規(guī)格很多，重量不等，設置及控制較困難。（2）真空泵排氣式吸盤。真空排氣吸盤是利用真空泵將盤內(nèi)空氣抽出，形成吸盤內(nèi)腔負壓，吸盤吸住物體。當控制閥將與大氣連通時，吸盤失去吸力，被吸附物體靠自重，脫離吸盤。所以若選取真空泵排氣式吸盤，就要在洗盤外連接一個真空泵，這個真空泵的作用就是將吸盤內(nèi)空氣抽出，使盤內(nèi)真空度達到所需的真空度。由于選取三個吸盤吸取鋸片時所需的真空度達真空度以絕對壓力P表示真空度=大氣壓力-絕對壓力負壓為由鋸片最大質(zhì)量為6.123公斤（kg），吸盤直徑約為50mm，數(shù)量為三個，為吸取質(zhì)量為6.123公斤的鋸片選用真空泵的極限真空度要求小于。（3）氣流負壓式：工作原理為控制閥將來自氣泵的壓縮空氣接通至噴嘴，壓縮空氣通過噴嘴形成高速射流，吸盤腔內(nèi)的空氣被帶走形成負壓，吸盤吸住物體，雖然這樣方式真空度很高，吸物很可靠，但是價格昂貴，對于只吸取質(zhì)量為6.123公斤鋸片的機械手，設計時要考慮經(jīng)濟性，初步確定末端執(zhí)行器：真空泵排氣式吸附手。原理圖如下圖所示：將三個吸盤接同一管路，當取物料時，真空泵抽氣時三個吸盤內(nèi)同時形成負壓。在物料運送過程中真空泵達到極限壓力，這樣就不須要安裝保壓閥。在物料的取料過程中，一種方法是將真空泵放氣，使吸盤腔內(nèi)的氣壓值達到與大氣壓一致時，物料就由自身重力作用卸下。另一種方法是為使吸盤內(nèi)的大氣壓值與大氣壓一致，可以在吸盤與真空泵的連接處設計一個開口裝置在下料過程中，將這個裝置開口使管內(nèi)與管外連通，這樣吸盤內(nèi)也就有與外界同樣的大氣壓。這個裝置由控制系統(tǒng)控制，當機械手在進行上料與運送過程中，這個裝置一直是關著的，沒有與大氣相連。當接到下料的信號時，這個裝置打開與大氣相連，使物料卸下，其安裝位置如圖所示由于真空泵選型要根據(jù)吸盤所達到的真空度，真空泵的價格相對較高，并且考慮到我們設計所需的真空度并不高，利用真空泵不經(jīng)濟，設計一種的裝置用活塞對密閉容器抽氣達到所需真空度，這種設計經(jīng)濟，結(jié)構(gòu)簡單，能達到本機械手吸取鋸片的要求。原理圖為：3.2機械手手臂結(jié)構(gòu)的設計機械手采用圓柱型坐標式結(jié)構(gòu)，其簡圖如圖所示：機械手采用圓柱形坐標式結(jié)構(gòu)，由于機械手手臂長800mm左右，手臂上下移動范圍僅30mm，若整只手臂上下移動如圖c，800mm長的手臂、物料重量，末端執(zhí)行機構(gòu)的重量都需要驅(qū)動部件驅(qū)動，勢必增加該運動部件的負擔，圖a上下運動部件（移動副）更增加了回轉(zhuǎn)副部件的重量，圖a亦不合理。圖b上下移動副設置在手臂末端，其承擔僅物料和末端執(zhí)行機構(gòu)的重量，結(jié)構(gòu)簡單，方便可行。手臂部分長約800mm，為減輕機械手自身重量，采用直徑60mm，厚5mm的無縫鋼管。手臂末端移動副上下行程僅為30mm，采用行程為30mm的小型氣缸即可。3.3機械手腰座結(jié)構(gòu)的設計由于機械手采用圓柱型坐標式結(jié)構(gòu)，腰座是機械手第一個回轉(zhuǎn)關節(jié)，它承載了機械手的全部重量。腰座的設計要求:腰座要有足夠大的安裝基面，以保證機械手工作穩(wěn)定，腰座要承載機械手全部重量和載荷并傳動轉(zhuǎn)矩，因此，機械手的基座、軸的設計及軸承的選擇要保證其足夠的強度和剛度。腰座是機械手第一個回轉(zhuǎn)關節(jié)，腰部的回轉(zhuǎn)運動選擇相應的驅(qū)動裝置，通過傳動系統(tǒng)傳遞轉(zhuǎn)矩，設計傳動系統(tǒng)的時候盡量減少傳動鏈，減少機械能損耗。腰部結(jié)構(gòu)的設計要便于安裝調(diào)整。裝配時要保證各部件間的相互位置精度。腰部的設計詳見裝配圖4機械手的驅(qū)動傳動部分4.1方案的確定機械手驅(qū)動系統(tǒng)可以采用液壓、氣壓、電力驅(qū)動。其中以液壓氣動用的最多，占90%以上，電動、機械驅(qū)動用的較少。液壓驅(qū)動主要是通過油缸、閥、油泵和油箱等實現(xiàn)傳動。它利用油缸、馬達加上齒輪、齒條實現(xiàn)直線運動；利用擺動油缸、馬達與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動。液壓驅(qū)動的優(yōu)點是壓力高、體積小、出力大、運動平緩，可無級變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點是需要配備壓力源，系統(tǒng)復雜成本較高。氣壓驅(qū)動所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達、氣閥等。一般采用4-6個大氣壓，個別的達到8-10個大氣壓。它的優(yōu)點是氣源方便，維護簡單，成本低。缺點是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。為了減少停機時產(chǎn)生的沖擊，氣壓系統(tǒng)裝有速度控制機構(gòu)或緩沖機構(gòu)。電氣驅(qū)動采用的不多?，F(xiàn)在都用三相感應電動機作為動力，用大減速比減速器來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)；直線運動則用電動機帶動絲杠螺母機構(gòu)；有的采用直線電動機。通用機械手則考慮用步進電機、直流或交流的伺服電機、變速箱等。電氣驅(qū)動的優(yōu)點是動力源簡單，維護，使用方便。驅(qū)動機構(gòu)和控制系統(tǒng)可以采用統(tǒng)一形式的動力，出力比較大；缺點是控制響應速度比較慢。機械驅(qū)動只用于固定的場合。一般用凸輪連桿機構(gòu)實現(xiàn)規(guī)定的動作。它的優(yōu)點是動作確實可靠，速度高，成本低；缺點是不易調(diào)整。本機械手設計含有兩個自由度，分別由Z軸上下移動副和腰軸的轉(zhuǎn)動副組成（1）而由第二章設計的機械手末端執(zhí)行器采用負壓氣吸附式手，吸附手與密封缸相連，對密封缸進行抽氣使密封缸內(nèi)達到所需真空度，就能使吸附手吸起物料，由上述計算得，驅(qū)動密封缸抽氣的驅(qū)動力為F=100N。用氣壓驅(qū)動輸出力不大在（10-40KN）但在此工作過程中足以達到要求，若采用液壓控制，還需設置回收油的油箱和管道，需要經(jīng)常維護。（2）Z軸上下移動副要帶動機械手的末端執(zhí)行機構(gòu)（真空吸盤及吸盤架）與物量的總重量及考慮其他摩擦因素的影響，移動副向上拉動重物所需要的力要，取F=80保證物料上升可靠，采用氣缸驅(qū)動也足以達到要求，而且與上述驅(qū)動密封缸抽氣的驅(qū)動裝置采用同一個氣源發(fā)生氣方便簡易，工作介質(zhì)（空氣）易獲得，用后排入空氣中不會造成污染。（3）腰軸的轉(zhuǎn)動副，機械手要求要順時針擺動60°和逆時針擺動60°，轉(zhuǎn)動副要克服機械手手臂擺動的轉(zhuǎn)矩，機械手手臂采用φ60，臂厚5mm的無縫鋼管，重量大約在4.5kg，末端執(zhí)行器與驅(qū)動其上下移動的氣缸再加上物料的重量，再乘安全系數(shù)后F=100N，如圖所示：機械手手臂平均轉(zhuǎn)速ω=30°/s，在0.3S內(nèi)加速，則加速度考慮其他振動和安全等因素選取回轉(zhuǎn)副所需克服的轉(zhuǎn)矩。機械手擺動平均速度ω=30°/s，擺動范圍為60°，加速過程約為0.6秒。由于前兩個驅(qū)動方式都采用了氣動驅(qū)動方式，考慮到氣動方式中擺動氣缸能驅(qū)動20Nm的轉(zhuǎn)矩，擺動氣缸亦采用與氣缸相同的氣源發(fā)生器，降低成本，縮小空間。若采用電力控制，電動機高轉(zhuǎn)速還需用齒輪或鏈輪、絲杠將轉(zhuǎn)速降低才能與腰軸相連接，帶動腰軸轉(zhuǎn)動，這樣勢必增加成本，電機與擺動氣缸相比，擺動氣缸占優(yōu)勢，所以機械手的驅(qū)動一傳動系統(tǒng)采用氣動控制以鋸片磨床機械手上料氣動系統(tǒng)原理圖為例：4.2氣缸的選擇4.2.1密閉氣缸1的選擇密閉氣缸是通過管路與真空吸盤相連，為使真空吸盤吸起物料的重量，真空吸盤腔內(nèi)真空度要求達-。密閉氣缸的選擇必須考慮到連接管路泄露損失及氣缸抽氣時所需克服的摩擦損失給定一個安全系數(shù)k=1.5。則密閉氣缸所需達到的真空度為即密閉氣缸腔內(nèi)氣缸為：真空度=腔內(nèi)絕對壓力—大氣壓力腔內(nèi)絕對壓力=真空度+大氣壓力=溫度不變時，氣體壓力與比容成反比即設為大氣壓力，為密封氣缸內(nèi)初始的氣體量，為密閉氣缸抽氣后所達到的腔內(nèi)絕對壓力，為抽氣后所達到的體積：三個真空吸盤內(nèi)腔體積約為3，導管內(nèi)徑約為5mm，長為900mm左右，導管內(nèi)腔體積約為18即，考慮管路泄露及連接處的密封不良等問題。取50，=80。為使吸盤快速吸取物料，抽氣行程則需取的小些，由公式，氣缸內(nèi)徑則需取的大些，內(nèi)徑取40mm則氣缸行程S取42mm選擇國產(chǎn)氣缸QGBⅡ系列氣缸，安裝方式選擇腳架式選擇型號為QGBⅡ4050MS，查得活塞桿直徑為16mm活塞桿上所需的拉力為4.2.2氣缸2的選擇氣缸2是帶動密封氣缸抽氣的驅(qū)動氣缸，抽氣時密封氣缸1活塞桿上所需要的拉力為，氣缸2選擇雙向作用氣缸，根據(jù)力平衡原理對有桿缸的腔內(nèi)通入氣體，活塞桿右行，活塞桿產(chǎn)生拉力F，拉力F還需考慮氣缸工作時的總阻力，氣源的工作壓力P為0.5，取0.3，d/D取0.3則氣缸2內(nèi)徑氣缸內(nèi)徑取32，活塞桿行程取42選擇國產(chǎn)氣缸QGAⅡ系列氣缸，安裝方式選擇腳架式選擇型號為QGAⅡ3263MS，活塞桿直徑為12mm4.2.3伸縮氣缸3的選擇伸縮氣缸3是實現(xiàn)機械手末端執(zhí)行機構(gòu)上下移動的功能，主要是由氣體對活塞桿腔通入氣體，使活塞帶動重物向上做功，而下降時，主要是靠重物自身重力和氣體通入無桿腔共同作用做功?；钊麠U上受到的負載為鋸片真空吸盤與真空吸盤架、管路等的重力，活塞桿向上運動時需要克服負載的重力，還需克服活塞桿自身重力及摩擦力，活塞桿上的拉力約為70N，確定氣缸內(nèi)徑?；钊蛏线\動時：其中G：載荷為70NP：氣缸工作壓力選0.5MPa:載荷率取0.5估定活塞桿直徑可取d/D=0.3所以選擇氣缸內(nèi)徑由于伸縮氣缸的活塞桿移動范圍受機床空間限制，活塞桿的移動量在30mm左右。所以選擇行程時，多加10-20mm的行程余量，即氣缸行程為50mm。由于伸縮氣缸要安裝在機械手手臂上，氣缸的活塞起到使重物上升、下降的作用，氣缸只能倒置安裝在角鐵上，角鐵通過焊接與機械手手臂相連。所以氣缸只能采用固定式的后法蘭（MF2）式，倒懸掛安裝在角鐵上。綜上述因素的考慮，需選擇小型的氣型、短行程、氣缸內(nèi)徑，后法蘭安裝式，與普通氣缸相比薄型氣缸，缸徑選為Ф40mm，行程為50mm4.2.4氣缸4的選擇氣缸4是擺動氣缸是實現(xiàn)機械手腰座的左右擺動，從而實現(xiàn)機械手手臂擺動，擺動氣缸4主要是提供轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動手臂的擺動。機械手手臂是總長為800mm，除角鐵部分長為760mm，厚為5mm的無縫鋼管，可視為均質(zhì)細桿，其轉(zhuǎn)動慣量為，機械手手臂質(zhì)量為4.5kg。機械手手臂末端的負載由氣缸3的重力和鋸片、真空吸盤、真空吸盤架、管路連接件的重量，手臂末端的轉(zhuǎn)動慣量可以視為質(zhì)量為的剛體對軸Z的轉(zhuǎn)動慣量，其轉(zhuǎn)動慣量原理圖為：機械手手臂平均轉(zhuǎn)速ω=30°/s，在0.3S內(nèi)加速，則加速度所以擺動氣缸選型時，，選擇QGB1系列葉片擺動氣馬達QGB2-75轉(zhuǎn)矩為33Nm5基于PLC對機械手控制系統(tǒng)的設計隨著微處理器、計算機的迅速發(fā)展，計算機控制技術已經(jīng)廣泛應用在工業(yè)控制的各個方面。作為工業(yè)應該的微處理器PLC，與傳統(tǒng)的電氣控制相比，有著無比的優(yōu)越性：①靈活，控制條件的改變，可以和輕松地通過程序而進行實現(xiàn)，在工程改造中可以節(jié)約大量的時間和硬件成本；②可靠性非常高，抗干擾能力強，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)使用了大量的中繼和時繼，由于觸點接觸不良而容易引發(fā)事故，PLC用軟觸點代替了硬觸點，完全消除了由于中間觸點所引發(fā)的事故；③接線簡單，由于PLC的中間控制環(huán)節(jié)完全有軟件實現(xiàn)，接線工作主要是輸入和輸出部分；④體積大大減小，PLC省出了大量的控制繼電器，因此許多控制柜的體積由于使用PLC而使體積比原來小很多。為使鋸片磨床機械手