數(shù)控機床上下料機械手的設計

摘要通過對機械設計制造及其自動化專業(yè)大學本科四年的所學知識進行整合，對工業(yè)機械手各局部機械結構和功能的論述和分析，設計了一種圓柱坐標形式的數(shù)控機床上下料機械手。重點針對機械手的腰座、手臂、手爪等各局部機械結構以及機械手控制系統(tǒng)進行了詳細的設計。具體進行了機械手的總體設計，腰座結構的設計，機械手手臂結構的設計，機械手腕部的結構設計，末端執(zhí)行器〔手爪〕的結構設計，機械手的機械傳動機構的設計，機械手驅動系統(tǒng)的設計。同時對液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進行了理論分析和計算。本課題在設計的過程當中，深入生產實際，進行調查研究，吸取國內外先進技術，制定出合理的設計方案，再進行具體設計。關鍵詞：機械手；液壓伺服定位；電液系統(tǒng)AbstractIntegratetheknowledgeofthepastfouryears’ofundergraduatecourseofMachine,discussandanalysistheeachpartandfunctionofmanipulator;designakindofcylindericalcoordinatemanipulatorusedtopackandunloadworkpieceforCNCmachinetools.Inparticular,madethedetaileddesignaboutbase,arm,andendeffectorandthecontrolsystemetc.includingTotaldesign,waist’sconstructiondesign,thearm’sconstructiondesign,thewrist’sconstructiondesign,theendeffector’sconstructiondesign,andthedrivesystemofmanipulator.Atthesametime,analysisandcomputethehydraulicpressuresystemandcontrolsystem.Deeplydesignthemanipulator’scontrolsystem,whichbasedonPLC.Afteranalysisaboutthecraftprocessandtherequestsofthemanipulator,thehardwarecircuitandthecontrolprogramofthemanipulatorthenisdesigned.Inaword,thedesignofthemanipulatorhascometotheanticipantobject.Theissueinthedesignprocess,in-depththeactualproduction,conductresearch,tolearnforeignadvancedtechnology,todevelopareasonabledesign,carryingoutthespecificdesign.

Keywords:Manipulator,Hydraulicservocontrol,Electrohydraulicsystem目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 IAbstract II1緒論 11.1選題背景 11.2研究意義與方法 12設計方案的論證 22.1機械手的總體設計 22.2機械手腰座結構的設計 32.3機械手手臂的結構設計 42.4機械手腕部的結構設計 52.5機械手末端執(zhí)行器〔手爪〕的結構設計 62.6機械手的機械傳動機構的設計 72.7機械手驅動系統(tǒng)的設計 102.8機器人手臂的平衡機構設計 123理論分析和設計計算 133.1液壓傳動系統(tǒng)設計計算 133.2電機選型有關參數(shù)計算 194機械手控制系統(tǒng)的設計 22結論 24致謝 25參考文獻 26附錄1 27附錄2 321緒論1.1選題背景 機械手，也被稱為自動手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。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身平安，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機械手主要由手部、運動機構和控制系統(tǒng)三大局部組成。手部是用來抓持工件〔或工具〕的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使手部完成各種轉動〔擺動〕、移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機械手設計的關鍵參數(shù)。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般專用機械手有2～3個自由度1.2研究意義與方法機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。在設計之前，必須要有一個指導原那么。這次畢業(yè)設計的設計原那么是：以任務書所要求的具體設計要求為根本設計目標，充分考慮機械手工作的環(huán)境和工藝流程的具體要求。在滿足工藝要求的根底上，盡可能的使結構簡練，盡可能采用標準化、模塊化的通用元配件，以降低本錢，同時提高可靠性。本著科學經(jīng)濟和滿足生產要求的設計原那么，同時也考慮本次設計是畢業(yè)設計的特點，將大學期間所學的知識，如機械設計、機械原理、液壓、氣動、電氣傳動及控制、傳感器、可編程控制器〔PLC〕、電子技術、自動控制、機械系統(tǒng)仿真等知識盡可能多的綜合運用到設計中，使得經(jīng)過本次設計對大學階段的知識得到穩(wěn)固和強化，同時也考慮個人能力水平和時間的客觀實際，充分發(fā)揮個人能動性，腳踏實地，實事求是的做好本次設計。2設計方案的論證2.1機械手的總體設計2.1.1機械手總體結構的類型工業(yè)機器人的結構形式主要有直角坐標結構，圓柱坐標結構，球坐標結構，關節(jié)型結構四種。各結構形式及其相應的特點，分別介紹如下。1.直角坐標機器人結構直角坐標機器人的空間運動是用三個相互垂直的直線運動來實現(xiàn)的，如圖a2-1.。由于直線運動易于實現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，所以，直角坐標機器人有可能到達很高的位置精度〔μm級〕。但是，這種直角坐標機器人的運動空間相對機器人的結構尺寸來講，是比擬小的。因此，為了實現(xiàn)一定的運動空間，直角坐標機器人的結構尺寸要比其他類型的機器人的結構尺寸大得多。直角坐標機器人的工作空間為一空間長方體。直角坐標機器人主要用于裝配作業(yè)及搬運作業(yè)，直角坐標機器人有懸臂式，龍門式，天車式三種結構。2.圓柱坐標機器人結構圓柱坐標機器人的空間運動是用一個回轉運動及兩個直線運動來實現(xiàn)的，如圖2-1.b。這種機器人構造比擬簡單，精度還可以，常用于搬運作業(yè)。其工作空間是一個圓柱狀的空間。3.球坐標機器人結構球坐標機器人的空間運動是由兩個回轉運動和一個直線運動來實現(xiàn)的，如圖2-1.c。這種機器人結構簡單、本錢較低，但精度不很高。主要應用于搬運作業(yè)。其工作空間是一個類球形的空間。4.關節(jié)型機器人結構關節(jié)型機器人的空間運動是由三個回轉運動實現(xiàn)的，如圖2-1.d。關節(jié)型機器人動作靈活，結構緊湊，占地面積小。相對機器人本體尺寸，其工作空間比擬大。此種機器人在工業(yè)中應用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運、裝配等作業(yè)，都廣泛采用這種類型的機器人。關節(jié)型機器人結構，有水平關節(jié)型和垂直關節(jié)型兩種。〔參考吳振彪，王正家工業(yè)機器人第1章概論1.3工業(yè)機器人的分類及應用〕圖2-1四種機器人坐標形式2.1.2設計具體采用方案具體到本設計，因為設計要求搬運的加工工件的質量達30KG，且長度達500MM，同時考慮到數(shù)控機床布局的具體形式及對機械手的具體要求，考慮在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下，盡量簡化結構，以減小本錢、提高可靠度。該機械手在工作中需要3種運動,其中手臂的伸縮和立柱升降為兩個直線運動,另一個為手臂的回轉運動,綜合考慮，機械手自由度數(shù)目取為3，坐標形式選擇圓柱坐標形式，即一個轉動自由度兩個移動自由度，其特點是:結構比擬簡單,手臂運動范圍大,且有較高的定位準確度。機械手工作布局圖如圖2-2所示。2.2機械手腰座結構的設計進行了機械手的總體設計后，就要針對機械手的腰部、手臂、手腕、末端執(zhí)行器等各個局部進行詳細設計。2.2.1機械手腰座結構的設計要求工業(yè)機器人腰座，就是圓柱坐標機器人，球坐標機器人及關節(jié)型機器人的回轉基座。它是機器人的第一個回轉關節(jié)，機器人的運動局部全部安裝在腰座上，它承受了機器人的全部重量。在設計機器人腰座結構時，要注意以下設計原那么：1.腰座要有足夠大的安裝基面，以保證機器人在工作時整體安裝的穩(wěn)定性。2.腰座要承受機器人全部的重量和載荷，因此，機器人的基座和腰部軸及軸承的結構要有足夠大的強度和剛度，以保證其承載能力。3.機器人的腰座是機器人的第一個回轉關節(jié)，它對機器人末端的運動精度影響最大，因此，在設計時要特別注意腰部軸系及傳動鏈的精度與剛度的保證。4.腰部的回轉運動要有相應的驅動裝置，它包括驅動器〔電動、液壓及氣動〕及減速器。驅動裝置一般都帶有速度與位置傳感器，以及制動器。5.腰部結構要便于安裝、調整。腰部與機器人手臂的聯(lián)結要有可靠的定位基準面，以保證各關節(jié)的相互位置精度。要設有調整機構，用來調整腰部軸承間隙及減速器的傳動間隙。6.為了減輕機器人運動局部的慣量，提高機器人的控制精度，一般腰部回轉運動局部的殼體是由比重較小的鋁合金材料制成，而不運動的基座是用鑄鐵或鑄鋼材料制成。〔參考孫兵,趙斌,施永康.物料搬運機械手的研制.機電一體化.2005,(2):43~45〕2.2.2設計具體采用方案腰座回轉的驅動形式要么是電機通過減速機構來實現(xiàn)，要么是通過擺動液壓缸或液壓馬達來實現(xiàn)，目前的趨勢是用前者。因為電動方式控制的精度能夠很高，而且結構緊湊，不用設計另外的液壓系統(tǒng)及其輔助元件?？紤]到腰座是機器人的第一個回轉關節(jié)，對機械手的最終精度影響大，故采用電機驅動來實現(xiàn)腰部的回轉運動。一般電機都不能直接驅動，考慮到轉速以及扭矩的具體要求，采用大傳動比的齒輪傳動系統(tǒng)進行減速和扭矩的放大。因為齒輪傳動存在著齒側間隙，影響傳動精度，故采用一級齒輪傳動，采用大的傳動比〔大于100〕，同時為了減小機械手的整體結構，齒輪采用高強度、高硬度的材料，高精度加工制造，盡量減小因齒輪傳動造成的誤差。2.3機械手手臂的結構設計2.3.1機械手手臂的設計要求機器人手臂的作用，是在一定的載荷和一定的速度下，實現(xiàn)在機器人所要求的工作空間內的運動。在進行機器人手臂設計時，要遵循下述原那么；1.應盡可能使機器人手臂各關節(jié)軸相互平行；相互垂直的軸應盡可能相交于一點，這樣可以使機器人運動學正逆運算簡化，有利于機器人的控制。2.機器人手臂的結構尺寸應滿足機器人工作空間的要求。工作空間的形狀和大小與機器人手臂的長度，手臂關節(jié)的轉動范圍有密切的關系。但機器人手臂末端工作空間并沒有考慮機器人手腕的空間姿態(tài)要求，如果對機器人手腕的姿態(tài)提出具體的要求，那么其手臂末端可實現(xiàn)的空間要小于上述沒有考慮手腕姿態(tài)的工作空間。3.為了提高機器人的運動速度與控制精度，應在保證機器人手臂有足夠強度和剛度的條件下，盡可能在結構上、材料上設法減輕手臂的重量。力求選用高強度的輕質材料，通常選用高強度鋁合金制造機器人手臂。目前，在國外，也在研究用碳纖維復合材料制造機器人手臂。碳纖維復合材料抗拉強度高，抗振性好，比重小〔其比重相當于鋼的1/4，相當于鋁合金的2/3〕，但是，其價格昂貴，且在性能穩(wěn)定性及制造復雜形狀工件的工藝上尚存在問題，故還未能在生產實際中推廣應用。目前比擬有效的方法是用有限元法進行機器人手臂結構的優(yōu)化設計。在保證所需強度與剛度的情況下，減輕機器人手臂的重量。4.機器人各關節(jié)的軸承間隙要盡可能小，以減小機械間隙所造成的運動誤差。因此，各關節(jié)都應有工作可靠、便于調整的軸承間隙調整機構。5.機器人的手臂相對其關節(jié)回轉軸應盡可能在重量上平衡，這對減小電機負載和提高機器人手臂運動的響應速度是非常有利的。在設計機器人的手臂時，應盡可能利用在機器人上安裝的機電元器件與裝置的重量來減小機器人手臂的不平衡重量，必要時還要設計平衡機構來平衡手臂剩余的不平衡重量。6.機器人手臂在結構上要考慮各關節(jié)的限位開關和具有一定緩沖能力的機械限位塊，以及驅動裝置，傳動機構及其它元件的安裝。2.3.2設計具體采用方案機械手的垂直手臂〔大臂〕升降和水平手臂〔小臂〕的伸縮運動都為直線運動。直線運動的實現(xiàn)一般是氣動傳動，液壓傳動以及電動機驅動滾珠絲杠來實現(xiàn)?？紤]到搬運工件的重量較大，考慮加工工件的質量達30KG，屬中型重量，同時考慮到機械手的動態(tài)性能及運動的穩(wěn)定性，平安性，對手臂的剛度有較高的要求。綜合考慮，兩手臂的驅動均選擇液壓驅動方式，通過液壓缸的直接驅動，液壓缸既是驅動元件，又是執(zhí)行運動件，不用再設計另外的執(zhí)行件了；而且液壓缸實現(xiàn)直線運動，控制簡單，易于實現(xiàn)計算機的控制。因為液壓系統(tǒng)能提供很大的驅動力，因此在驅動力和結構的強度都是比擬容易實現(xiàn)的，關鍵是機械手運動的穩(wěn)定性和剛度的滿足。因此手臂液壓缸的設計原那么是缸的直徑取得大一點〔在整體結構允許的情況下〕，再進行強度的較核。同時，因為控制和具體工作的要求，機械手的手臂的結構不能太大，假設僅僅通過增大液壓缸的缸徑來增大剛度，是不能滿足系統(tǒng)剛度要求的。因此，在設計時另外增設了導桿機構，小臂增設了兩個導桿，與活塞桿一起構成等邊三角形的截面形式，盡量增加其剛度；大臂增設了四個導桿，成正四邊形布置，為減小質量，各個導桿均采用空心結構。通過增設導桿，能顯著提高機械手的運動剛度和穩(wěn)定性，比擬好的解決了結構、穩(wěn)定性的問題。2.4機械手腕部的結構設計機器人的手臂運動〔包括腰座的回轉運動〕，給出了機器人末端執(zhí)行器在其工作空間中的運動位置，而安裝在機器人手臂末端的手腕，那么給出了機器人末端執(zhí)行器在其工作空間中的運動姿態(tài)。機器人手腕是機器人操作機的最末端，它與機器人手臂配合運動，實現(xiàn)安裝在手腕上的末端執(zhí)行器的空間運動軌跡與運動姿態(tài)，完成所需要的作業(yè)動作。2.4.1機器人手腕結構的設計要求1.機器人手腕的自由度數(shù)，應根據(jù)作業(yè)需要來設計。機器人手腕自由度數(shù)目愈多，各關節(jié)的運動角度愈大，那么機器人腕部的靈活性愈高，機器人對對作業(yè)的適應能力也愈強。但是，自由度的增加，也必然會使腕部結構更復雜，機器人的控制更困難，本錢也會增加。因此，手腕的自由度數(shù)，應根據(jù)實際作業(yè)要求來確定。在滿足作業(yè)要求的前提下，應使自由度數(shù)盡可能的少。一般的機器人手腕的自由度數(shù)為2至3個，有的需要更多的自由度，而有的機器人手腕不需要自由度，僅憑受臂和腰部的運動就能實現(xiàn)作業(yè)要求的任務。因此，要具體問題具體分析，考慮機器人的多種布局，運動方案，選擇滿足要求的最簡單的方案。2.機器人腕部安裝在機器人手臂的末端，在設計機器人手腕時，應力求減少其重量和體積，結構力求緊湊。為了減輕機器人腕部的重量，腕部機構的驅動器采用別離傳動。腕部驅動器一般安裝在手臂上，而不采用直接驅動，并選用高強度的鋁合金制造。3.機器人手腕要與末端執(zhí)行器相聯(lián)，因此，要有標準的聯(lián)接法蘭，結構上要便于裝卸末端執(zhí)行器。4.機器人的手腕機構要有足夠的強度和剛度，以保證力與運動的傳遞。5.要設有可靠的傳動間隙調整機構，以減小空回間隙，提高傳動精度。6.手腕各關節(jié)軸轉動要有限位開關，并設置硬限位，以防止超限造成機械損壞。2.4.2設計具體采用方案通過對數(shù)控機床上下料作業(yè)的具體分析，考慮數(shù)控機床加工的具體形式及對機械手上下料作業(yè)時的具體要求，在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下提高平安和可靠性，為使機械手的結構盡量簡單，降低控制的難度，本設計手腕不增加自由度，實踐證明這是完全能滿足作業(yè)要求的，3個自由度來實現(xiàn)機床的上下料完全足夠。具體的手腕〔手臂手爪聯(lián)結梁〕。2.5機械手末端執(zhí)行器〔手爪〕的結構設計2.5.1機械手末端執(zhí)行器的設計要求機器人末端執(zhí)行器是安裝在機器人手腕上用來進行某種操作或作業(yè)的附加裝置。機器人末端執(zhí)行器的種類很多，以適應機器人的不同作業(yè)及操作要求。末端執(zhí)行器可分為搬運用、加工用和測量用等。搬運用末端執(zhí)行器是指各種夾持裝置，用來抓取或吸附被搬運的物體。加工用末端執(zhí)行器是帶有噴槍、焊槍、砂輪、銑刀等加工工具的機器人附加裝置，用來進行相應的加工作業(yè)。測量用末端執(zhí)行器是裝有測量頭或傳感器的附加裝置，用來進行測量及檢驗作業(yè)。在設計機器人末端執(zhí)行器時，應注意以下問題；1.機器人末端執(zhí)行器是根據(jù)機器人作業(yè)要求來設計的。一個新的末端執(zhí)行器的出現(xiàn)，就可以增加一種機器人新的應用場所。因此，根據(jù)作業(yè)的需要和人們的想象力而創(chuàng)造的新的機器人末端執(zhí)行器，將不斷的擴大機器人的應用領域。2.機器人末端執(zhí)行器的重量、被抓取物體的重量及操作力的總和機器人容許的負荷力。因此，要求機器人末端執(zhí)行器體積小、重量輕、結構緊湊。3.機器人末端執(zhí)行器的萬能性與專用性是矛盾的。萬能末端執(zhí)行器在結構上很復雜，甚至很難實現(xiàn)，例如，仿人的萬能機器人靈巧手，至今尚未實用化。目前，能用于生產的還是那些結構簡單、萬能性不強的機器人末端執(zhí)行器。從工業(yè)實際應用出發(fā)，應著重開發(fā)各種專用的、高效率的機器人末端執(zhí)行器，加之以末端執(zhí)行器的快速更換裝置，以實現(xiàn)機器人多種作業(yè)功能，而不主張用一個萬能的末端執(zhí)行器去完成多種作業(yè)。因為這種萬能的執(zhí)行器的結構復雜且造價昂貴。4.通用性和萬能性是兩個概念，萬能性是指一機多能，而通用性是指有限的末端執(zhí)行器，可適用于不同的機器人，這就要求末端執(zhí)行器要有標準的機械接口〔如法蘭〕，使末端執(zhí)行器實現(xiàn)標準化和積木化。5.機器人末端執(zhí)行器要便于安裝和維修，易于實現(xiàn)計算機控制。用計算機控制最方便的是電氣式執(zhí)行機構。因此，工業(yè)機器人執(zhí)行機構的主流是電氣式，其次是液壓式和氣壓式〔在驅動接口中需要增加電-液或電-氣變換環(huán)節(jié)〕。2.5.2設計具體采用方案結合具體的工作情況，本設計采用連桿杠桿式的手爪.這種手爪在活塞的推力下，連桿和杠桿使手爪產生夾緊〔放松〕運動，由于杠桿的力放大作用，這種手爪有可能產生較大的夾緊力。通常與彈簧聯(lián)合使用.驅動活塞往復移動，通過活塞桿端部齒條，中間齒條及扇形齒條使手指張開或閉合。手指的最小開度由加工工件的直徑來調定。本設計按照工件的直徑為50mm來設計。2.6機械手的機械傳動機構的設計2.6.1工業(yè)機器人傳動機構設計應注意的問題機器人是由多級聯(lián)桿和關節(jié)組成的多自由度的空間運動機構。除直接驅動型機器人以外，機器人各聯(lián)桿及各關節(jié)的運動都是由驅動器經(jīng)過各種機械傳動機構進行驅動的。機器人所采用的傳動機構與一般機械的傳動機構相類似。常用的機械傳動機構主要有螺旋傳動、齒輪傳動、同步帶傳動、高速帶傳動等。由于傳動部件直接影響著機器人的精度、穩(wěn)定性和快速響應能力，因此，應設計和選擇滿足傳動間隙小，精度高，低摩擦、體積小、重量輕、運動平穩(wěn)、響應速度快、傳遞轉矩大、諧振頻率高以及與伺服電動機等其它環(huán)節(jié)的動態(tài)性能相匹配等要求的傳動部件。在設計機器人的傳動機構時要注意以下問題：1.為了提高機器人的運動速度及控制精度，要求機器人各運動部件的重量要輕，慣量要小。因此，機器人的傳動機構要力求結構緊湊，重量輕，體積小。2.在傳動鏈及運動副中要采用間隙調整機構，以減小反向空回所造成的運動誤差。3.系統(tǒng)傳動部件的靜摩擦力應盡可能小，動摩擦力應是盡可能小的正斜率，假設為負斜率那么易產生爬行，精度降低，壽命減小。因此，要采用低摩擦阻力的傳動部件和導向支承部件，如滾珠絲杠副、滾動導向支承等。4.縮短傳動鏈，提高傳動與支承剛度，如用預緊的方法提高滾珠絲杠副和滾動導軌副的傳動和支承剛度；采用大扭矩、寬調速的直流或交流伺服電機直接與絲杠螺母副連接，以減小中間傳動機構；絲杠的支承設計采用兩端軸向預緊或預拉伸支承結構等。5.選用最正確傳動比，以到達提高系統(tǒng)分辨率、減少等效到執(zhí)行元件輸出軸上的等效轉動慣量，盡可能提高加速能力。6.縮小反向死區(qū)誤差，如采取消除傳動間隙、減少支承變形等措施。7.適當?shù)淖枘岜?，機械零件產生共振時，系統(tǒng)的阻尼越大，最大振幅就越小，且衰減越快；但大阻尼也會使系統(tǒng)的失動量和反轉誤差增大，穩(wěn)態(tài)誤差增大，精度降低。故在設計時要使傳動機構的阻尼適宜〔參考吳振彪，王正家工業(yè)機器人第4章4.2傳動部件設計〕。齒輪傳動機構在機器人中常用的齒輪傳動機構有圓柱齒輪，圓錐齒輪，諧波齒輪，擺線針輪及蝸輪蝸桿傳動等。機器人系統(tǒng)中齒輪傳動設計的一些問題〔1〕齒輪傳動形式及其傳動比的最正確匹配選擇。齒輪傳動部件是轉矩、轉速和轉向的變換器用于伺服系統(tǒng)的齒輪減速器是一個力矩變換器。齒輪傳動比應滿足驅動部件與負載之間的位移及轉矩、轉速的匹配要求，其輸入電動機為高轉速，低轉矩，而輸出那么為低轉速，高轉矩。故齒輪傳動系統(tǒng)要有足夠的剛度，還要求其轉動慣量盡量小，以便在獲得同一加速度時所需的轉矩小，即在同一驅動功率時，其加速度響應最大。齒輪的嚙合間隙會造成傳動死區(qū)〔失動量〕，假設該死區(qū)是閉環(huán)系統(tǒng)中，那么可能造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，常使系統(tǒng)產生低頻振蕩，因此要盡量采用齒側間隙小，精度高的齒輪；為盡量降低制造本錢，要采用調整齒側間隙的方法來消除或減小嚙合間隙，從而提高傳動精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性?！?〕各級傳動比的最正確分配原那么。當計算出傳動比后，為使減速系統(tǒng)結構緊湊，滿足動態(tài)性能和提高傳動精度的要求，要對各級傳動比進行合理的分配，原那么如下：a．輸出軸轉角誤差最小原那么。為了提高齒輪傳動系統(tǒng)的運動精度，各級傳動比應按“先小后大”的原那么分配，以便降低齒輪的加工誤差、安裝誤差及回轉誤差對輸出轉角精度的影響。設齒輪傳動中各級齒輪的轉角誤差換算到末級輸出軸上的總轉角誤差為，那么〔2-1〕式中：-----第個齒輪所具有的轉角誤差；-----第個齒輪的轉軸至n級輸出軸的傳動比。那么四級齒輪傳動系統(tǒng)的各級齒輪的轉角誤差〔、、...、〕換算到末級輸出軸上的總轉角誤差為〔2-2〕由此可知總轉角誤差主要取決于最末級齒輪的轉角誤差和傳動比的大小。因此，在設計中最末兩級的傳動比應取大一些，并盡量提高其加工精度。b．等效轉動慣量最小原那么。利用該原那么設計的齒輪系統(tǒng)要使換算到電動機軸上的等效轉動慣量最小，各級傳動比也是按照“先小后大”的次序分配，以使其結構緊湊。具體而言有幾點：〔1〕對要求運動平穩(wěn)，起停頻繁和動態(tài)性能好的伺服系統(tǒng)，按最小等效轉動慣量和總轉角誤差最小的原那么來處理?！?〕對于變負載的傳動齒輪系統(tǒng)的各級傳動比最好采用不可約的比數(shù)，防止同期嚙合以降低噪音和振動?！?〕對于提高傳動精度和減小回程誤差為主的傳動齒輪系統(tǒng)，按總轉角誤差最小原那么；對于增速傳動，由于增速時容易破壞傳動齒輪系工作的平穩(wěn)性，應在開始幾級就增速，并且要求每級增速比最好大于1:3，以有利于增加輪系的剛度，減小傳動誤差?！?〕對以比擬大傳動比傳動的齒輪系，往往需要將定軸輪系和行星輪系結合為混合輪系。對于相當大大傳動比、并且要求傳動精度與傳動效率高，傳動平穩(wěn)以及體積小重量輕時。可選用新型的諧波齒輪傳動。(參考孫恒，陳作模，葛文杰主編機械原理)2.6.3設計具體采用方案具體到本設計，因為選用了液壓缸作為機械手的水平手臂和垂直手臂，由于液壓缸實現(xiàn)直接驅動，它既是關節(jié)機構，又是動力元件。故不需要中間傳動機構，這既簡化了結構，同時又提高了精度。而機械手腰部的回轉運動采用步進電機驅動，必須采用傳動機構來減速和增大扭矩。經(jīng)分析比擬，選擇圓柱齒輪傳動，為了保證比擬高的精度，盡量減小因齒輪傳動造成的誤差；同時大大增大扭矩，同時較大的降低電機轉速，以使機械手的運動平穩(wěn)，動態(tài)性能好。這里只采用一級齒輪傳動，采用大的傳動比〔大于100〕，齒輪采用高強度、高硬度的材料，高精度加工制造。2.7機械手驅動系統(tǒng)的設計2.7.1機器人液壓驅動系統(tǒng)特點由于液壓技術是一種比擬成熟的技術，它具有動力大、力〔或力矩〕與慣量比大、快速響應高、易于實現(xiàn)直接驅動等特點。適合于在承載能力大，慣量大以及在防火防爆的環(huán)境中工作的機器人。但是，液壓系統(tǒng)需要進行能量轉換〔電能轉換成液壓能〕，速度控制多數(shù)情況下采用節(jié)流調速，效率比電動驅動系統(tǒng)低，液壓系統(tǒng)的液體泄露會對環(huán)境產生污染，工作噪音也較高。2.7.2工業(yè)機器人驅動系統(tǒng)的選擇原那么設計機器人時，驅動系統(tǒng)的選擇，要根據(jù)機器人的用途、作業(yè)要求、機器人的性能標準、控制功能、維護的復雜程度、運行的功耗、性價比以及現(xiàn)有的條件等綜合因素加以考慮。在注意各類驅動系統(tǒng)特點的根底上，綜合上述各因素，充分論證其合理性、可行性、經(jīng)濟性及可靠性后進行最終的選擇。一般情況下：1.物料搬運〔包括上下料〕使用的有限點位控制的程序控制機器人，重負荷的選擇液壓驅動系統(tǒng)，中等負荷的可選電機驅動系統(tǒng)，輕負荷的可選氣動驅動系統(tǒng)。沖壓機器人多采用氣動驅動系統(tǒng)。2.用于點焊和弧焊及噴涂作業(yè)的機器人，要求具有點位和軌跡控制功能，需采用伺服驅動系統(tǒng)。只有采用液壓或電動伺服系統(tǒng)才能滿足要求。點焊、弧焊機器人多采用電動驅動系統(tǒng)。重負荷的任意點位控制的點焊及搬運機器人選用液壓驅動系統(tǒng)。2.7.3機器人液壓驅動系統(tǒng)液壓系統(tǒng)自1962年在世界上第一臺機器人中應用到現(xiàn)在，已在工業(yè)機器人中獲得了廣泛的應用。目前，雖然在中等負荷以下的工業(yè)機器人中大量采用電機驅動系統(tǒng)，但是在簡易經(jīng)濟型、重型的工業(yè)機器人和噴涂機器人中采用液壓系統(tǒng)的還仍然占有很大的比例。液壓系統(tǒng)在機器人中所起的作用是通過電-液轉換元件把控制信號進行功率放大，對液壓動力機構進行方向、位置、和速度的控制，進而控制機器人手臂按給定的運動規(guī)律動作。液壓動力機構多數(shù)情況下采用直線液壓缸或擺動馬達，連續(xù)回轉的液壓馬達用得很少。在工業(yè)機器人中，中、小功率的液壓驅動系統(tǒng)用節(jié)流調速的為多，大功率的用容積調速系統(tǒng)。節(jié)流調速系統(tǒng)，動態(tài)特性好，但是效率低。容積調速系統(tǒng)，動態(tài)特性不如前者，但效率高。機器人液壓驅動系統(tǒng)包括程序控制和伺服控制兩類。1.程序控制機器人的液壓系統(tǒng)這類機器人屬非伺服控制的機器人，在只有簡單搬運作業(yè)功能的機器人中，常常采用簡易的邏輯控制裝置或可編程控制器對機器人實現(xiàn)有限點位的控制。這類機器人的液壓系統(tǒng)設計要重視以下方面：〔1〕液壓缸設計：在確保密封性的前提下，盡量選用橡膠與氟化塑料組合的密封件，以減小摩擦阻力，提高液壓缸的壽命?！?〕定位點的緩沖與制動：因為機器人手臂的運動慣量比擬大，在定位點前要加緩沖與制動機構或鎖定裝置?！?〕對慣量比擬大的運動軸的液壓缸兩側最好加設平安保護回路，防止因碰撞過載而損壞機械結構?！?〕液壓源應該加蓄能器，以利于多運動軸同時動作或加速運動提供瞬時能量儲藏。2.伺服控制機器人的液壓系統(tǒng)具有點位控制和連續(xù)軌跡控制功能的工業(yè)機器人，需要采用電-液伺服驅動系統(tǒng)。其電-液轉換和功率放大元件有電-液伺服閥，電-液比例閥，電-液脈沖閥等。由以上各類閥件與液壓動力機構可組成電-液伺服馬達，電-液伺服液壓缸，電-液步進馬達，電-液步進液壓缸，液壓回轉伺服執(zhí)行器〔RSA-RotoryServeActuator〕等各種電-液伺服動力機構。根據(jù)結構設計的需要，電-液伺服馬達和電-液伺服液壓缸可以是別離式，也可以是組合成為一體。如果是別離式的連接方式，要盡量縮短連接管路，這樣可以減少伺服閥到液壓機構間的管道容積，以增大液壓固有頻率。在機器人的驅動系統(tǒng)中，常用的電-液伺服動力機構是電-液伺服液壓缸和電-液伺服擺動馬達，也可以用電-液步進馬達。液壓回轉執(zhí)行器是一種由伺服電機，步進電機或比例電磁鐵帶動的一個安放在擺動馬達或連續(xù)回轉馬達轉子內的一個回轉滑閥，通過機械反應，驅動轉子運動的一種電-液伺服機構。它可安裝在機器人手臂和手腕的關節(jié)上，實現(xiàn)直接驅動。它既是關節(jié)機構，又是動力元件。2.7.4設計具體采用方案具體到本設計，在分析了具體工作要求后，綜合考慮各個因素。機械手腰部的旋轉運動需要一定的定位控制精度，故采用步進電機驅動來實現(xiàn)；因為采用液壓執(zhí)行缸來做水平手臂和垂直手臂，故大小臂均采用液壓驅動；同時考慮隨著機床加工的工件的不同，水平手臂伸出長度是不同的。因此，要求水平手臂具有伺服定位能力，故采用電液伺服液壓缸進行驅動。而手爪的張開和夾緊通過液壓柱塞缸活塞與中間齒輪和扇形齒輪配合來實現(xiàn)，即手爪在柱塞缸推力作用下通過活塞桿端部齒條、中間齒輪及扇形齒輪使手指張開和閉合。2.8機器人手臂的平衡機構設計直角坐標型、圓柱坐標型和球坐標型機器人可以通過合理布局，優(yōu)化設計結構，使得手臂本身可能到達平衡。關節(jié)機器人手臂一般都需要平衡裝置，以減小驅動器的負荷，同時縮短啟動時間因為本設計機械手采用圓柱坐標型的結構，而且在手臂的結構設計以及整個機械手的設計和布局中都重點考慮了機械手手臂的平衡問題，通過合理布局，優(yōu)化設計結構，使得手臂本身盡可能到達平衡。假設實際工作中平衡結果不滿足，那么設置彈簧平衡機構彈簧平衡機構，機構簡單、造價低、工作可靠、平衡效果好、易維修，因此應用廣泛進行平衡。3理論分析和設計計算3.1液壓傳動系統(tǒng)設計計算此處省略

NNNNNNNNNNNN字。如需要完整說明書和設計圖紙等.請聯(lián)系

扣扣：九七一九二零八零零另提供全套機械畢業(yè)設計下載！該論文已經(jīng)通過辯論3.1.5確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，他們是設計液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)。壓力決定于外載荷，流量取決于液壓執(zhí)行元件的運動速度和結構尺寸。1.計算液壓缸的總機械載荷根據(jù)機構的工作情況液壓缸所受的總機械載荷為〔3-1〕式中，-----為外加的載荷，因為水平方無外載荷，故為0；------為活塞上所受的慣性力；------為密封阻力；------為導向裝置的摩擦阻力；------為回油被壓形成的阻力；〔1〕的計算〔3-2〕式中，------為液壓缸所要移動的總重量，取為100KG；------為重力加速度，；------為速度變化量；------啟動或制動時間，一般為0.01~0.5，取0.2s將各值帶入上式，得：=1.02〔2〕的計算〔3-3〕式中，-----克服液壓缸密封件摩擦阻力所需空載壓力，如該液壓缸工作壓力<16，查相關手冊取=0.2；------為進油工作腔有效面積；啟動時：565N運動時：=283N〔3〕的計算機械手水平方向上有兩個導桿，內導桿和外導套之間的摩擦力為〔3-4〕式中，------為機械手和所操作工件的總重量，取為100KG；------為摩擦系數(shù)，取f=0.1；帶入數(shù)據(jù)計算得：=98〔4〕的計算回油背壓形成的阻力按下式計算〔3-5〕式中，-----為回油背壓，一般為0.3~0.5，取=0.3-----為有桿腔活塞面積，考慮兩邊差動比為2；將各值帶入上式有，分析液壓缸各工作階段受力情況，作用在活塞上的總機械載荷為。2.手爪執(zhí)行液壓缸工作壓力計算手爪要能抓起工件必須滿足：〔3-6〕式中，-----為所需夾持力；-----平安系數(shù)，通常取1.2~2；-----為動載系數(shù)，主要考慮慣性力的影響可按估算，為機械手在搬運工件過程的加速度，，為重力加速度；-----方位系數(shù)，查表選??；-----被抓持工件的重量30；帶入數(shù)據(jù)，計算得：；理論驅動力的計算：〔3-7〕式中，----為柱塞缸所需理論驅動力；----為夾緊力至回轉支點的垂直距離；-----為扇形齒輪分度圓半徑；-----為手指夾緊力；---齒輪傳動機構的效率，此處選為0.92；其他同上。帶入數(shù)據(jù)，計算得計算驅動力計算公式為：〔3-8〕式中，-----為計算驅動力；---平安系數(shù)，此處選1.2；---工作條件系數(shù)，此處選1.1；其他同上。帶入數(shù)據(jù)，計算得：而液壓缸的工作驅動力是由缸內油壓提供的，故有〔3-9〕式中，---為柱塞缸工作油壓；----為柱塞截面積；經(jīng)計算，所需的油壓約為：3.液壓缸主要參數(shù)確實定針對本設計是一個機械手的特點考慮，機械手系統(tǒng)的剛度及其穩(wěn)定性是很重要的。因此，先從剛度角度進行液壓缸缸徑的選擇，以盡量優(yōu)先保證機械手的結構和運動的穩(wěn)定性、平安性。至于液壓缸的工作壓力和缸的工作速度，放在液壓系統(tǒng)設計階段，通過外部的液壓回路、采用適宜的調速回路和元件來實現(xiàn)。經(jīng)過仔細分析，綜合考慮各方面的因素，初步確定各液壓缸的根本參數(shù)如下；表3-1手爪執(zhí)行柱塞缸參數(shù)缸內徑壁厚直徑行程工作壓力20520803~6注：手爪柱塞缸工作壓力由系統(tǒng)壓力閥調定。表3-2水平伸縮液壓缸參數(shù)缸內徑壁厚桿直徑行程工作壓力6010254001因為伸縮缸的作用主要是實現(xiàn)伸縮直線運動這個運動形式，在其軸向上并不承受顯性的工作載荷〔因為手爪夾持工件，受力方向為垂直方向〕，軸向主要是克服摩擦力矩，其所受的載荷主要是徑向載荷，載荷性質為彎矩，使其產生彎曲變形。而且因為機械手要求具有一定的柔性，水平液壓缸活塞桿要求具有比擬大的工作行程。同時具有比擬大的彎矩和比擬長的行程，這對液壓缸的穩(wěn)定性和剛度問題有較高的要求。因此，在水平伸縮缸的設計上，一是增大其抗彎能力，二是通過合理的結構布局設計，使其具有盡量大的剛度。為了到達這個目的，設計中采用了兩個導向桿，以滿足長行程活塞桿的穩(wěn)定性和導向問題。另一方面，為增大結構的剛度和穩(wěn)定性，將兩個導向桿與活塞桿布局成等邊三角形的截面形式，以增大抗彎截面模量，也大大增加了液壓缸的工作剛度。表3-3垂直液壓缸參數(shù)缸內徑壁厚桿直徑行程工作壓力6010251001因為垂直液壓缸所承受的載荷方式既有一定的軸向載荷，又存在著比擬大的傾覆力矩〔由加工工件的重力引起的〕。作為液壓執(zhí)行元件，滿足此處的驅動力要求是輕而易舉的，要解決的關鍵問題仍然是它的結構設計能否有足夠的剛度來抗傾覆。這里同樣采用了導向桿機構，圍繞垂直升降缸設置四根導桿，較好的解決了這一問題。4.液壓缸強度的較核〔1〕缸筒壁厚的較核當D/時，液壓缸壁厚的較核公式如下：〔3-10〕式中，----為缸筒內徑；----為缸筒試驗壓力，當缸的額定壓力時，取為；----為缸筒材料的許用應力，，為材料抗拉強度，經(jīng)查相關資料取為650，為平安系數(shù)，此處?。粠霐?shù)據(jù)計算，上式成立。因此液壓缸壁厚強度滿足要求?！?〕活塞桿直徑的較核活塞桿直徑的較核公式為〔3-11〕式中，-----為活塞桿上作用力；-----為活塞桿材料的許用應力，此處；帶入數(shù)據(jù)，進行計算較核得上式成立，因此活塞桿的強度能滿足工作要求。3.1.6計算和選擇液壓元件1.液壓泵的計算〔1〕確定液壓泵的實際工作壓力〔3-12〕式中，-------計算工作壓力，前以定為；------對于進油路采用調速閥的系統(tǒng)，可估為〔0.5~1.5〕，這里取為1。因此，可以確定液壓泵的實際工作壓力為〔3-13〕〔2〕確定液壓泵的流量〔3-14〕式中，------為泄露因數(shù)，取1.1；-----為機械手工作時最大流量?！?-15〕經(jīng)計算得=3.140帶入上式得〔3〕確定液壓泵電機的功率〔3-16〕式中，------為最大運動速度下所需的流量，同前，取為3.140；-------液壓泵實際工作壓力，5；------為液壓泵總效率，取為0.8；帶入數(shù)據(jù)計算得：=。2.控制元件的選擇根據(jù)系統(tǒng)最高工作壓力和通過該閥的最大流量，在標準元件的產品樣本中選取各控制元件。3.油管及其他輔助裝置的選擇〔1〕查閱設計手冊，選擇油管公稱通徑、外徑、壁厚參數(shù)液壓泵出口流量以3.140L/MIN計，選取；液壓泵吸油管稍微粗些，選擇；其余都選為；〔2〕確定油箱的容量一般取泵流量的3~5倍，這里取為5倍，有效容積為〔3-17〕3.1.7液壓系統(tǒng)性能的驗算繪制液壓系統(tǒng)圖后，進行壓力損失驗算。因為該液壓系統(tǒng)比擬簡單，該項驗算從略。本系統(tǒng)采用液壓回路簡單，效率比擬高，功率小，發(fā)熱少，油箱容量取得較大，因此，不再進行溫升驗算。3.2電機選型有關參數(shù)計算3.2.1有關參數(shù)的計算因為驅動負載作回轉運動負載額定功率：〔3-24〕負載加速功率：〔3-25〕負載力矩〔折算到電機軸〕：〔3-26〕負載GD〔折算到電機軸〕：〔3-27〕起動時間：〔3-28〕制動時間：〔3-29〕式中，-----為額定功率，KW；-----為加速功率，KW；-----為負載軸回轉速度，r/min；-----為電機軸回轉速度，r/min；-----為負載的速度，m/min；-----為減速機效率；-----為摩擦系數(shù)；-----為負載轉矩〔負載軸〕，；-----為電機啟動最大轉矩，；-----為負載轉矩〔折算到電機軸上〕，；-----為負載的，；-----為負載〔折算到電機軸上〕，；-----為電機的，；具體到本設計，因為步進電機是驅動腰部的回轉，下面進行具體的計算。因為腰部回轉運動只存在摩擦力矩，在回轉圓周方向上不存在其他的轉矩，那么在回轉軸上有；〔3-30〕式中，-----為滾動軸承摩擦系數(shù)，取0.005；-----為機械手本身與負載的重量之和，取100；-----為回轉軸上傳動大齒輪分度圓半徑，R=240；帶入數(shù)據(jù)，計算得=0.12；同時，腰部回轉速度定為=5r/min；傳動比定為1/120；且，帶入數(shù)據(jù)得：=10.45667。將其帶入上〔3-24〕~〔3-30〕式，得：啟動時間；制動時間；折算到電機軸上的負載轉矩為：。3.2.2電機型號的選擇根據(jù)以上結果，綜合考慮各種因素，選擇國產北京和利時電機技術〔原北京四通電機公司〕的步進電機，具體型號為：110BYG550B-SAKRMA-0301該步進電機高轉矩，低振動，綜合性能很好。下列圖為110BYG550B-SAKRMA-0301型步進電機矩頻特性曲線和相關技術參數(shù)。驅動方式：升頻升壓；步距角：0.36°；其中步距角0.36，同時因為腰部齒輪傳動比為1：120，步進電機經(jīng)過減速后傳遞到回轉軸，回轉軸實際的步距角將為電機實際步距角的1/120〔理論上〕，雖然實際上存在著間隙和齒輪傳動非線性誤差，實際回轉軸的最小步距角也仍然是很小的，故其精度是相當高的，完全能滿足機械手上下料的定位精度要求?！矃⒖监囆晴娭骶帣C電傳動控制〕4機械手控制系統(tǒng)的設計機械手的動作有水平手臂的伸縮，垂直手臂的升降，執(zhí)行手爪的加緊與松開以及腰部的旋轉。其中，垂直升降和水平伸縮有液壓實現(xiàn)驅動。而液壓缸又由相應的電磁閥控制。其中，升降分別由雙線圈的兩位電磁閥控制，例如，當下降電磁閥通電時，機械手下降；當下降電磁閥斷電時，機械手下降停止。只有當上升電磁閥通電時，機械手才上升；而當上升電磁閥斷電時，機械手上升停止。而水平方向的伸縮主要由電液伺服閥、伺服驅動器、感應式位移傳感器構成的回路進行調節(jié)控制。而執(zhí)行手爪的加緊與放松，通過柱塞缸與齒輪來實現(xiàn)。柱塞缸由單線圈的電磁閥〔夾緊電磁閥〕來控制，當線圈不通電時，柱塞缸不工作，當線圈通電時，柱塞缸工作沖程，手爪張開，柱塞缸工作回程，手爪閉合。當機械手旋轉到機床上方時并準備下降進行上下料工作時，為了確保平安，必須在機床停止工作并發(fā)出上下料命令時，才允許機械手下降進行作業(yè)。同時，從工件料架上抓取工件時，也要先判斷料架上有無工件可取。機械手的作業(yè)動作流程如圖4-1所示：圖4-1上下料機械手工作流程圖從原點開始，按下啟動鍵，且有上下料命令，那么水平液壓缸開始前伸并進行伺服定位，前伸到位后，停止前伸；——→下降電磁閥通電，同時手爪柱塞缸電磁閥也通電，機械手下降，同時張開手爪，下降到位后碰到下限行程開關，下降電磁閥斷電，下降停止，同時手爪夾緊，抓住工件；——→上升電磁閥通電，機械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止；——→PLC開始輸出高速脈沖，驅動機械手逆時針轉動，當轉過90度到位后，PLC停止輸出脈沖，機械手停止轉動；——→接著下降電磁閥通電，機械手下降，下降到位后，碰到下限行程開關，下降電磁閥斷電，下降停止，機械手到達卡盤中心高度；——→機械手開始水平定位后縮，將工件裝入機床卡盤；——→當工件裝入到位后，卡盤收緊；——→機械手松開手爪，準備離開；——→接著上升電磁閥通電，機械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止；——→PLC啟動高速脈沖驅動機械手作順時針轉動，當轉過90度到位后，PLC停止輸出脈沖，機械手停止轉動，機械手回到原點待命；——→機床進行加工。當數(shù)控機床加工完一個工件時，發(fā)送下料命令給機械手，機械手接到命令后，PLC馬上輸出脈沖驅動機械手逆時針轉動，當轉過90度到位后，PLC停止輸出脈沖，機械手停止轉動；——→下降電磁閥通電，同時手爪柱塞缸電磁閥也通電，機械手下降且張開手爪，下降到位后碰到下限行程開關，下降電磁閥斷電，下降停止且手爪夾緊，夾緊已加工好的工件；——→機床卡盤松開；——→機械手開始前伸，將工件從機床上取出，準備運走；——→上升電磁閥通電，機械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止；——→PLC輸出高速脈沖，驅動機械手順時針轉動，當轉過90度到位后，PLC停止輸出脈沖，機械手停止轉動；——→下降電磁閥通電，機械手下降，下降到位后碰到下限行程開關，下降電磁閥斷電，下降停止；——→接著手爪柱塞缸電磁閥通電，手爪張開，放下工件準備離開；——→接著上升電磁閥通電，機械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止同時手爪也閉合復原；——→接著機械手水平手臂開始后縮，準備回原點，當后縮到位時，后縮停止，機械手回到原點，一個上下料過程結束；——→機械手在原點等待命令，準備下一個工作循環(huán)。機械手的每次循環(huán)都從原點位置開始動作。結論本設計通過對機械設計制造及其自動化專業(yè)大學本科四年所學知識進行整合，完成一個特定功能、滿足特殊要求的數(shù)控機床上下料機械手的設計，比擬好地表達機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)生的理論研究水平、實踐動手能力以及專業(yè)精神和態(tài)度，具有較強的針對性和明確的實施目標，實現(xiàn)了理論和實踐的有機結合。本設計摒棄了照搬照抄國外設計，不具體問題具體分析，不顧具體工作要求，一味仿照國外原型，盲目選擇高精度、高性能、高價格的先進元件和設備，從而導致很多功能根本用不著，“大材小用”，無謂的提高了本錢，造成資源浪費的老設計“套路”和老方法。在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下，將機械手系統(tǒng)中相對獨立的環(huán)節(jié)采用高性價比且相對簡潔的結構形式和控制系統(tǒng)，采用模塊化設計，大量采用標準化、模塊化的通用元配件，從而使本錢大為降低，具有顯著的技術經(jīng)濟性。本機械手能夠實現(xiàn)與數(shù)控機床相配合，實現(xiàn)加工過程中上下料的自動化、無人化。而且，只要把手爪的結構稍作改變,就可實現(xiàn)多種工件的自動上料。它在實際生產中的應用推廣必將提高產品的質量，并且節(jié)約能源，減輕工人的勞動強度，促進生產技術的進步。具有很好的經(jīng)濟效益。綜上，通過近三個月的畢業(yè)設計，經(jīng)過資料的收集、方案的選擇比擬和論證，到分析計算，再到工程圖紙的繪制以及畢業(yè)設計論文的撰寫等各個環(huán)節(jié)，我對大學四本科階段的知識有了一個整體的深層次的理解，同時對工程的理解更加深刻和準確。因此，通過畢業(yè)設計實現(xiàn)了預期目標。致謝這次畢業(yè)設計讓我學到了很多新知識，在此我要感謝我的指導老師……老師，感謝他這些天對我的細心指導，讓我順利的完成了此次設計。輔導老師的教學態(tài)度，和追求科學真理的精神，耐心對我們的指導，永遠值得我學習。在老師的身上我看到了作為老師的偉大和崇高，在我以后的生活和工作中，所有的這一切都會讓我受益。在我四年學習期間，各個認課老師的言傳身教，認真教課，使我學到了扎實的公共根底課程和專業(yè)知識。在此，我感謝老師們，向老師們說一聲：老師，你們辛苦了！同學們的幫助也是很重要的，在完本錢次設計的過程中，與同學一起探討問題也使我學到了很多，是他們讓我感到學習不是一種負擔，而是一種快樂。在彼此的互相幫助中，這一切都讓我的學習、生活變得精彩。在這里，我向各位同窗好友表示衷心的感謝！還要感謝參考文獻中所列參考資料的作者。最后，還要感謝我的母校，是她讓我有了這樣的時機，讓我在此度過了人生中美好的四年。祝愿我的母校明天更美好。.參考文獻[1]許福玲，陳堯明液壓與氣壓傳動[2]鄧星鐘機電傳動控制.步進電機[3]劉劍雄,韓建華.物流自動化搬運機械電系統(tǒng)研究.機床與液壓.2003,(1):126~128[4]徐軼,楊征瑞,朱敏華,溫齊全.PLC在電液比例與伺服控制系統(tǒng)中的應用.機床與液壓.2003,(5):143~144[5]胡學林.可編程控制器(根底篇).北京:電子工業(yè)出版社,2003.[6]胡學林.可編程控制器(實訓篇).北京:電子工業(yè)出版社,2004[7]孫兵,趙斌,施永康.基于PLC的機械手混合驅動控制.液壓與氣動.2005,(3):37~39[8]孫兵,趙斌,施永康.物料搬運機械手的研制.機電一體化.2005,(2):43~45[9]王田苗,丑武勝.機電控制根底理論及應用.北京:清華大學出版社,2003.[10]李建勇.機電一體化技術.北京:科學出版社,2004.[11]王孫安,杜海峰,任華.機械電子工程.北京:科學出版社,2003.[12]姜培剛.蓋玉先.機電一體化系統(tǒng)設計.北京：機械工業(yè)出版社出版，2003.[13]李建勇.機電一體化技術.科學出版社.2004[14]高鐘毓，機電控制工程．北京：清華大學出版社,2002[15]王憲軍,趙存友.液壓傳動.哈爾濱:哈爾濱工程大學出版社,2002.附錄1英語文獻LathesAndIt’sCuttingProcessLathesaremachinetoolsdesignedprimarilytodoturning,facing,andboring.Verylittleturningisdoneonothertypesofmachinetools,andnonecandoitwithequalfacility.Becauselathesalsocandodrillingandreaming,theirversatilitypermitsseveraloperationstobedonewithasinglesetupoftheworkpiece.Consequently,morelathesofvarioustypesareusedinmanufacturingthananyothermachinetool.Theessentialcomponentsofalathearethebed,headstockassembly,tailstockassembly,carriageassembly,andtheleadscrewandfeedrod.Thebedisthebackboneofalathe.Itusuallyismadeofwell-normalizedoragedgrayornodularcastironandprovidesaheavy,rigidframeonwhichalltheotherbasiccomponentsaremounted.Twosetsofparallel,longitudinalways,innerandouter,arecontainedonthebed,usuallyontheupperside.SomemakersuseaninvertedV-shapeforallfourways,whereasothersutilizeoneinvertedVandonefiatwayinoneorbothsets.Theyareprecision-machinedtoassureaccuracyofalignment.Onmostmodemlathesthewaysaresurface-hardenedtoresistwearandabrasion,butprecautionshouldbetakeninoperatingalathetoassurethatthewaysarenotdamaged.Anyinaccuracyinthemusuallymeansthattheaccuracyoftheentirelatheisdestroyed.Theheadstockismountedinafixedpositionontheinnerways,usuallyattheleftendofthebed.Itprovidesapoweredmeansofrotatingtheworkatvariousspeeds.Essentially,itconsistsofahollowspindle,mountedinaccuratebearings,andasetoftransmissiongears--similartoatrucktransmission--throughwhichthespindlecanberotatedatanumberofspeeds.Mostlathesprovidefrom8to18speeds,usuallyinageometricratio,andonmodemlathesallthespeedscanbeobtainedmerelybymovingfromtwotofourlevers.Anincreasingtrendistoprovideacontinuouslyvariablespeedrangethroughelectricalormechanicaldrives.Becausetheaccuracyofalatheisgreatlydependentonthespindle,itisofheavyconstructionandmountedinheavybeatings,usuallypreloadedtaperedrollerorballtypes.Thespindlehasaholeextendingthroughitslength,throughwhichlongbarstockcanbefed.Thesizedthisholeisanimportantdimensionofalathebecauseitdetemtinesthemaximumsizeofbarstockthatcanbemachinedwhenthematerialmustbefedthroughspindle.Thetailstockassemblyconsists,essentially,ofthreeparts.Alowercastingfitsontheinnerwaysofthebedandcanslidelongitudinallythereon,withameansforclampingtheentireassemblyinanydesiredlocation.Anuppercastingfitsontheloweroneandcanbemovedtransverselyuponit,onsometypeofkeyedways,topermitaligningthetailstockandheadstockspindles.Thethirdmajorcomponentoftheassemblyisthetailstockquill.Thisisahollowsteelcylinder,usuallyabout51to76mm(2to3inches)indiameter,thatcanbemovedseveralincheslongitudinallyinandoutoftheuppercastingbymeansofahandwheelandscrew.Thesizeofalatheisdesignatedbytwodimensions.Thefirstisknownastheswing.Thisisthemaximumdiameterofworkthatcanberotatedonalathe.Itisapproximatelytwicethedistancebetweenthelineconnectingthelathecentersandthenearestpointontheways.Thesecondsizedimensionisthemaximumdistancebetweencenters.Theswingthusindicatesthemaximumworkpiecediameterthatcanbeturnedinthelathe,whilethedistancebetweencentersindicatesthemaximumlengthofworkpieeethatcanbemountedbetweencenters.Enginelathesarethetypemostfrequentlyusedinmanufacturing.llleyareheavy-dutymachinetoolswithallthecomponentsdescribedpreviouslyandhavepowerdriveforalltoolmovementsexceptonthecompoundrest.Theycommonlyrangeinsizefrom305to610mtn(12to24inches)swingandfrom610to1219mm(24to48inches)centerdistances,butswingsupto1270mm(50inches)andcenterdistancesupto3658mm(12feet)arenottmcommon.Mosthavechippansandabuilt-incoolantcirculatingsystem.Smallerenginelathes--withswingsusuallynotover330mm(13inches)--alsoareavailableinbenchtype,designedforthebedtobemountedonabenchorcabinet.Althoughenginelathesareversatileandveryuseful,becauseofthetimerequiredforchangingandsettingtoolsandformakingmeasurementsontheworkpiece,theyalenotsuitableforquantityproduction.Oftentheactualchip-productiontimeislessthan30%ofthetotalcycletime.Inaddition,askilledmachinistisrequiredforalltheoperations,andsuchpersonsarecostlyandofteninshortsupply.However,muchoftheoperator'stimeisconsumedbysimple,repetitiousadjustmentsandinwatchingchipsbeingmade.Consequently,toreduceoreliminatetheamountofskilledlaborthatisrequired,turretlathes,screwmachines,andothertypesofsemiautomaticandautomaticlatheshavebeenhighlydevelopedandarewidelyusedinmanufacturing.Theenginelathe,oneoftheoldestmetalremovalmachines,hasanumberofusefulandhighlydesirableattributes.Todaytheselathesareusedprimarilyinsmallshopswheresmallerquantitiesratherthanlargeproductionrunsareencountered.Theenginelathehasbeenreplacedintoday'sproductionshopsbyawidevarietyofautomaticlathessuchasautomatictracerlathes,turretlathes,andautomaticscrewmachines.Alltheadvantagesofsingle-pointtoolingformaximummetalremoval,andtheuseofformtoolsforfinishandaccuracy,arenowatthedesigner'sfingertipswithproductionspeedsonaparwiththefastestprocessingequipmentonthescenetoday.Tolerancesfortheenginelathedependprimarilyontheskilloftheoperator.Thedesignengineermustbecarefulinusingtolerancesofanexperimentalpartthathasbeenproducedontheenginelathebyaskilledoperator.Inredesigninganexperimentalpartforproduction,economicaltolerancesshouldbeused.Productionmachiningequipmentmustbeevaluatednow,morethaneverbefore,intermsofabilitytorepeataccuratelyandrapidly.Applyingthiscriterionforestablishingtheproductionqualificationofaspecificmethod,theturretlathemeritsahighrating.Indesigningforlowquantitiessuchas100or200parts,itismosteconomicaltousetheturretlathe.Inachievingtheoptimumtolerancespossibleontheturretlathe,thedesignershouldstriveforaminimumofoperations.Generally,automaticscrewmachinesfallintoseveralcategories;single-spindleautomatics,multiple-spindleautomaticsandautomaticchuckingmachines.Originallydesignedforrapid,automaticproductionofscrewsandsimilarthreadedpans,theautomaticscrewmachinehaslongsinceexceededtheconfinesofthisnarrowfield,andtodayplaysavitalroleinthemassproductionofavarietyofprecisionparts.Quantitiesplayanimportantpm'tintheeconomyofthepartsmachinedontheautomaticscrewmachine.Quantitieslessthan1000partsmaybemoreeconomicaltosetupontheturretlathethanontheautomaticscrewmachine.Thecostofthepansmachinedcanbereduce