【正文】 、剛性高 ： 滾珠絲杠副可以加予壓 ,由于予壓力可使 軸向間隙 達(dá)到負(fù)值 ,進(jìn)而得到較高的剛性 (滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力 ,在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí) ,由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強(qiáng) )。但是帶傳動(dòng)有彈性滑動(dòng)和打滑，使效率降低和不能保持準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，并且?guī)У膲勖^短。考慮到該機(jī)械手主要是傳遞運(yùn)動(dòng)，所傳遞的動(dòng)力很小，工件的質(zhì)量也很小，所以主要計(jì)算其所受的重力，將結(jié)果乘以 倍為負(fù)載的大小。擺動(dòng)氣缸根據(jù)結(jié)構(gòu)不同可以分為齒輪齒條式和葉片式兩種方式。 負(fù)載率 ? ：指氣缸軸向負(fù)載力 F與氣缸理論輸出力 F1之比。 氣缸的基本組成和原理 氣缸的組成：氣缸主要由缸體，活塞，活塞桿，前后端蓋，密封裝置組成部分氣缸還有磁環(huán)等 氣缸的基本原理 :氣缸的基本原理為通過壓力的空氣推動(dòng)活塞移動(dòng)，活塞桿連接在活塞上隨活塞一起運(yùn)動(dòng)，活塞桿連接執(zhí)行件，通過改變進(jìn)氣方向，改變活塞桿的移動(dòng)方向從而改變執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。氣動(dòng)技術(shù)相對(duì)于液壓技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn) : ，成本低廉、 取用方便，使用安全性高，適用于易燃易爆等場(chǎng)合， ，空氣使用后可直接排放，不會(huì)造成二次污染，配件價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用更換成本較低。轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力一般為電機(jī)，可以由電機(jī)提供動(dòng)力，電機(jī)軸直接帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn) 90 度。選材要考慮到其零件的使用性、制造過程及成本等幾個(gè)方而，應(yīng)滿足以下要求 : 1)使用性 在機(jī)器零件的設(shè)計(jì)上，通過分析零件工作條件和失效形式，對(duì)力學(xué)性能進(jìn)行分析，是使用性能的一個(gè)重點(diǎn)。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展及 PLC編程技術(shù)的迅速普及，其加工時(shí)間要縮短 到一分鐘以內(nèi)，為適應(yīng)機(jī)床高精度、高效率的加工要求，發(fā)展自動(dòng)上下料已成為必然趨勢(shì)。一是檢淵把握物體手臂的變形，以決定適當(dāng)?shù)奈樟?:另一種是直接檢測(cè)指部與物件的滑動(dòng)位移來修正握力。可通過技術(shù)革新、功能開發(fā)、降低成本、提高效率等諸多方法解決這一問題。機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu) (如連桿、凸輪等 )驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的。其優(yōu)點(diǎn)在于動(dòng)作迅速，并可以一次動(dòng)作同時(shí)完成上料和卸料雙重功能，同時(shí)對(duì)于空間的占用較?。蝗秉c(diǎn)在于其機(jī)械手臂長(zhǎng)度固定，動(dòng)作單一，因此只能實(shí)現(xiàn)固定工位的上下料，且氣爪與使用對(duì)象及其尺寸一一對(duì)應(yīng)，因此具有專一性，適合于運(yùn)用于機(jī)床內(nèi)部使用。它的作用是支承腕部和手部（包括工件或工具 )，并動(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。 機(jī)械手是模仿人手的動(dòng)作過程，按編制程序、軌跡及參數(shù)要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取等操作的自動(dòng)機(jī)械裝置，能夠進(jìn)行物料搬運(yùn)等工作的。通過本次設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)械手用于數(shù)控車床的設(shè)計(jì)步驟和方法有系統(tǒng)認(rèn)識(shí)，能夠根據(jù)其動(dòng)作設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)適用的機(jī)械手，并且對(duì)氣缸的結(jié)構(gòu)和工作原理全面的掌握。伴隨工業(yè)技術(shù)及控制理論的不斷發(fā)展，研制了能夠按程序要求獨(dú)立的控制機(jī)械手，適用范圍廣泛的，簡(jiǎn)稱為“通用程控機(jī)械手”。氣動(dòng)式速度快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。 2)氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手。機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用感應(yīng)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或直線電機(jī)直接馭動(dòng)運(yùn)動(dòng)的。本課題著眼于氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)、自動(dòng)裝卸的機(jī)械手的設(shè)計(jì)。 這種具有感知能力并能對(duì)感知的信息做出反應(yīng)的工業(yè)機(jī)械手稱為智能機(jī)械手，它是有發(fā)展前途的。隨著數(shù)控機(jī)床向高速高精度方向的不斷發(fā)展，利用機(jī)械手代替人工實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料已成為一種發(fā)展趨勢(shì)。零件壽命、重量、研究費(fèi)、加工費(fèi)、維修費(fèi)都會(huì)涉及總體成本，材料價(jià)格的高低是選材重要的經(jīng)濟(jì) 性指標(biāo)。方案二由氣壓提供動(dòng)力，直接用氣缸就能實(shí)現(xiàn)功能，機(jī)械手不會(huì)變的龐大，氣動(dòng)本來就很便宜，這也節(jié)約了成本。能持續(xù)進(jìn)行工作，過載工作時(shí)能自動(dòng)減壓 (泄氣 )而停止工作，充氣加壓后可繼續(xù)工作，不會(huì)對(duì)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生影響。 ：僅一端活塞桿，從活塞一側(cè)供氣聚能產(chǎn)生氣壓，氣壓推動(dòng)活塞產(chǎn)生推力伸出，靠彈簧或自重返回。根據(jù)氣缸的潤(rùn)滑方式，有給油潤(rùn)滑氣缸和無給油潤(rùn)滑氣缸，根據(jù)氣缸的選型方法，可知本次機(jī)械手上下料設(shè)計(jì)中氣缸的選擇是關(guān)鍵！ 氣爪的設(shè)計(jì) 氣爪的介紹 氣爪即是氣動(dòng)手爪，是一種變形氣缸。 葉片式擺動(dòng)氣缸體積小，重量最輕，但制造精度要求高，密封困難，泄漏是較大，而且動(dòng)密封接觸面積大，密封件的摩擦阻力損失較大，輸出效率較低，小于 80℅因此，在應(yīng)用上受到限制，一般只用在安裝位置受到限制的場(chǎng)合，如夾具的回轉(zhuǎn)，閥門開閉及工作臺(tái)轉(zhuǎn)位等。 螺釘?shù)倪x?。焊鶕?jù)《畫法幾 何及工程制圖》 附錄表 8 選擇內(nèi)六角頭螺釘（ GB/T ） 螺釘為 M6 12 全螺紋，數(shù)量為 8 個(gè)。 所以這里用到伺服電機(jī)和滾珠絲桿的結(jié)合，能夠保證上下料的精度要求，同時(shí)也能保證速度快的要求。 對(duì)于機(jī)械 手的抓取操作及其在上料和卸料的時(shí)候，考慮到其工作的精準(zhǔn)性，所以提供的動(dòng)力源也要運(yùn)行精確，保證加工的產(chǎn)品在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，在保證其質(zhì)量的情況下，快速的完成，為工人師傅們節(jié)約更多的時(shí)間。滾珠在循環(huán)過程中有時(shí)與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)；始終與絲杠保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。因?yàn)檫@里氣缸主要用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上下運(yùn)動(dòng)，考慮到行程略長(zhǎng)，所以參考雙軸氣缸的原理，上下運(yùn)動(dòng)的時(shí)候需要保證足夠的導(dǎo)向，使活塞桿不發(fā)生偏移，所以在中間設(shè)計(jì)一個(gè)導(dǎo)桿，這樣就能保證活塞不偏移，提高精度。此次齒輪的材料選擇 CrMnTi20 。制動(dòng)塊 6限制工件行程，定位銷 13 保證直線導(dǎo)軌不錯(cuò)位。做往復(fù)擺動(dòng)的氣缸稱擺動(dòng)氣缸，由葉片將內(nèi)腔分隔為二，向兩腔 交替供氣，輸出軸做擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)角小于 280176。氣動(dòng)裝置在現(xiàn)今自動(dòng)化工業(yè)中地位十分重要。氣動(dòng)技術(shù)近年發(fā)展迅速，其關(guān)鍵部分是氣動(dòng)元件。 20 機(jī) 械手右移 1000mm 21 機(jī)械手下移 200mm 22 機(jī)械手指松開 / 23 機(jī)械手上移 200mm 24 機(jī)械手翻轉(zhuǎn) 90176。便于后期的維修更換。然而，利用機(jī)械手或類似機(jī)械設(shè)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)被手的應(yīng)用必將會(huì)飛躍發(fā)展。先進(jìn)的視覺傳感器、觸覺傳感器和聽覺傳感器，促使機(jī)械手逐漸向智能化方向發(fā)展和推進(jìn) 。運(yùn)動(dòng)軌跡不受點(diǎn)位制約，可以在空間范圍內(nèi)進(jìn)行任意曲線運(yùn)動(dòng)，控制器控制整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程，運(yùn)動(dòng)過程平穩(wěn)且準(zhǔn)確，電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)繁瑣，此類機(jī)械手主要采用計(jì)算機(jī)輔助控制，應(yīng)用范圍廣泛。能夠儲(chǔ)存能量，以便應(yīng)急使用。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)數(shù)字控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。 腕部：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) )。集成氣動(dòng)、液壓、數(shù)控、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多學(xué)科的綜合技術(shù)，可通過計(jì)算機(jī)編程，設(shè)定三維空間內(nèi)任意運(yùn)動(dòng)軌跡，是適合自動(dòng)化生產(chǎn)線的典型機(jī)電一體化設(shè)各。 在工業(yè)生產(chǎn)中機(jī)械手也稱為“工業(yè)機(jī)器人”。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、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。 三：控制系統(tǒng)：有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式。氣缸具有模塊性，方便對(duì)現(xiàn)有機(jī) 器進(jìn)行改裝。 2)軌跡控制。第三，傳感器在機(jī)械手中發(fā)揮了十分重要的作用，不僅運(yùn)用了傳統(tǒng)的速度傳感器、位置傳感器等，同時(shí)也引進(jìn) J39。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。一般應(yīng)滿足以下要求 : 1)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)完全保證零件尺寸標(biāo)準(zhǔn)化和互換性。 13 機(jī)械手下移 200mm 14 機(jī)械手少量左移 6mm 15 車床頂針進(jìn) / 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 16 車床夾頭緊 / 17 機(jī)械手指松 / 18 機(jī)械手上移 200mm 19 機(jī)械手翻轉(zhuǎn) 90176。其實(shí)動(dòng)力源還有很多，比如液壓、電動(dòng)力馬達(dá)，之所以選擇氣動(dòng)，是 因?yàn)榇诵⌒蜋C(jī)械手中手爪的夾緊力和驅(qū)動(dòng)力都不是很大，氣壓傳動(dòng)完全可以滿足工作要求，加上氣壓傳動(dòng)有 能量?jī)?chǔ)存簡(jiǎn)單而且可以產(chǎn)生高速動(dòng)作；氣體容易壓縮，并且無污染，釋放后可以循環(huán)利用；生產(chǎn)成本價(jià)格低廉，體積小，重量輕，輸出質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)，所以主要是對(duì)氣缸的選型計(jì)算 氣壓傳動(dòng)簡(jiǎn)介 氣壓傳動(dòng)技術(shù) (Pneumatics)是以壓縮空氣為介質(zhì)，對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)進(jìn)行能 量傳遞及控制的一門技術(shù)，簡(jiǎn)稱為氣動(dòng)技術(shù)。 國(guó)外將氣動(dòng)稱為“廉價(jià)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)”。它把壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為活塞高速（ 10～ 20米秒）運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，借以做功。 因此，根據(jù)手動(dòng)氣爪的這些功能和設(shè)計(jì)要求，參考平開直線式手爪的原理，其結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)原理如下： 圖 32 氣爪 當(dāng) A 口進(jìn)氣 B口排氣時(shí)，氣缸活塞桿 2伸出，通過杠桿 3繞杠桿軸 7 回轉(zhuǎn)，帶動(dòng)兩個(gè)手指 5 通過一組鋼球 11 在導(dǎo)軌 4 上做外直線運(yùn)動(dòng)，兩手指便張開，松開工件。需精加工的齒輪目前多是先切齒，再做表面硬化處，最后是進(jìn)行精加工。 在雙軸氣缸的原理基礎(chǔ)上，結(jié)合本次設(shè)計(jì)的具體要求，對(duì)雙軸氣缸做了一點(diǎn)改進(jìn)，將導(dǎo)桿放在中間，兩邊分別為活塞桿，在雙軸氣缸的原理上增加了一個(gè)活塞桿。 常用第三章 各部分詳細(xì)設(shè)計(jì) 28 的循環(huán)方式有兩種：外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)。 本次設(shè)計(jì)主要采用的是 FANUC 系統(tǒng)伺服電機(jī)，從驅(qū)動(dòng)電壓上看可以分為低壓（ 200V）與電機(jī)與高壓（ 400V）電機(jī)。 滾珠絲桿的選擇 滾珠絲桿是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想的產(chǎn)品。螺釘?shù)燃?jí)為 級(jí)的中碳鋼。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 1．葉片葉子 2. 轉(zhuǎn)子 3. 定子 4. 缸體 圖 35 葉片式擺動(dòng)氣缸 齒輪齒條式氣缸：齒輪齒條式擺動(dòng)氣缸是通過連接在活塞上的齒條使齒輪回轉(zhuǎn)的一種擺動(dòng)氣缸 ，其結(jié)構(gòu)原理如下圖所示。它用來抓取物體，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的各種 動(dòng)作，氣動(dòng)手爪常用于搬運(yùn)。 ，在一個(gè)或兩個(gè)方向輸出力。 。氣缸的選擇同樣在氣缸的種類里面能夠找到合適的解決方案。確保零件的使用、工藝性能基礎(chǔ)之上，降低材料價(jià)格，壓縮成本以增加經(jīng)濟(jì)效益更大化，提高市場(chǎng)上產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，是工程設(shè)計(jì)中一貫堅(jiān)持的重要原則。在近年來的國(guó)際機(jī)床 展覽會(huì)上，國(guó)外高檔加工中心與數(shù)控機(jī)床已普遍采用機(jī)器人自動(dòng)上下料裝置，國(guó)內(nèi)機(jī)床廠商也開始關(guān)注和著手進(jìn)行相關(guān)技術(shù)和裝置的研發(fā)，其中，機(jī)床自動(dòng)上下料系統(tǒng)的快速、高精度和良好的適應(yīng)性成為技術(shù)難點(diǎn)。 現(xiàn)在，工業(yè)機(jī)械手的使用范圍只限于在簡(jiǎn)單重復(fù)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)的工作，在惡劣環(huán)境下尤其明 顯。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 機(jī)械手在國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 從國(guó)內(nèi)外所有機(jī)械手的發(fā)展現(xiàn)狀來看，在現(xiàn)階段，對(duì)機(jī)械手的研究和開發(fā)已趨于高潮，機(jī)械手的發(fā)展現(xiàn)狀與 動(dòng)態(tài)，可以總結(jié)為 :第一，模塊化與可重構(gòu)化是現(xiàn)階段機(jī)械架構(gòu)發(fā)展的主要?jiǎng)酉?。其特點(diǎn) :無需轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)、行程較長(zhǎng)、維護(hù)簡(jiǎn)單。機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)是以壓縮空氣驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的。采用點(diǎn)位控制或機(jī)械擋塊定位時(shí)，有較高的重復(fù)定位精度，但臂力一般在 300N以下。由于通用程控機(jī)械手土作程序能夠隨時(shí)改變，適應(yīng)性強(qiáng)，所以在加上品種多樣、批量中小的生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞 ：數(shù)控車床；機(jī)械手；氣動(dòng)元件；伺服電機(jī) ABSTRACT II ABSTRACT This design mainly aims at the manipulator of the CNC lathe processing rotor of loading process, and analysis the motion process of workpiece by the production line to the workbench. Mainly adopts pneumatic ponents, gas, manipulator grasping and flip functions such as oscillating cylinder, servo motor and ball screw is used to implement manipulator transverse shift, in order to realize the movement of the scheme. Through the design of manipulator used in CNC lathe design steps and methods of syste matic knowledge, according to its design manipulator that economy is applicable, and the cylinder of the structure and working principle of the prehensive control. Keywords: Numerical control lathe； manipulator； Pneumatic ponents； Servo motor 目錄 1 目錄 摘要 .............................................................................................................................................I ABSTRACT ............................................................................................................................. II 第一章 緒論 ..