【正文】 產(chǎn)品更新、提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)制造業(yè)的柔性化、增強(qiáng)企業(yè)和國家的競爭力等諸方面具有舉足輕重的地位。在現(xiàn)實生活中，機(jī)械手并不是在簡單意義上代替人的勞動，而是綜合了人的特長和機(jī)器特長的一種擬人的電子機(jī)械裝置。這種裝置既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力。從某種意義上說，機(jī)械手是機(jī)器進(jìn)化過程的產(chǎn)物，是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備。目前，在國內(nèi)很多工廠的生產(chǎn)中圓棒料的搬運(yùn)擺放仍由人工完成，勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低。為了提高生產(chǎn)加工的工作效率,降低成本,并使生產(chǎn)線發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng),適應(yīng)現(xiàn)代自動化大生產(chǎn),針對具體生產(chǎn)工藝,利用機(jī)器人技術(shù)，設(shè)計用一臺裝卸機(jī)械手代替人工工作，以提高勞動生產(chǎn)率。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手也越來越多的地被應(yīng)用。在機(jī)械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機(jī)械加工、裝配、檢驗、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實理。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(yīng)用。在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的意義可以概括如下：一、以提高生產(chǎn)過程中的自動化程度應(yīng)用機(jī)械手有利于實現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)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。二、以改善勞動條件，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(yīng)用機(jī)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(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。三、可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)應(yīng)用機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于應(yīng)用機(jī)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(jī)床的綜合加工自動線上，目前幾乎都沒有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。綜上所述，有效的應(yīng)用機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢。本課題的目的是研究關(guān)于自動換刀氣動伺服機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制的一些普遍性問題。加工中心在工作過程中，需要使用不同的刀具對零件進(jìn)行加工，要求自動換刀氣動伺服機(jī)械手能夠?qū)崿F(xiàn)對刀庫中的刀具抓取、換位和傳送等功能，并且在傳送過程中能實現(xiàn)無級調(diào)速和任意點(diǎn)定位。具體參數(shù)是根據(jù)實驗平臺的總體布局和加工中心刀具為對象選取的，即設(shè)計用于模擬加工中心刀庫與主軸之間選擇性換刀過程的實驗平臺機(jī)械手。當(dāng)然，根據(jù)模塊化和參數(shù)化的原理，機(jī)械手的設(shè)計具有普遍性的意義。對于不同的工作情況，只需選取必要的模塊，對氣動元件和機(jī)械零件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計，即可滿足不同工作條件的設(shè)計要求。課題研究內(nèi)容：工業(yè)機(jī)械手是一種以手部動作為主的機(jī)械手系統(tǒng)。合理的設(shè)計方案是提高機(jī)械手工作性能、優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、降低制造成本的基礎(chǔ)；合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)、可靠的驅(qū)動系統(tǒng)、安全便利的控制方式又是機(jī)械手工作的重要保證。文章采用模塊化設(shè)計思路，將機(jī)械手分為若干個模塊，并對各個模塊分別進(jìn)行設(shè)計，然后把這些模塊拼裝起來組成機(jī)械手，可滿足不同工作條件的需要，對各執(zhí)行元件了分別進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計。本文采用模塊化氣動機(jī)械手，對基座、立柱、手臂、手部等模塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過模塊選擇與組合，以構(gòu)成一定范圍內(nèi)的不同功能或同功能不同性能、不同規(guī)格的系列產(chǎn)品，并且在產(chǎn)品變化或臨時對機(jī)械手進(jìn)行新任務(wù)分配時，可以允許方便地改動或重新設(shè)計其新部件，能很快地投產(chǎn)，降低安裝和轉(zhuǎn)換工作的費(fèi)用，便于機(jī)械手的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和使用。對機(jī)械手的定位控制分析，采用電氣氣壓伺服定位技術(shù)設(shè)計機(jī)械手的驅(qū)動系統(tǒng)，氣動執(zhí)行元件根據(jù)輸入系統(tǒng)的電氣信號而動作，從而驅(qū)動負(fù)載輸出相應(yīng)的物理量。系統(tǒng)采用三菱FX系列 PLC作為控制核心，根據(jù)機(jī)械手的工作流程制定控制方案，實現(xiàn)了機(jī)械手的任意點(diǎn)定位和無級調(diào)速。其主要內(nèi)容包括：掌握三菱FX系列PLC的使用與編程；掌握自動換刀機(jī)械手工作原理； 設(shè)計基于三菱FX系列PLC的自動換刀機(jī)械手控制系統(tǒng)（結(jié)構(gòu)設(shè)計與相應(yīng)的梯形圖程序設(shè)計）。自動換刀機(jī)械手控制要求：設(shè)計下圖結(jié)構(gòu)所示的換刀機(jī)械手，設(shè)計其結(jié)構(gòu)與基于PLC控制的梯形圖。課題研究計劃：查找資料掌握三菱FX系列PLC相關(guān)知識；設(shè)計繪制主電路和PLC控制電路圖；繪制相應(yīng)的零件圖與裝配圖；設(shè)計相應(yīng)PLC梯形圖；上機(jī)調(diào)試；撰寫相應(yīng)畢業(yè)論文，整理相關(guān)圖紙；制作答辯PPT。主要參考文獻(xiàn)：[1]液壓與氣壓傳動/劉延俊 主編 ―：機(jī)械工業(yè)出版社,[2]電氣控制與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)/郁漢琪主編 ―2版 一南京：東南大學(xué)出版社，[3]機(jī)電傳動與控制(第三版)/程憲平 主編 一武漢：華中科技大學(xué)出版社，[4]機(jī)械原理/孫恒，陳作模，葛文杰 主編；西北工業(yè)大學(xué) ：高等教育出版社，[5]機(jī)械設(shè)計（第八版）/濮良貴、紀(jì)名剛主編；西北工業(yè)大學(xué) ：高等教育出版社，[6]：西安建筑科技大學(xué)，2008[7]、分析及控制的研究[D].上海：東華大學(xué)，2006[8]數(shù)控技術(shù) 李斌 李曦 ：華中科技大學(xué)出版社，2010年4月指導(dǎo)教師意見：簽字： 年 月 日領(lǐng)導(dǎo)小組意見：簽字： 年 月 日備注：皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）中期檢查表系別：機(jī)械與電子工程學(xué)院 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化畢業(yè)論文（設(shè)計）題目：自動換刀機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計及PLC控制研究學(xué)生姓名武金鵬學(xué) 號2009011644指導(dǎo)教師翁志剛職 稱講師計劃完成時間：5月底6月初畢業(yè)論文（設(shè)計）的進(jìn)度安排：2012年11月到12月底：查找相關(guān)資料并編寫論文的總體設(shè)計計劃書（同時完成開題報告的編寫）。2013年1～2月：進(jìn)行自動換刀機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)的原理設(shè)計。2013年3～4月：完成自動換刀系統(tǒng)的PLC程序設(shè)計并進(jìn)行上機(jī)調(diào)試。2013年5～6月初：撰寫論文，并準(zhǔn)備論文答辯。完成情況： 已完成論文的總體設(shè)計計劃書的制定，并完成了開題報告的編寫。 已經(jīng)初步完成自動換刀機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)的原理設(shè)計。 自動換刀系統(tǒng)的PLC程序設(shè)計還在進(jìn)行研究中。 5月初回學(xué)校完成論文的撰寫，并準(zhǔn)備論文答辯。指導(dǎo)教師意見： 年 月 日備注：皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）指導(dǎo)教師意見表系別：機(jī)械與電子工程學(xué)院 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化畢業(yè)論文（設(shè)計）題目：自動換刀機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計及PLC控制研究學(xué)生姓名武金鵬學(xué) 號2009011644指導(dǎo)教師翁志剛職 稱講師指導(dǎo)教師評語：論文選題符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，能夠達(dá)到綜合訓(xùn)練目標(biāo)，題目有一定難度，工作量較大，具有參考價值。該生查閱文獻(xiàn)資料能力較強(qiáng)，能較為全面收集關(guān)于自動換刀機(jī)械手設(shè)計的資料，寫作過程中能綜合運(yùn)用所學(xué)知識，全面分析該設(shè)計方面的問題，綜合運(yùn)用知識能力較強(qiáng)。文章篇幅和格式基本上符合學(xué)院規(guī)定，內(nèi)容較為完整，層次結(jié)構(gòu)安排科學(xué)合理，主要觀點(diǎn)突出，邏輯關(guān)系清楚。文題相符，論點(diǎn)突出，論述緊扣主題,語言表達(dá)不是很流暢。但格式不太符合規(guī)范要求；參考的文獻(xiàn)資料不夠多。符合答辯要求，準(zhǔn)予答辯。 畢業(yè)論文（設(shè)計）分工情況：（多人合作時填寫，包括本人研究的內(nèi)容及其在課題中所占份量）根據(jù)論文設(shè)計任務(wù)書，開題報告要求，并在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，該生獨(dú)立完成畢業(yè)論文設(shè)計任務(wù)。 指導(dǎo)教師評定等級指導(dǎo)教師簽字：2013年6月5日皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）評閱教師意見表系別：機(jī)械與電子工程學(xué)院 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化畢業(yè)論文（設(shè)計）題目：自動換刀機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計及PLC控制研究學(xué)生姓名武金鵬學(xué) 號2009011644評閱教師杜成濤職 稱講師評閱教師評語：該論文按論文設(shè)計方案和指導(dǎo)教師的修改意見完成了論文撰寫，該論文立論正確、設(shè)計合理，層次較清晰；摘要簡練完整，論文結(jié)構(gòu)相應(yīng)符合要求；文理較通順，用語基本符合規(guī)范，邏輯性較強(qiáng)。在設(shè)計方面有很好的立意和創(chuàng)新，設(shè)計思路合理正確，條理清楚。但缺乏一些必要的計算過程，引用他人結(jié)論、設(shè)計時并未詳細(xì)注明其出去。該論文總體符合本科畢業(yè)論文的答辯要求，準(zhǔn)予答辯。 評閱教師評定等級評閱教師簽字：2013年6月5日備注：皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）評閱教師意見表系別：機(jī)械與電子工程學(xué)院 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化畢業(yè)論文（設(shè)計）題目：自動換刀機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計及PLC控制研究學(xué)生姓名武金鵬學(xué) 號2009011644評閱教師吳從兵職 稱講師評閱教師評語：論文表明，該同學(xué)閱讀了較多的參考文獻(xiàn)，對該研究領(lǐng)域較熟悉，具備了一定的文獻(xiàn)綜述能力。論文語言較通順，結(jié)構(gòu)合理，基本觀點(diǎn)正確，給出的相關(guān)設(shè)計分析有一定的參考價值。論文表明，該同學(xué)專業(yè)知識掌握較好，語言文字功底扎實，具備一定的獨(dú)立從事科研的能力，達(dá)到了本科生的培養(yǎng)目標(biāo)，但該同學(xué)未能夠?qū)⒋舜卧O(shè)計與其它相關(guān)領(lǐng)域結(jié)合起來，缺乏一定的發(fā)散思維。綜合以上分析，該文達(dá)到了學(xué)士學(xué)位論文水平，同意該生參加畢業(yè)論文答辯。 評閱教師評定等級評閱教師簽字：2013年6月5日備注：皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）答辯記錄表（小組答辯）系別：機(jī)械與電子工程學(xué)院 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化畢業(yè)論文（設(shè)計）題目：自動換刀機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計及PLC控制研究學(xué)生姓名武金鵬學(xué) 號2009011644指導(dǎo)教師翁志剛職 稱講師答辯小組成員簽字：答辯記錄：杜成濤老師：如何判斷機(jī)械手已經(jīng)將刀具夾緊？答：應(yīng)采用壓力傳感器來檢測機(jī)械手是否將刀具夾緊，而不是用限位開關(guān)來實現(xiàn)。吳從兵老師：機(jī)械手的自由度有幾個？分別是怎么運(yùn)動的？答：根據(jù)任務(wù)書要求，本次設(shè)計機(jī)械手具有三個自由度，分別是：立柱的升降與回轉(zhuǎn)、水平方向上的伸縮、小臂的短行程升降。翁志剛老師：為什么機(jī)械手采用氣壓驅(qū)動而不是液壓驅(qū)動？答：因為采用氣壓驅(qū)動具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，氣體選取方便，并且干凈環(huán)保。(2)在管路中壓縮空氣流動速度比較快，所以該系統(tǒng)動作響應(yīng)比較快。（3）與液壓控制系統(tǒng)相比，其工作壓力比較低。同時液壓系統(tǒng)由于產(chǎn)生泄露而造成運(yùn)動精度不高。同時系統(tǒng)發(fā)熱量比較大，很難找出小的故障。答辯小組評語：該機(jī)械手的設(shè)計，得到了有意義的、深刻的結(jié)果，有一定的創(chuàng)新性，表明該同學(xué)基礎(chǔ)扎實，具有較強(qiáng)的分析論證能力和綜合應(yīng)用能力，得到很好的科研訓(xùn)練。在論文答辯過程中，能簡明扼要、重點(diǎn)突出地闡述所撰寫論文的研究背景和科學(xué)意義、主要結(jié)論和創(chuàng)新工作，對答辯小組提出的問題能準(zhǔn)確回答，概念清晰，思維敏捷，邏輯性強(qiáng)。答辯小組評定等級答辯小組組長簽字：2013年6月7日XII