【正文】 的行程時，要確定工作的移動距離，考慮工作狀況是滿行程還第三章 各部分詳細設(shè)計 14 是預(yù)留行程，當行程超過工作狀況的最長行程的時候，要考慮活塞桿的剛度，可以選擇支撐導向或者選擇特殊氣缸。 理論輸 出力：理論輸出力是指在氣缸處于靜止狀態(tài)下，作用在活塞有效截面積上的氣體產(chǎn)生的壓力或推力。四川理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 圖 31 氣缸 氣缸的選擇原則方法 負載力 f: 負載力是由工件產(chǎn)生的力，是氣缸所帶動負載產(chǎn)生的外力。此外，還有回轉(zhuǎn)氣缸、氣液阻尼缸和步進氣缸等 氣缸的分類：氣缸可以分為 直線運動往復(fù)運動的氣缸、擺動運動的擺動氣缸、氣爪等。做往復(fù)擺動的氣缸稱擺動氣缸，由葉片將內(nèi)腔分隔為二，向兩腔 交替供氣，輸出軸做擺動運動，擺動角小于 280176。 ：這是一種新型元件。 ：用膜片代替活塞，只在一個方向輸出力，用彈簧復(fù)位。 ：僅一端活塞桿，從活塞一側(cè)供氣聚能產(chǎn)生氣壓，氣壓推動活塞產(chǎn)生推力伸出，靠彈簧或自重返回。 氣缸的種類： 氣缸有做往復(fù)直線 運動的和做往復(fù)擺動的兩類。 失效形式 :活塞卡死，不動作 。其發(fā)展趨勢正在向微型化、模塊化方向發(fā)展。由于氣動技術(shù)本身具備的特性，特別是其優(yōu)點突出，使其在各工業(yè) 自動化部門應(yīng)用日益廣泛。氣動裝置在現(xiàn)今自動化工業(yè)中地位十分重要。 ，延遲、失真情況明顯，不便用于需要高速、精確傳遞，信號傳送距離有限。 氣動技術(shù)相對于液壓技術(shù)缺點如下 : ，除去其雜質(zhì)并進行干燥。能持續(xù)進行工作，過載工作時能自動減壓 (泄氣 )而停止工作，充氣加壓后可繼續(xù)工作，不會對機構(gòu)產(chǎn)生影響。 ，以便應(yīng)急使用。 ，勞動者不需通過高端培訓即可熟練掌握。 液壓與氣動是兩種應(yīng)用廣泛的傳動技術(shù)，兩者相對比，各有優(yōu)缺點。氣動技術(shù)傳遞信號和能量的介質(zhì)主要是空氣，通過空氣壓縮產(chǎn)生的氣壓進行控制的一門技術(shù)，主要是氣動控制和氣壓傳動兩部分內(nèi)容。氣動技術(shù)近年發(fā)展迅速，其關(guān)鍵部分是氣動元件。由于需要在工件在安裝時保證良好的精度和定位要求，所以需要選擇高精度的傳動原件，并且來回行程很長，為了節(jié)約工件在傳送過程中的時間的不必要浪費，所以選擇用私服電機提供動力，滾珠絲桿傳動保證精度和傳送速度！ 根據(jù)以上各部分傳動選擇好的傳動原件，將工件和傳動原件用連接件連接起來就可以保證其運動方式，然后再對各部分進行尺寸，形狀和精度的精確設(shè)計，即可完成對數(shù)控車床的上下料要 求！ 四川理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 第三章 各部分詳細設(shè)計 由于本次設(shè)計主要采用的是氣動元件，在機械手設(shè)計的時候選擇的是氣缸。選用氣缸提供動力，根據(jù)《氣缸的工作原理及應(yīng)用入門》選擇回轉(zhuǎn)氣缸來實現(xiàn)功能！ c）工件沿 Z軸上下移動：動力源由氣動提供，根據(jù)《氣缸的工作原理及應(yīng)用入門》選擇雙軸氣缸實現(xiàn)工件的上下移動！ d）工件沿 x軸的來回移動：該運動過程是直線運動， 能夠直接實現(xiàn)直線運動的有很多方式，比如帶傳動，或是曲柄滑塊機構(gòu)的運動。方案二由氣壓提供動力，直接用氣缸就能實現(xiàn)功能，機械手不會變的龐大，氣動本來就很便宜，這也節(jié)約了成本。擺動氣缸就是其中的一種，所以選擇擺動氣缸來實現(xiàn)目的要求。也可以在中間加一傳動件，比如齒輪傳動，由齒輪的齒數(shù)來控制其旋轉(zhuǎn)角度，實現(xiàn)目的要求。 下面就幾個過程分別設(shè)計其運動實現(xiàn)方案： a）工件的夾緊和松開過程：根據(jù)任務(wù)書要求選擇用氣動元件，又考慮到該過程不需要提供很大的動力，僅需簡單，方便的元件就可以完成，考慮到大部分氣動元件都是氣缸，所以選擇用氣缸來提供動力，再根據(jù)工件為直徑 30mm 的轉(zhuǎn)子，質(zhì)量為 ，需要完成對轉(zhuǎn)子的夾緊和松開兩個動作，根據(jù)《工業(yè)機械手設(shè)計》選擇用氣爪來實現(xiàn)動作要求！ b）工件沿 y軸翻轉(zhuǎn) 90度過程： 方案一：這個過程需要將機械 手翻轉(zhuǎn) 90 度，選擇轉(zhuǎn)動的元件實現(xiàn)功能。根據(jù)機械手運動的過程，完成具體動作，選擇完成基本運動的傳動件。 20 機 械手右移 1000mm 21 機械手下移 200mm 22 機械手指松開 / 23 機械手上移 200mm 24 機械手翻轉(zhuǎn) 90176。 6 機械手下移 200mm 7 機械手 2爪夾緊 / 8 車床的頂針退 / 9 車床的夾頭松開 / 10 機械手右移（少量） 6mm 11 機械手上移 200mm 12 機械手翻轉(zhuǎn) 90176。 第二章 機械手設(shè)計方案 8 機械手上下料系統(tǒng)要求 按照工廠的實際生產(chǎn)要求，數(shù)控車削轉(zhuǎn)子的機械手上下料系統(tǒng)需要自動實現(xiàn)上料并且將加工完成的工件自動取下來然后將加工好的工件放到傳送帶上完成輸送功能。零件壽命、重量、研究費、加工費、維修費都會涉及總體成本，材料價格的高低是選材重要的經(jīng)濟 性指標。這項指標也會對經(jīng)濟型產(chǎn)生影響。 2)工藝性 通過工藝性能分析，對加工形式進行分析設(shè)定。 機械手的設(shè)計再考慮到零 件結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，還要考慮到其材料工藝的選擇。 3)在滿足零件設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，同時考慮到零件制造、加工、裝配的整體工藝路線。便于后期的維修更換。產(chǎn)品的質(zhì)量和成本會受到工藝要求的影響。本課題針對企業(yè)實際生產(chǎn)和發(fā)展需要，研究與開發(fā)數(shù)控外圓精車的機械手自動上下料系統(tǒng)，對促進國產(chǎn)高端制造裝備水平的提高無疑具有重要的研究與應(yīng)用價值，使系統(tǒng)的效率明顯的上一個臺階。隨著數(shù)控機床向高速高精度方向的不斷發(fā)展，利用機械手代替人工實現(xiàn)自動上下料已成為一種發(fā)展趨勢。因此車削轉(zhuǎn)子外圓的上下料系統(tǒng)要滿足快速性和高精度的雙重特性。精車外圓是在數(shù)控車床中進行，要求機床的轉(zhuǎn)速高，使用雙道具進行車削。 因此上料的時候，必須保證工件的定位精度，又要確保每次上料的一致性，傳統(tǒng)的人工上料不僅勞動強度很大，上料精度也很不好控制。在電機運行過程中，電機的氣隙通過設(shè)計的很?。庀洞磐ㄔ叫‰姍C的性能越好），一般不大于 毫米，如果轉(zhuǎn)子或者軸承稍有偏心，輕則使氣隙磁通不均勻而影響電機的出力大小及其均勻程度，重則使轉(zhuǎn)子與定子的摩擦，使電機的消耗增加，出力減少，溫度增高，重則不能工作而 燒毀電機。然而，利用機械手或類似機械設(shè)省人力和實現(xiàn)生產(chǎn)合理化的要求，今后還會持續(xù)增長，只要技術(shù)方面和價格方面存在的問題獲得解決，機被手的應(yīng)用必將會飛躍發(fā)展。其原因之一是，工業(yè)機械手的性能還不能滿足這些部門的要求，適于機械手工作的范圍很狹小。至于在汽車工業(yè)和電子工業(yè)之類的費工的工業(yè)部門，機械手的應(yīng)用情況決不能說是很好的。 這種具有感知能力并能對感知的信息做出反應(yīng)的工業(yè)機械手稱為智能機械手，它是有發(fā)展前途的。 3) 能自動避開障礙物。因此，這種機械手就具有以下幾個方面的性能 : 1) 能準確地抓取方位變化的物體。為防止握 力過大引起物件損壞或握力過小引起物件滑落下來，一般采用兩種方法 。 機械手的技術(shù)發(fā)展方向 國內(nèi)外實際上使用的定位控制的機械手，沒有“視覺”和“觸角’反饋。先進的視覺傳感器、觸覺傳感器和聽覺傳感器，促使機械手逐漸向智能化方向發(fā)展和推進 。在很大程度上強化了機械手體系的安全性和可靠性，同時也滿足機械手在維修和防護方面的一些便捷性 。其二， PC 機的開放型控制器是機械手體系發(fā)展的一個主要方向，其目的就是為了完善機械手，使其逐漸走向網(wǎng)絡(luò)化和標準化 。本課題著眼于氣動驅(qū)動、自動裝卸的機械手的設(shè)計。 模塊化機械手由于其成本低廉、抗干擾性能強等優(yōu)點突出，己經(jīng)在數(shù)控機床中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，此類氣動機械手定位精度相對較低，常用于特定零件的裝卸。 出現(xiàn)較早、應(yīng)用較廣的一種驅(qū)動器是氣動肌肉，具有質(zhì)量輕 、結(jié)構(gòu)簡單、容易控制易等優(yōu)點，在各種機器人中應(yīng)用廣泛。其缺點是價格高、效率低，又限制其更為廣泛的應(yīng)用。目前數(shù)控車床中機械手驅(qū)動方式主要是采用伺服電機驅(qū)動，也是相對成熟的驅(qū)動技術(shù)，系統(tǒng)在直線、運動、旋轉(zhuǎn)運動時能夠保證定位精度。運動軌跡不受點位制約，可以在空間范圍內(nèi)進行任意曲線運動，控制器控制整個運動過程，運動過程平穩(wěn)且準確，電氣控制系統(tǒng)設(shè)計繁瑣，此類機械手主要采用計算機輔助控制，應(yīng)用范圍廣泛。但由于該方法控制簡單，目前被廣泛使用于專用機械手和通用機械手中。 l)點位控制。機械手執(zhí)行機構(gòu)使用感應(yīng)電機、步進電機或直線電機直接馭動運動的。通常用于設(shè)備工作主機的上料、下料工作。其特點 :附屬于主機之上，由工作機械進行動力傳遞。 3)機械驅(qū)動機械手。能持續(xù)進行工作，過載工作時能自動減壓 (泄氣 )而停止土作，充氣加壓后可繼續(xù)工作，不會對機構(gòu)產(chǎn)第一章 緒論 4 生影響。能夠儲存能量，以便應(yīng)急使用。維護修理簡單，勞動者不需通過高端培訓即可熟練掌握。其特點是以空氣為介質(zhì)，成本低廉、取用方便，使用安全性高，適用一于易燃易爆等場合。 2)氣壓驅(qū)動機械手。其特點是 :抓重較高、反應(yīng)靈敏、傳動穩(wěn)定。 動方式不同分類： 1)液壓驅(qū)動機械手。 第三類為專用機械手，其主要是附屬于機床或自動生產(chǎn)線上，用以解決機床的上下料功能及工件的輸送功能，該種機械手在軸類及盤類零件的加工機床或生產(chǎn)線上應(yīng)用尤其廣泛，專用機械手可以根據(jù)不同的驅(qū)動結(jié)構(gòu)設(shè)計不同的手爪。 機械手的分類 機械手按用途主要分為三類：第一類為通用機械手，它是一種不依賴于主機的獨立裝置，可以根據(jù)需要編寫控制程序，完成所需的功能，這類機器人有球坐標式、圓柱坐標式和直角坐標式等多種形式，主要由基座、腰關(guān)節(jié)、大臂、小臂以及手爪等組成，在三維空間里具有很好的靈活性和通用性，因此具有廣泛的應(yīng)用，對于該類機器人的研究和應(yīng)用已經(jīng)頗為成熟，由于其良好的通用性，只要在手爪部位安裝合適的裝置即可完成相應(yīng)的功能。大多數(shù)用插銷板進行點位程序控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計算機數(shù)字控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。電動式用于小型，機械式只用于動作簡單的場合。液動式的輸出力大，臂力可達 lO0ON 以上，且可用電液伺服機構(gòu)，可實現(xiàn)連續(xù)控制，使工業(yè)機械手的用途和通用性更廣，定位精度一般在 1mm 范圍內(nèi)。氣動式速度快，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。因此，一般來說臂部具有三個自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降（或俯仰 )運動。臀部運動的目的 :把手部送到空間運動范圍內(nèi)的任意一點。 臀部：手臂部件是機械手的主要握持部件。如有特殊要求 (將軸類零件放在頂尖上，將筒類、盤類零件卡在卡盤上等 )，手腕還可以有一個小距離的橫移。 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) )。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，也可用負壓式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。 機械手的組成 工業(yè)機械手是由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)所組成的， 其示意圖如下所示： 圖 11 機械手系統(tǒng)組成 一：執(zhí)行機構(gòu)：執(zhí)行機構(gòu)由抓取部分（手部），腕部，臀部等運動部件組成。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立的控制機械手，適用范圍廣泛的，簡稱為“通用程控機械手”。 因此，機械手適用與易燃、易爆和灰塵大的場合，在裝卸、運輸、機械制造等方面運用廣泛。自動化工業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)線中通過機械手的使用可以大大提高生產(chǎn)率，具有如下特點 : ，大大減輕生產(chǎn)工人的勞動強度 。能夠同時體現(xiàn)人對工作情況中突發(fā)事件的判斷的 處理能力以及機器本身具有的連續(xù)工作、加工精度穩(wěn)定的能力，同時，機器人還具有反應(yīng)時間短、功率輸出大、精度穩(wěn)定性高、信號處理方便等優(yōu)點，是工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的高科技產(chǎn)品，也是制造領(lǐng)域不可或缺的自動化機械設(shè)備。是上業(yè)企業(yè)提高自動化水平的重要途徑。集成氣動、液壓、數(shù)控、計算機、機械等多學科的綜合技術(shù)，可通過計算機編程，設(shè)定三維空間內(nèi)任意運動軌跡，是適合自動化生產(chǎn)線的典型機電一體化設(shè)各。目前我國的工業(yè)機械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機械手的研究和開發(fā)直接影響到我國機械行業(yè)自動化生產(chǎn)水平的提高，從 經(jīng)濟上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。在生產(chǎn)線上由人工進行物料上下料已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)的需要，并且隨著人力勞動成本的提高，各生產(chǎn)廠商為了節(jié)約成本，提高效率，實現(xiàn)生產(chǎn)自動化，對上下料機械手的需要程度也不斷提高。通過本次設(shè)計，對機械手用于數(shù)控車床的設(shè)計步驟和方法有系統(tǒng)認識，能夠根據(jù)其動作設(shè)計出經(jīng)濟適用的機械手，并且對氣缸的結(jié)構(gòu)和工作原理全面的掌握。 四川理工學院畢業(yè)設(shè)計 數(shù)控車床上下料機械手設(shè)計 學 生：喻 攀 學 號： 09011030127 專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 班 級：機械設(shè)計 指導教師：符純?nèi)A 四川理工學院機械工程學院 二 O 一三 年六月 四 川 理 工 學 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 設(shè)計（論文）題目： 數(shù)控車床上下料機械手設(shè)計 學院： 機械工程學院 專業(yè)： 機 械設(shè)計 班級 ： 學號： 09011030127 學生： 喻攀 指導教師： 符純?nèi)A 接受任務(wù)時間 系主任 （簽名）