【正文】 ................................................................... 30 第四章：公差配合 的選取 ...................................................................................................... 31 ........................................................................................................................... 31 ................................................................................................................. 31 氣爪公差配合的選取 .................................................................................................... 31 連接座公差配合的選取 ................................................................................................. 32 旋轉(zhuǎn)裝置公差配合的選取 ............................................................................................. 32 雙軸氣缸的公差配合選取 ............................................................................................. 33 聯(lián)軸器的公差配合選取 ................................................................................................ 33 第五章 設(shè)計總結(jié) .................................................................................................................... 34 第六章 結(jié)論 ............................................................................................................................ 40 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 41 致 謝 ........................................................................................................................................ 42 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第一章 緒論 機械手簡介 在機械行業(yè)中， 隨著生產(chǎn)技術(shù)要求不發(fā)展，現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模不斷增大，生產(chǎn)效率不斷提高。 目 前我國 大多數(shù)工廠的生產(chǎn)線上數(shù)控機床裝卸工件仍 然 由人工完成，其勞動強度大、生產(chǎn)效率低，而且具有一定的危險性 ， 為 了 適應(yīng) 現(xiàn)代 機械行業(yè)自動化生產(chǎn)的要求 ,利用機械手技術(shù)，設(shè)計用一臺上下料機械手代替人工工作，以提高勞動生產(chǎn)率。 在工業(yè)生產(chǎn)中機械手也稱為“工業(yè)機器人”。通過機械手工業(yè)生產(chǎn)線的引入，能夠大大提高企業(yè)生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、改善勞動者工作條件。 工業(yè)機器人的廣泛使用，不僅能夠替代繁重的手工勞動，而且綜合了人工勞動和機器工作兩個方而的特長。 機械手是模仿人手的動作過程，按編制程序、軌跡及參數(shù)要求實現(xiàn)自動抓取等操作的自動機械裝置，能夠進(jìn)行物料搬運等工作的。 (易燃、易爆和灰 塵大 )工作，保障人身安全。 第一章 緒論 2 機械手的結(jié)構(gòu)形式起初比較簡單，專用性強，時僅為某臺特定機床進(jìn)行上料、下料工作，是專門附屬于機床的機械手。由于通用程控機械手土作程序能夠隨時改變，適應(yīng)性強，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。 手部：即直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平移型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡單 )。傳力機構(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。它可以有上下擺動，左右擺動和繞自身軸線的回轉(zhuǎn)三個運動。也有的工業(yè)機械手沒有腕部自由度。它的作用是支承腕部和手部（包括工件或工具 )，并動它們作空間運動。如果改變手部的姿態(tài) (方位 )，則用腕部的自由度加以實現(xiàn)。 二：驅(qū)動系統(tǒng) ：有氣動、液動、電動和機械式四種形式。采用點位控制或機械擋塊定位時，有較高的重復(fù)定位精度，但臂力一般在 300N以下。目前常用的是氣四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 動和液動驅(qū)動方式。 三：控制系統(tǒng)：有點動控制和連續(xù)控制兩種方式。主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性。 第二類為操作機，用以完 成某些特定的作業(yè)；主要分為焊接操作機、可行走操作機及鍛壓操作機。其優(yōu)點在于動作迅速，并可以一次動作同時完成上料和卸料雙重功能，同時對于空間的占用較小；缺點在于其機械手臂長度固定，動作單一，因此只能實現(xiàn)固定工位的上下料，且氣爪與使用對象及其尺寸一一對應(yīng)，因此具有專一性，適合于運用于機床內(nèi)部使用。機械手執(zhí)行機構(gòu)是以液壓驅(qū)動運動的。但要求嚴(yán)格密封裝置的密封性，液壓油泄漏會產(chǎn)生對機械手及周圍環(huán)境十分巨大的影響，且成本高。機械手執(zhí)行機構(gòu)是以壓縮空氣驅(qū)動運動的。綠色環(huán)保，空氣使用后可直接排放，不會造成二次污染，配件價格低廉，結(jié)構(gòu)簡單，使用更換成本較低。氣缸具有模塊性，方便對現(xiàn)有機 器進(jìn)行改裝。自身具各過載保護(hù)。運動速度較高。機械手執(zhí)行機構(gòu)由機械傳動機構(gòu) (如連桿、凸輪等 )驅(qū)動運動的。運動準(zhǔn)、動作大、結(jié)構(gòu)大、程序圓定。 4)電力驅(qū)動機械手。其特點 :無需轉(zhuǎn)換機構(gòu)、簡易結(jié)構(gòu)、行程較長、維護(hù)簡單。運動軌跡為兩點間的直線運動，通過確定凡個點位置來控制整個運動軌跡控制點數(shù)越多，電氣控制系統(tǒng)越復(fù)雜。 2)軌跡控制。 機械手在數(shù)控車床上的運用 自從 1953 年，美國空軍和麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制了世界上第一臺數(shù)控機床，自此經(jīng)幾十年的發(fā)展數(shù) 控機床已從最初的單坐標(biāo)發(fā)展到三坐標(biāo)聯(lián)動，進(jìn)而到發(fā)展到現(xiàn)今多軸(四、五軸 )聯(lián)動加工中心，加工范圍從單一加工功能發(fā)展到車、銑、磨等多功能綜合進(jìn)而發(fā)展到具有特種加工功能。不同功率通過機械設(shè)計重新組合而得以實現(xiàn)，使用普及度較高?？赏ㄟ^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。通過氣動肌肉，變化長度較小的缺點得以克服，轉(zhuǎn)動位移增大，具有仿生關(guān)節(jié)剛度高、控制獨立等優(yōu)點。針對數(shù)控車床自動裝卸機械手的研究相對較少。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 機械手在國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 從國內(nèi)外所有機械手的發(fā)展現(xiàn)狀來看，在現(xiàn)階段，對機械手的研究和開發(fā)已趨于高潮，機械手的發(fā)展現(xiàn)狀與 動態(tài)，可以總結(jié)為 :第一，模塊化與可重構(gòu)化是現(xiàn)階段機械架構(gòu)發(fā)展的主要動向 。器件集成度得以強化，架構(gòu)設(shè)計玲瓏，同時運用過了模塊化架構(gòu) 。第三，傳感器在機械手中發(fā)揮了十分重要的作用，不僅運用了傳統(tǒng)的速度傳感器、位置傳感器等，同時也引進(jìn) J39。第四 .裝配、焊接等機械產(chǎn)品逐漸向模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化及系列化方向推進(jìn)和發(fā)展，及系統(tǒng)動態(tài)的仿真等 。目前，世界各界正積極研制帶有“視角”和“觸角”的工業(yè)機械手，使它能對所抓取的工件進(jìn)行分辨，選 IFS 所需要的工件，并正確地夾持工件，進(jìn)而精確地在機器中定位、定向為使機械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和分辨形狀不同的零件，它由視覺傳感器輸入三個視圖方向的視覺信息，通過計算機進(jìn)行圖形分辨，判別是否是所要抓取的工件。一是檢淵把握物體手臂的變形，以決定適當(dāng)?shù)奈樟?:另一種是直接檢測指部與物件的滑動位移來修正握力。 2) 能判斷對象的重量。 4) 抓空或抓力不足時能檢測出來。 現(xiàn)在，工業(yè)機械手的使用范圍只限于在簡單重復(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的工作，在惡劣環(huán)境下尤其明 顯。雖然這些工業(yè)部門工第一章 緒論 6 時不足的問題很尖銳，但采用機械手只限于小部分工序。另外經(jīng)濟(jì)性問題當(dāng)然也很重要，采用機械手來節(jié)約人力從經(jīng)濟(jì)上看不一定總是合算的。 課題的來源及研究意義 發(fā)電機和電動機的轉(zhuǎn)子外圓 要求進(jìn)行粗車和精車。如果檢測超出允許范圍，就必須 修理或者更換電機。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展及 PLC編程技術(shù)的迅速普及，其加工時間要縮短 到一分鐘以內(nèi)，為適應(yīng)機床高精度、高效率的加工要求，發(fā)展自動上下料已成為必然趨勢。第一遍進(jìn)行粗車，接著進(jìn)行精車，保證其加工精度。 機械手自動上下料系統(tǒng)是機械手應(yīng)用的一個重要方面，它的出現(xiàn)與廣泛應(yīng)用，可以大大的解放人力資源，減輕勞動強度，實現(xiàn)生產(chǎn)及加工過程的自動化，提高生產(chǎn)效率。在近年來的國際機床 展覽會上，國外高檔加工中心與數(shù)控機床已普遍采用機器人自動上下料裝置，國內(nèi)機床廠商也開始關(guān)注和著手進(jìn)行相關(guān)技術(shù)和裝置的研發(fā)，其中，機床自動上下料系統(tǒng)的快速、高精度和良好的適應(yīng)性成為技術(shù)難點。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 第二章 機械手設(shè)計方案 機械手方案設(shè)計原則 機械手機構(gòu)設(shè)計原則 在機械零件設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)同時考慮到零件的設(shè)計要求和工藝要 求。一般應(yīng)滿足以下要求 : 1)在設(shè)計時應(yīng)完全保證零件尺寸標(biāo)準(zhǔn)化和互換性。 2)零件尺寸基準(zhǔn)選擇要合理規(guī)范，尺寸標(biāo)注之前應(yīng)首先考慮，同時注意設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)要重合、設(shè)計基準(zhǔn)同定位基準(zhǔn)盡量保證重合。 4)零件尺寸精度按照零件功能的要求進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定過低影響產(chǎn)品質(zhì)量，設(shè)計過高會增加成本。選材要考慮到其零件的使用性、制造過程及成本等幾個方而，應(yīng)滿足以下要求 : 1)使用性 在機器零件的設(shè)計上，通過分析零件工作條件和失效形式，對力學(xué)性能進(jìn)行分析，是使用性能的一個重點。在滿足使用性能的前提下，選擇更易加土的材料能夠大大降低加工難度。 3)經(jīng)濟(jì)性 選材應(yīng)保證其整體成本最低。確保零件的使用、工藝性能基礎(chǔ)之上，降低材料價格，壓縮成本以增加經(jīng)濟(jì)效益更大化，提高市場上產(chǎn)品競爭力，是工程設(shè)計中一貫堅持的重要原則。因此機械手上下料系統(tǒng)需要具有自動上下料功能、吹氣功能及其輸送功能等，其主要的設(shè)計要求如下： a) 實現(xiàn)從傳送帶取放工件到機床工作臺上取放工件的整個循環(huán)過程的自動化； b) 機械手與工件輸送系統(tǒng)可為相互獨立的模 塊，可單獨使用亦可構(gòu)成一個系統(tǒng)； c) 系統(tǒng)動作流程，穩(wěn)定可靠； d) 上下料的時候，轉(zhuǎn)子中心孔與機床芯軸的定位精度為 ~ mm； 機械手動作要求 上下料動作分析：根據(jù)生產(chǎn)線體的空間位置和操作臺的具體位置，然后再根據(jù)上下料和車床的加工工藝過程和具體的工序，確定機械手需要完成的具體動作流程圖如下： 表 21機械手動作 序號 動作名稱 行程范圍 1 機械手下移 200mm 2 機械手 1夾緊 / 3 機械手上移 200mm 4 機械手左移 1000mm 5 機械手翻轉(zhuǎn) 90176。 13 機械手下移 200mm 14 機械手少量左移 6mm 15 車床頂針進(jìn) / 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 16 車床夾頭緊 / 17 機械手指松 / 18 機械手上移 200mm 19 機械手翻轉(zhuǎn) 90176。 根據(jù)建立的空間坐標(biāo)系，分析整個過程基本有沿 z軸的上下移動和 x軸的左右移動，以及沿 y 軸的翻轉(zhuǎn)運動 .根據(jù)任務(wù)書上得翻轉(zhuǎn)角度為 90 度，沿 x 軸移動距離為 1000mm，沿 z軸上下移動距離為 200mm，以及手爪的夾緊和松開過程。 傳動件和執(zhí)行元件的方案設(shè)計 根據(jù)機械手具體完成動作，將機械手分成幾個重要過程，即： 工件的夾緊和松開過程，工件沿 y 軸翻轉(zhuǎn) 90 度過程，工件沿 Z 軸上下移動過程和工件沿 x 軸的來回移動過程。轉(zhuǎn)動動力一般為電機，可以由電機提供動力，電機軸直接帶動工件旋轉(zhuǎn) 90 度。 方案二：動力源仍舊選擇由氣壓提供，在氣缸的種類中找到能將直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運動的氣缸。 方案評估：該過程可以直接選擇由軸的回轉(zhuǎn)運動完成，也可以選擇用將直線運動轉(zhuǎn)化為繞軸轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)該功能，方案一的方法直接由電機提供回轉(zhuǎn)運動，能夠?qū)崿F(xiàn)功能，第二章 機械手設(shè)計方案 10 但是這里考慮到該過程只是一個 簡單的回轉(zhuǎn)運動，對精度和動力要求都不高，并且方案一使機械手更加龐大，不利于后面的設(shè)計，所以從設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，選擇第二種方案。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。也可以選擇有回轉(zhuǎn)運動改變成之間運動的方式，比如齒輪齒條傳動，或是絲桿的傳動。其實動力源還有很多，比如液