【正文】 品。同時(shí)，利用裝配建模技術(shù)可以將零件模擬裝配起來(lái)，并可以對(duì)裝配結(jié)果進(jìn)行后續(xù)的裝配干涉分析、運(yùn)動(dòng)仿真模擬、物性分析及有限無(wú)分析，還可以在裝配環(huán)境中對(duì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)、編輯及修改。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用軟件進(jìn)行工業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的很多，還都以傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法為主，導(dǎo)致產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、成本高。我國(guó)在工業(yè)機(jī)械新技術(shù)創(chuàng)新方面還很薄弱，無(wú)法適應(yīng)新世紀(jì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。并完成該數(shù)車上下料機(jī)械手進(jìn)行上下料過(guò)程的動(dòng)畫(huà)演示，從而使人們可以直觀地認(rèn)識(shí)到數(shù)車上下料機(jī)械手在數(shù)控生產(chǎn)及加工中的地位和主要作用。如將本課題的設(shè)計(jì)方法移植到工業(yè)設(shè)計(jì)中，則較傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式能夠大大縮短產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)周期。 第二章 數(shù)控車床上下料機(jī)械手方案比較2. 1工業(yè)機(jī)械手概述機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的的傳動(dòng)裝置。控制系統(tǒng)由電器控制和射流控制兩種。位置檢測(cè)裝置控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度到達(dá)設(shè)定位置。一般抓重1kg 以下的定為微型，15kg的定為小型，530kg 的定為中型，30kg 以上的定為大型。因手指的夾放動(dòng)作不能改變工件的位置和方位，故它不不計(jì)為自由度數(shù)，其它運(yùn)動(dòng)均計(jì)為自由度數(shù)。機(jī)械手的自由度數(shù)和坐標(biāo)形式應(yīng)根據(jù)機(jī)械手現(xiàn)場(chǎng)具體的生產(chǎn)情況和工藝的要求而定。手臂的運(yùn)動(dòng)速度大小與機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式、定位方式、抓重大小和行程距離有關(guān)。4）行程范圍：主要受手臂的伸縮行程影響，其行程范圍大多在5001000mm 范圍內(nèi)。機(jī)械手由機(jī)座、機(jī)械臂、手爪、PLC 可編程控制器及氣源等部分組成。在機(jī)床的送料高度、物料的擺放位置、抓取高度、工件的重量等確定后, 機(jī)械手各部分的空間幾何位置以及工作空間、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等即可確定,各個(gè)動(dòng)作即可按給定順序和運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)要求完成。目前工廠中的設(shè)備是采用壓縮空氣作為動(dòng)力源，氣缸做動(dòng)作執(zhí)行元件。生產(chǎn)中，是人工將工件從設(shè)備的運(yùn)送槽中搬出再安裝到數(shù)控機(jī)床上。因此，在本設(shè)計(jì)中采用工業(yè)機(jī)械手和相關(guān)的輔助分析現(xiàn)有設(shè)備及工廠的實(shí)際生產(chǎn)狀況，提出本方案。仍采用壓縮空氣作為動(dòng)力源，氣缸做動(dòng)作執(zhí)行元件。圖1 方案一其動(dòng)作過(guò)程依次為：制動(dòng)缸前送，推動(dòng)滑塊將機(jī)械手送到工件上方，升降缸下放，將機(jī)械手放置到工件上，此時(shí)機(jī)械手是張開(kāi)狀態(tài)，夾緊缸夾緊工件，升降缸上升至安全高度，制動(dòng)缸拉動(dòng)滑塊帶動(dòng)手臂回至車床上方，升降缸下放手爪，使工件處于車床頂尖與卡盤之間，夾緊缸松開(kāi)工件。采用圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手，手爪為鉗爪式。如圖5所示： 圖5 方案二機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖圖6為機(jī)械手工作原理：圖6 方案二機(jī)械手功能原理動(dòng)作順序?yàn)椋荷蹈咨仙?，手臂前伸，手爪旋轉(zhuǎn)至合適位置，手爪抓緊工件，手臂收縮，旋轉(zhuǎn)缸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)手臂轉(zhuǎn)至車床卡盤前，手臂前伸至卡盤與頂尖之間，手爪松開(kāi)工件，手臂回縮，旋轉(zhuǎn)缸反轉(zhuǎn)，立柱下降。如圖7所示：底座升降缸回轉(zhuǎn)缸夾緊缸伸縮缸 圖7 方案三機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖動(dòng)作順序?yàn)椋荷蹈咨仙?，手臂前伸，手爪旋轉(zhuǎn)至合適位置，手爪抓緊工件，手臂收縮，旋轉(zhuǎn)缸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)手臂轉(zhuǎn)至車床卡盤前，手臂前伸至卡盤與頂尖之間，手爪松開(kāi)工件，手臂回縮，旋轉(zhuǎn)缸反轉(zhuǎn)，立柱下降，然后重復(fù)先前動(dòng)作順序。方案2采用的是圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手，優(yōu)點(diǎn)是這種形式的機(jī)械手臂均具有回轉(zhuǎn)、伸縮與升降三個(gè)自由度，其運(yùn)動(dòng)范圍的圖形為一個(gè)圓柱體，它與直角坐標(biāo)型比較，占地面積小而活動(dòng)范圍大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，并能達(dá)到較高的定位精度，應(yīng)用廣泛，運(yùn)動(dòng)直觀性較強(qiáng)。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)是氣源方便、維修簡(jiǎn)單、易于獲得高速度、低成本、防火防爆、漏氣對(duì)環(huán)境無(wú)影響。因此，設(shè)計(jì)中采用氣動(dòng)機(jī)械手。方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖8： 圖8 方案三結(jié)構(gòu)原理 第三章 數(shù)控車床上下料機(jī)械手三維建模在傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)構(gòu)思首先要以平面圖的形式表達(dá)出來(lái)，然后對(duì)其進(jìn)行校核、修改，最后由生產(chǎn)者把平面圖紙上的內(nèi)容轉(zhuǎn)化成三維的實(shí)物。此外，工業(yè)機(jī)械使用的季節(jié)性、工作環(huán)境的多變性和用戶要求的多樣性，使農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)隨著市場(chǎng)的需求而不斷地轉(zhuǎn)變，要求在短周期內(nèi)，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)開(kāi)發(fā)出新產(chǎn)品。這說(shuō)明我國(guó)在技術(shù)創(chuàng)新方面很薄弱，不能適應(yīng)新世紀(jì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求 虛擬樣機(jī)與Solidworks為了縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，并行設(shè)計(jì)的理念開(kāi)始在20世紀(jì)興起，并在本世紀(jì)得到大量的應(yīng)用。虛擬樣機(jī)技術(shù)其實(shí)就是指物理樣機(jī)在虛擬環(huán)境中的替代品。這樣就可以及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并且去改進(jìn)機(jī)器的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造。產(chǎn)品設(shè)計(jì)的核心是構(gòu)思。在設(shè)計(jì)中直接采用三維設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者對(duì)自己產(chǎn)品的每個(gè)細(xì)節(jié)了如指掌，經(jīng)過(guò)三維裝配，一部真實(shí)的設(shè)備便展現(xiàn)在設(shè)計(jì)者面前。Solidworks是美國(guó)參數(shù)公司開(kāi)發(fā)的參數(shù)化建模軟件，是新一代CAD/CAM系統(tǒng)軟件。：Solidworks采用參數(shù)化設(shè)計(jì)、基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的、基于特征的功能去生成模型，可以隨意勾畫(huà)草圖和改變模型，使設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)易、靈活。所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù)，就是工程中的資料全部來(lái)自一個(gè)庫(kù)，使每位獨(dú)立用戶都在為同一產(chǎn)品造型而工作。：裝配是設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。如改變?cè)O(shè)計(jì)的尺寸，與它相關(guān)的零部件的位置或約束關(guān)系將會(huì)自動(dòng)改變。只要給定適當(dāng)?shù)呐R界參數(shù)，Solidworks的COSMOSMotion模塊就可以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)分析和有限元分析等。 Solidworks在工業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用工業(yè)機(jī)械由于自身的特點(diǎn)和工作對(duì)象的復(fù)雜性，給其研制帶來(lái)了較大的困難，也使農(nóng)機(jī)的研究有其自身的特殊性[20]，有些設(shè)計(jì)的理論分析和綜合計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，計(jì)算量相當(dāng)大。相對(duì)復(fù)雜的機(jī)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)問(wèn)題，往往借助于圖解法和經(jīng)驗(yàn)類比法。二維交互式繪圖軟件在工業(yè)機(jī)械領(lǐng)域應(yīng)用比較普遍，有一定的 CAD應(yīng)用基礎(chǔ)，使用軟件多為 AutoCAD 及一些國(guó)產(chǎn)的二次開(kāi)發(fā)產(chǎn)品。Solidworks是基于特征的實(shí)體造型軟件，建立的三維建模比二維平面圖更加直觀、清晰。利用裝配模型可以進(jìn)行后續(xù)的裝配干涉分析、運(yùn)動(dòng)仿真模擬、物性分析、有限元分析等，還可以在裝配環(huán)境中對(duì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)、編輯、修改。 在零件建模前，一般應(yīng)進(jìn)行深入的特征分析，后按照特征的主次關(guān)系，按一定的順序建模。然在Solidworks系統(tǒng)中，零件、裝配體和工程都屬于對(duì)象，它采用了自頂向下的設(shè)計(jì)方法創(chuàng)建對(duì)象。使用裝配關(guān)系，可相對(duì)其他零部件來(lái)準(zhǔn)確地定位零部件，還可以定義零部件如何相對(duì)于其他零部件移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。配合會(huì)在零件之間建立幾何關(guān)系，例如共點(diǎn)，垂直，相切等。在裝配過(guò)程中，用戶可以使用配合關(guān)系來(lái)確定零件的位置和方向可以自下而上的設(shè)計(jì)一個(gè)裝配體，也可以自上而下地進(jìn)行設(shè)，或者兩者方法結(jié)合使用。即零件設(shè)計(jì)和造型完成后，在裝配環(huán)境中通過(guò)施加裝配約束