凸轮轴磨床上下料机械手设计毕业论文

凸轮轴磨床上下料机械手设计毕业论文目录摘要 (1)A BSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1机械手简介及其应用 (1)2 凸轮轴磨床上下料机械手的总体设计 (4)2.1机械手的组成及各部分关系概述 (4)2.1.1执行机构 (4)2.1.2驱动机构 (5)2.1.3控制系统 (6)2.2总体方案拟定 (6)2.3凸轮轴上下料机械手的主要技术参数 (7)3 凸轮轴磨床上下料机械手机械系统设计 (9)3.1手部 (9)3.1.1手部结构设计 (9)3.2腕部 (13)3.3臂部 (14)3.1.1手臂伸缩缸的结构设计 (14)3.1.2手臂伸缩缸的设计计算 (14)3.2.1 手臂回转缸结构设计 (19)3.2.2手臂回转力矩的计算 (21)3.2.3手臂回转缸的设计计算 (22)4 凸轮轴磨床上下料机械手的液压驱动系统设计 (25)4.1程序控制机械手的液压系统 (25)4.2液压系统传动方案的确定 (26)4.2.1各液压缸的换向回路 (26)4.2.2调速方案 (26)4.2.3减速缓冲回路 (27)4.2.4液压系统的合成和完善 (28)5 凸轮轴磨床上下料机械手的PLC控制设计 (30)5.1输入输出接口端子分配图 (30)5.2状态流程图 (31)图5-2 (32)5.3控制面板图 (32)5.4控制梯形图 (32)结束语 (36)致谢 (37)参考文献 (38)1 绪论机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备，是工业机器人的一个重要分支。

它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。

机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。

工业机械手的发展离不开工业自动化的需要和发展。

工业机械手作业与周围环境有很强的交互作用，这与数控机床之类的设备有明显的不同。

机电一体化是以电子技术特别是微电子技术为主导的多种新兴技术与机械技术交叉、融合而成的一中综合性的高技术。

机械手就是通过这种技术产生出来的机电一体化产品，它在工业、农业、国防、医疗卫生、办公自动化以及生活服务等许多领域获得越来越多的应用。

1.1研究背景1.建造旋转体零件（轴类、盘类、环类）自动线一般都采用机械手在机床之间传送工件。

国已建成的这类自动线很多，如手泵厂的深井泵轴承体加工自动线（环类），电机厂的4号和5号电动机轴加工自动线（轴类），上海拖拉机齿轮厂的齿坯加工自动线（盘类）等。

加工箱体类零件的组合机床自动线，一般采用随行夹具传送工件，也有采用机械手的，如上海动力机厂的汽缸盖加工自动线转位机械手。

2.在实现单机自动化方面1）各类半自动车床，有自动夹紧、进刀、切削、退刀和松开的功能，但仍需人工上下料；装上机械手，可实现全自动生产，一人看管多台机床。

目前，机械手在这方面应用最多，如上海柴油机厂的曲拐自动车床和座圈自动车床机械手，第二机床厂的自动循环液压仿形车床机械手，第三机床厂的Y38滚齿机械手，第二机床厂的滚铣花键机床机械手等。

由于这方面使用已有成熟的经验，国一些机床厂已在这类机床产品出厂时就附上机械手，或为用户自行安装机械手提供条件。

2）注塑机有加料、合模、成型、分模等自动工作循环，装上机械手自动装卸工件，可实现全自动生产。

3）冲床有自动上下料冲压循环，装上机械手上下料，可实现冲压生产自动化。

目前机械手在冲床上应用有两个方面：一是160t以上的冲床用机械手的较多。

如低压开关厂200t冲床磁力起动器壳体下料机械手和天津拖拉机厂400t冲床的下料机械手等;一是用于多工位冲床，用作冲压件工位间步进，如上海第二汽车配件厂的灯壳冲压生产线机械手（生产线中有两台多工位冲床）和天津二轻局技术研究所制作的12t和40t多工位冲床机械手等。

3.铸、锻、焊、热处理等热加工方面在模锻方面，国大批量生产的3t、5t、10t模锻锤，其所配的转底炉，用两只机械手成一定角度布置在炉前，实现进出料自动化。

上海柴油机厂、北京燃机厂、拖拉机厂等已有较成熟的经验。

总的来说，工业机械手满足了社会生产的需要，其主要特点是：1）对环境的适应性强，能代替人从事危险、有害的操作，在长时间工作对人体有害的场所，机械手不受影响，只要根据工作环境进行合理设计，选择适当的材料和结构，机械手就可以在异常高温或低温、异常压力和有害气体、粉尘、放射线作用下，以及冲压、灭火等危险环境中胜任工作。

为了谋求操作安全和彻底防止公害，在工伤事故多的工种，如冲压、压铸、热处理、锻造、喷漆以及有强烈紫外线照射的电弧焊等作业中，推广工业机械手或机器人。

2）机械手能持久、耐劳，可以把人从繁重单调的劳动中解放出来，并能扩大和延伸人的功能。

人在连续工作几小时后，总会感到疲劳或厌倦，而机械手只要注意维护、检修，即能胜任长时间的单调重复劳动。

3）由于机械手的动作准确，因此可以稳定和提高产品的质量，同时又可避免人为的操作错误。

4）机械手特别是通用工业机械手的通用性、灵活性好，能较好地适应产品品种的不断变化，以满足柔性生产的需要。

这是因为机械手动作程序和运动位置（或轨迹）能够十分灵活快速地予以改变，而其众多的自由度，又提供了迅速改变作业容的可能，在中、小批量的自动化生产中，最能发挥其作用。

5)采用机械手能明显地提高劳动生产率和降低成本。

1.2本课题研究目的及意义机器人学是一门迅速发展的前沿学科。

机械手是机器人的一个部分。

其特点之一是综合、交叉，涉及的领域广泛;另一特点是发展迅速、日新月异，尚待研究的问题层出不穷。

机器人是典型的机电一体化装置，它综合运用了机械与精密机械、微电子与计算机、自动控制与驱动、传感器与信息处理以及人工智能等多学科的最新研究成果。

世界经济的发展与各行业对自动化程度要求的提高，推动着机器人技术迅速发展，出现了各种各样的机器手产品。

随着机器人功能和性能的不断改善和提高，机器手的应用领域日益在扩大，现已广泛应用于制造业、农业、林业、交通运输业、原子能工业、医疗、福利事业、海洋和太空的开发事业中。

机器人技术的研究与应用水平，反映着一个国家的经济实力和科技发展水平。

不管当今科技是多么的发达，在中国目前机械制造业的大前提下很多企业对高新技术也只是“量力而行”。

而更有一些企业迫于生计和目前的状况，自动化的实现和工业机器人的引进也只是在计划书中说说罢了，更别谈整套自动化生产线了。

所以一些企业逼不得已求其次，即在传统生产线上实现个别工序的自动化，在机床之间装上几台机械手，而在一段时间的实践中也确实得到了实惠，为他们改革自身的生产线增添了信心。

所以目前对通用机械手的研究是很有价值的，各种规格和形状的机械手一旦做出来就马上可以投入到生产线。

而在制产品基于以往的加工工艺，它们的精度依赖于加工过程中的定位，所以对机械手的定位要求并不高，没有太大的技术难题，拥有液压系统本身的刚度就行了。

所以通用机械手的应用在一定程度上填补了目前机械制造业自动化的不足。

该机械手结构合理，性能完善，必将加速产品化的进程;改善工人的劳动环境，降低了工人的劳动强度;大大提高了劳动生产率1.3本课题的研究容为一凸轮轴磨床上下料自动线设计一机械手，该机械手用于把凸轮轴从一台机床传递到下一台机床，并能实现左右、上下、小臂旋转、爪加紧与放松4个动作。

已知零件的直径为40—60mm，重量为7kg。

2 凸轮轴磨床上下料机械手的总体设计2.1机械手的组成及各部分关系概述工业机械手是由执行机构、驱动系统和控制系统所组成的，各部关系如图2-1，图2-2所示。

图2-1图2-22.1.1执行机构1. 手部即直接与工件接触的部分，一般是回转型或平移型(为回转型，因其结构简单）。

手爪多为两指（也有多指）；根据需要分为外抓式和抓式两种；也可用负压式或真空式的空气吸盘（它主要用于吸取冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和电磁吸盘传力机构型式较多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母式、弹簧式和重力式。

2. 腕部是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓物体的方位（即姿态）。

它可以有上下摆动，左右摆动和绕自身轴线的回转三个运动。

如有特殊要求（将轴类零件放在顶尖上，将筒类、盘类零件卡在卡盘上等），手腕还可以有一个小距离的横移。

也有的工业机械手没有腕部自由度。

3. 臂部手臂是支承被抓物、手部、腕部的重要部件。

手部的作用是带动手指去抓取物体，并按预定要求将其搬到预定的位置。

手臂有三个自由度，可采用直角坐标（前后、上下、左右都是直线）,圆柱坐标（前后、上下直线往复运动和左右旋转），球坐标（前后伸缩、上下摆动和左右旋转）和多关节（手臂能任意伸屈）四种方式。

直角坐标占空间大，工作围小，惯性大，其优点是结构简单、刚度高，在自由度较少时使用。

圆柱坐标占空间较小，工作围较大，但惯性也大，且不能抓取底面物体。

球坐标式和多关节式占用空间小，工作围大，惯性小，所需动力小，能抓取底面物体，多关节还可以绕障碍物选择途径，但多关节式结构复杂，所以也不常用。

2.1.2驱动机构有气动、液动、电动和机械式四种形式。

气动式速度快，结构简单，成本低。

采用点位控制或机械挡块定位时，有较高的重复定位精度，但臂力一般在300N 以下。

液动式的出力大，臂力可达1000N以上，且可用电液伺服机构，可实现连续控制，使工业机械手的用途和通用性更广，定位精度一般在1mm围。

目前常用的是气动和液动驱动方式。

电动式用于小型，机械式只用于动作简单的场合。

2.1.3控制系统有点动控制和连续控制两种方式。

大多数用插销板进行点位程序控制，也有采用可编程序控制器控制、微型计算机数字控制，采用凸轮、磁带磁盘、穿孔卡等记录程序。

主要控制的是坐标位置，并注意其加速度特征。

2.2总体方案拟定工业机械手的主体结构设计的主要问题是选择由连杆件和运动副组成的坐标形式。

根据设计要求，总体设计方案示意图如图2-3所示，采用直角坐标式，可实现左右、上下、小臂旋转、爪加紧与放松4个动作。

直角坐标式机械手主要用于生产设备的上下料，也可用于高精度的装配和检测作业，大约占工业机器人总数的14%。

一般直角坐标式机械手的手臂能垂直上下移动（Z方向运动），并可沿滑架和横梁上的导轨进行水平面二维移动（X和Y方向运动）。

直角坐标式机械手主体结构具有三个自由度，而手腕自由度的多少可视用途而定。

直角坐标式机械手的优点是：（1）结构简单。

（2）容易编程。

（3）采用直线滚动导轨后，速度高，定位精度高。

（4）在X、Y和Z三个坐标轴方向上的运动没有耦合作用。

图2-32.3凸轮轴上下料机械手的主要技术参数工业机械手的规格参数，是说明机械手规格的具体指标，一般包括以下几个方面：1）抓重（又称臂力）：7kg。