加工中心机械手系统结构设计
基于三菱PLC的机械手控制系统设计毕业设计
基于三菱PLC的机械手控制系统设计毕业设计机械手是一种广泛应用于工业生产的设备。
在传统工艺中，采用继电器控制时需要使用大量的继电器，接线复杂，容易出现故障，维修困难，费时费工，增加了成本，影响了设备的工效。
因此，采用可编程控制器（PLC）对机械手进行控制是一种更加可靠、方便的方法。
本文介绍了使用XXX生产的F1/F2系列PLC对机械手进行控制的设计方案。
该方案根据机械手的运动规律进行软件编程，实现了手动操作和自动操作。
采用梯形控制直观易懂，PLC控制使接线简化，安装方便，减少了维修量，提高了工效。
第一章 PLC的技术简述1.1 PLC的定义PLC是一种可编程控制器，是一种数字计算机，可用于控制各种工业过程，包括机械手的控制。
PLC通过数字输入和输出模块与外部设备进行通信，通过编程实现对设备的控制。
1.2 PLC的特点PLC具有可编程性、可靠性、灵活性、扩展性等特点。
它可以根据不同的应用需求进行编程，可以适应不同的工业环境，具有较高的可靠性和稳定性，可以方便地进行扩展和升级。
1.3 PLC的一般结构PLC一般由中央处理器、存储器、输入模块、输出模块、通信模块等组成。
其中，中央处理器是PLC的核心部件，负责执行程序和控制设备。
存储器用于存储程序和数据。
输入模块用于接收外部设备的信号，输出模块用于控制外部设备的动作，通信模块用于与其他设备进行通信。
1.4 PLC的基本工作原理PLC的基本工作原理是通过输入模块接收外部设备的信号，经过中央处理器进行处理，然后通过输出模块控制外部设备的动作。
PLC的程序是由用户编写的，可以根据实际需求进行修改和升级。
PLC的输入和输出可以根据需要进行扩展，以适应不同的应用场合。
第二章机械手控制系统的控制要求2.1 工作对象的介绍机械手是一种用于自动化生产的设备，可以完成各种物料的搬运、装卸、组装等操作。
机械手的控制需要考虑到其运动规律和工作对象的特点。
2.2 工作原理机械手的工作原理是通过电机驱动各个关节进行运动，实现对工作对象的搬运、装卸、组装等操作。
机械手课程设计
《机电系统》课程设计说明书课程设计任务书姓名班级学号设计题目简易型机械手的设计设计任务：（1）方案论证；在其基础上进行机械手的总体设计，并绘制总体布局图。
（2）驱动系统设计：根据机械手的特点，选用舍党的驱动方式，根据总体设计要求进行电机选型。
进行电机选型相关计算。
进行驱动系统零部件的选型和设计。
绘制驱动系统布局图。
（3）控制系统设计：确定机械手的控制方式并进行控制系统的控制与编程。
绘制控制系统布局图。
（4）传感与测试系统设计：进行控制与驱动系统的传感与测试系统的设计。
（5）机械本体设计：进行机械本体零部件设计，绘制总体和零件图。
设计工作量:（1）设计说明书一份（2）CAD图纸5张（3）文档整理排版指导教师设计时间2011年1月3日～2011年1月21日目录第1章绪论 (1)1.1机械手概述 (1)1.2机械手的设计目的 (3)1.3机械手的设计内容 (4)1.4机械手的分类及其在生产中的应用 (5)1.5机械手的应用意义 (8)1.6机械手的技术发展方向 (9)第2章设计方案的论证 (10)2.1机械手的总体设计 (10)2.2机械手腰座结构的设计 (12)2.3机械手手臂结构的设计 (14)2.4工业机器人腕部的结构 (16)2.5机械手末端执行器（手爪）的结构设计 (18)2.6机械手的机械传动机构的设计 (21)2.7机械手驱动系统的设计 (26)2.8机器人手臂的平衡机构设计 (33)第3章理论分析和设计计算 (34)3.1液压传动系统设计计算 (34)3.2电机选型有关参数计算 (43)第4章控制系统的设计 (47)4.1可编程控制器PLC (47)4.2 PLC的选型 (51)4.3机械手的工艺流程 (53)4.4 机械手的PLC控制系统程序 (57)第5章机械手本体设计 (59)5.1 机械手零部件设计 (59)5.2 机械手总成和零件图................................................ . (61)致谢 (62)参考文献 (63)第1章绪论1.1机械手的概述机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。
加工中心机床结构剖析及各部分功能实验
加工中心机床结构剖析及各部分功能实验一、实验目的（1）了解加工中心机床的基本组成、结构特点；（2）了解加工中心机床的各部分功能；（3）了解加工中心机床的基本运动；（4）了解加工中心机床的加工对象及其用途。
二、实验内容（1）介绍加工中心机床的特点及类型；（2）介绍加工中心机床的基本组成及其功能；（3）介绍加工中心机床的基本运动；（4）介绍加工中心机床的典型零件及加工范围。
三、实验设备加工中心机床一台四、实验概述1. 加工中心机床的概述、组成与结构加工中心的种类繁多，按照机床形态一般可分为立式加工中心、卧式加工中心、龙门式加工中心和万能式加工中心；按照换刀的形式可分为带刀库、机械手的加工中心，无机械手的加工中心和回转刀架式加工中心。
对不同的机型，它们的操作面板和外形结构有所不同，但基本操作方法与原理相同。
本实验参考机床是日本牧野机床厂生产的立式加工中心FNC86-A，控制系统为FANUC16型，其结构和外形见图1-22。
图1-22 立式加工中心FNC86-A外形结构图2. 加工中心的组成、结构与各部件的功能立式加工中心是专门用于连续、高速、高精度加工的数控机床。
工件只需一次装夹即可完成多种工序的加工，如铣削加工、镗削加工、钻削加工和螺纹加工等。
立式加工中心主要由以下几部分组成：自动换刀装置（ATC）、床身、机床控制器（MTC）、主轴控制器（DSK）、液压系统、自动主轴温控器、数字控制器（CNC）等，如图1-22所示。
加工中心有各种类型，虽然外形结构各异，但总体上都是由以下几部分组成。
（1）基础部件。
基础部件由床身、立柱和工作台等大件组成，是加工中心结构中的基础部件。
这些大件有铸铁件，也有焊接的钢结构件，它们要承受加工中心的静载荷以及加工时的切削负载，因此必须具备更高的静、动刚度，也是加工中心质量和体积最大的部件。
工作台尺寸与外形如图1-23所示。
图1-23 工作台尺寸与外形（2）主轴部件。
主轴部件是由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零件组成。
加工中心换刀机械手设计
加工中心换刀机械手设计摘要在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，机械手作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。
机械手的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，机械手主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。
本文将设计一台四自由度的机械手，主要的功用就是自动换刀。
首先，本文将设计机器人的底座、机身、臂部和手爪的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计设计了机械手的夹持式手部结构；以及机械手的总体结构，以实现机械手伸缩，升降，回转和俯仰四个自由度及手爪的开合。
运用了FX 系列可编程序控制器（PLC）对换刀机械手进行控制, 论述了电气控制系统的硬件设计, 控制软件结构以及手动控制程序和自动控制程序的设计。
关键词：机械手，可编程序控制器，液压DESIGN FOR AUTOMATIC TOOL CHANGEROF MACHINING CENTERABSTRACTIn the modern large-scale manufacturing industry, enterprises pay more attention on the automation degree of the production process in order to enhance the production efficiency, and guarantee the product quality. As an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. The technique level and the application degree of industrial robots reflect the national level of the industrial automation to some extent, currently, industrial robots mainly undertake the jops of welding, spraying, transporting and stowing etc. , which are usually done repeatedly and take high work strength, and most of these robots work in playback way.In this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used to carry material for a punch. First I will design the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot. On this foundation, I will design manipulator's clamp type hand structure; As well as has designed manipulator's gross structure, realizes the manipulator to expand and contract, the fluctuation, rotates three degrees-of-freedom and hand fingernail's opening and closing. The drive type realizes the arm expansion and the fluctuationby the air cylinder, the asynchronous machine realizes manipulator's revolving.The paper illustrates that the control of the automatic tool changer by means of the PLC and also includes the hardware design of the electric control system, the control software structure and the design of the manual and automatic control program.KEY WORDS: robot，plc，hydraulic pressure第一章引言机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。
卧式加工中心自动换刀机械手设计开题报告 (141)
2、撰写开题报告第8周
3、总体设计第9周
4、部件装配图设计，撰写毕业设计说明书，英文翻译，第10、11、12、13周
5、整理毕业设计资料，交指导教师评阅第14周
6、准备答辩第15周
7、答辩第16周
指导教师意见
2006年4月14日
注：本表由学生填写，指导教师审核
河南工业大学
毕业设计（论文）开题报告
学院：机电工程学院
题目
卧式加工中心自动换刀机械手设计源自国内外研究现状据不完全统计，全世界在役的工业机器人中大约有将近一半的工业机器人用于各种的加工中心自动换刀领域。目前用得最多的是模仿人的手臂功能的多关节式的机器人，其手臂灵活性最形式大，可以使换刀卡爪的空间位置和姿势调至任意状态，满足换刀需求。我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究。德国的CLOOS、REIS、KUKA公司；瑞典的ABB公司、奥地利的IGM公司、意大利的CAMAU公司。日系有OTC、Panasonic、FANUC公司作的比较好。从机器人技术发展趋势看，自动换刀机器人和其它工业机器人一样，不断向智能化和多样化方向发展。
设计思想及准备
用PLC控制的卧式加工中心自动换刀机械手设计及它的驱动装置
拟解决的主要问题
该设计方案采用独特的结构设计，具有操作方便，效率高，制造成本低等优点。
拟研究的主要内容
参照设计项目要求及技术指标确定机械手结构设计和驱动装置所要选用等技术参数，确定结构方案，绘制部件装配图及主要零件图纸。
进度安排
卧式加工中心生产线桁架机械手设计
摘要机械手是工业制造上不可缺少的一部分，作灵活、运动惯性小、通用性强、能抓取靠近机座的工件，并能绕过机体和工作机械之间的障碍物进行工作，这些优点就是机械手能够快速良好发展的根本，机械手能够代替人力，更能够准确的去完成工作。
在现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。
化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。
专用机床是大批量生产自动化的有效的办法；控制机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。
但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化,工业机械手就是为实现这些工序的自动化而生产的。
机械手是能够模仿人体上肢的部分功能，可以对其进行自动控制使其按照预定要求输送制品或操持工具进行生产操作的自动化生产设备。
通过对卧式加工中心生产线的加工布局的分析，确定了桁架机械手输送的方案，即桁架机械手输送缸体的输送程序，输送方法和桁架机械手的结构；实现了桁架机械手在专机输送上的应用，达到了快速，柔性输送缸体的目的，提高了机床的性能、可靠性、和自动化程度；从根本上解决卧式加工中心生产线的生产节拍长的难题。
关键词：卧式加工中心生产线；桁架机械手；伺服驱动；生产节拍ABSTRACTManipulator is an integral part of industrial manufacturing, flexible, small motion inertia, high universality, can grab workpiece near the base, and can work around an obstruction between the body and working machinery, these advantages is fundamental for the development of a manipulator can quickly good, robots can replace human, can more accurate to get the job done. In the modern industry, the production process of mechanization, automation has become a prominent theme. Chemical industry such as the continuity of the production process automation has been basically solved. Special machine tool is a effective way to mass production automation; Control machine tools, CNC machine tools, machining center and automation machinery is effective important way to solve the many varieties of small batch production automation. But in addition to cutting process itself outside, still have a lot of loading and unloading, handling, assembly, etc., subject to further realize the mechanization, industrial robots is to realize the automation of these processes and production. Manipulator is part can imitate human body upper limb function, and can automatically control the products or running tools according to the predetermined requirement for the operation of automated production equipment.Through the analysis on machining layout of Horizontal machining center production line,set the plan to use gantry robot for material transfer,i.e. transfer sequence,transfer method and structure of gantry robot so as to realize the use of gantry robot in material transfer of special purpose machine,achieve the aim of quick and flexible cylinder block transfer,improve the performance,reliability and automation level of the machine,as well as completely solve the problem of long cycle time of Horizontal machining center production line．Key words：Horizontal machining center production line；gantry robot；servo drive；cycle time目录摘要 (1)ABSTRACT (2)目录 (3)第1章绪论 (4)1.1毕业设计的目的 (5)1.2毕业设计的基本要求 (6)1.2.1毕业设计的知识储备要求 (6)1.2.2毕业设计的软件技能要求 (6)1.2.3毕业设计的课题要求 (6)1.3对毕业设计课题的认识 (6)1.3.1对创新设计的认识 (6)1.3.2机械手的分类 (7)1.3.3对机械手发展的认识 (10)1.3.4对上下料机械手的认识 (10)第2章问题的提出 (12)2.1问题的提出 (12)2.2问题的解决 (12)第3章产品设计 (13)3.1设计任务 (13)3.1.1 设计要求 (13)3.1.2 产品设计参数 (13)3.2设计过程 (13)3.2.1桁架机械手的整体布局 (13)3.2.2桁架机械手的工作过程设计 (15)3.2.3桁架机械手的设计 (15)3.2.4 Y轴驱动及导向设计 (20)3.2.5心杆驱动系统设计 (21)3.2.6优势和局限性 (22)第4章双工位桁架机械手 (23)4.1双工位桁架机械手的思考 (23)总结 (24)参考文献 (25)致谢 (26)第1章绪论1.1毕业设计的目的大学生活就要结束在即，毕业设计就是完整的大学生活的句号。
机械手电气控制系统设计说明
机械手电气控制系统设计摘要在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。
自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。
机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。
机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。
机械手是工业机器人的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机器人。
工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。
广泛采用工业机器人，不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。
可编程控制器是继电器控制和计算机控制出上开发的产品，逐渐发展成以微器处理为核心把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。
本文应用三菱公司生产的可编程控制器FX系列PLC实现机械手搬运控制系统，该系统充分利用了可编程控制器 (PLQ 控制功能。
使该系统可靠稳定，时期功能范围得到广泛应用。
关键字：机械手；自动化装备；可编程控制器；PLC摘要前言 (2)第1章设计目的及主要内容 (3)1.1 设计目的 (3)1.2.主要内容 (3)第2章机械手的操作要求及功能 (4)2.1.操作要求 (4)2.2操作功能 (5)第3章PLC及机械手的选择和论证 (6)3.1PLC (6)3.1.1 PLC 简介 (6)3.1.2 PLC的结构及基本配置 (6)3.1.3 PLC 的选择 (7)3.2机械手 (7)3.2.1机械手简介 (7)3.2.2机械手的选择 (8)第4章硬件电路设计及描述 (8)4.1操作方式 (10)4.2输入与输出分配表及I/O分配接线 (10)第5章软件电路设计及描述 (12)5.1机械手的操作系统程序 (12)5.2回原位程序 (12)5.3手动单步操作程序 (13)5.4自动操作程序 (14)5.5机械臂传送系统梯形图 (14)5.6指令语句表 (16)18第6章总结 (17)参考文献大二的学习即将结束，课程设计是其中一个重要环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。
多自由度关节式机械手的结构设计
目录1前言 (1)1.1 设计题目的背景及目的 (1)1.2 概述 (1)1.3. 机械手发展简史 (2)1.5 机械手应用概况 (3)1.6 发展趋势 (4)2 工业机械手设计概述 (5)2.1机械手设计目的及意义 (5)2.2 本次机械手的设计内容 (5)3 设计要求及方案论证 (6)4总体设计及分析 (8)4.1 系统原理介绍 (8)4.2 系统结构论述 (9)4.2.1机械手结构设计的特点 (10)5机械手各部分设计及计算 (10)5.1驱动系统的选择 (10)5.2 机械手基座部分设计 (12)5.2.1机械手基座结构的设计原则 (12)5.2.2 基座部分的设计计算 (13)5.2.3计算传动装置的运动和动力参数 (16)5.2.4主要传动尺寸的确定 (16)5.3 机械手手臂部分设计及计算 (23)5.3.1机械手手臂结构设计的原则： (23)5.3.2机械手手腕部分设计及其计算 (32)6 直接示教轻动化设计 (36)7 总结 (37)参考文献 (38)谢辞 (39)1前言1.1 设计题目的背景及目的机器人是近30年来发展起来的一种高科技自动化生产设备。
机械手是机器人的一个重要分支。
它的特点是可通过变成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，尤其是体现了人的智能和适应性，机器作业的准确性和在各种环境完成作业的能力。
本设计完成了多自由度关节式机械手的运动方案设计和驱动方式选择，并对机座，手臂及末端执行器等机械装置进行了结构设计。
本次设计的内容是多自由度关节式机械手的结构设计，属于工业机械手机械部分设计，本次设计的机械手属于专业机械手，主要附属于某一主机，如自动机床或生产线上，用以解决机床的上下料及工件的传输等任务，动作比较单一，只能完成某些特定的任务。
1.2 概述机器人是一种人类很早就梦想制造的、具有仿生性且处处听命于人的自动化机器，它可以帮助人类完成很多危险、繁重、重复的体力劳动或者进入各种服务领域。
机床上下料机械手设计说明书
第1章绪论1。
1 选题背景机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置,它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。
近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。
机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作,减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。
机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸,特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。
目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分.把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑,而且适应性很强.当工件变更时,柔性生产系统很容易改变,有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。
而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。
因此,进行机械手的研究设计是非常有意义的。
1。
2 设计目的本设计通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科四年的所学知识进行整合,完成一个特定功能、特殊要求的数控机床上下料机械手的设计,能够比较好地体现机械设计制造及其自动化专业毕业生的理论研究水平，实践动手能力以及专业精神和态度,具有较强的针对性和明确的实施目标，能够实现理论和实践的有机结合。
目前，在国内很多工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，劳动强度大、生产效率低。
为了提高生产加工的工作效率，降低成本，并使生产线发展成为柔性制造系统，适应现代自动化大生产，针对具体生产工艺,利用机器人技术，设计用一台装卸机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。
PLC课程设计机械手电气控制系统.
河南机电高等专科学校课程设计报告书课程名称:《PLC技术与工程应用》课题名称:机械手电气控制系统设计系部名称:自动控制系专业班级:计控102班姓名:刘宾学号:1014132312012年06月20日目录目录 (11、引言 (42、系统总体设计要求 (63、系统方案设计 (64、上位监控系统设计 (125、程序调试 (145.1 调试设备 (145.2 遇到的问题与解决方法 (146、心得体会 (15附录1 参考文献 (16附录2 程序清单 (161、引言在现代工业中,生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。
随着工业现代化的进一步发展,自动化已经成为现代企业中的重要支柱,无人车间、无人生产流水线等等,已经随处可见。
同时,现代生产中,存在着各种各样的生产环境,如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下作业等,这些恶劣的生产环境不利于人工进行操作。
机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域,是一门跨学科综合技术。
,是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物,并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。
机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。
尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合,应用得更为广泛。
在我国,近几年来也有较快的发展,并取得一定的效果,受到机械工业和铁路工业部门的重视。
机械手的种类,按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手;按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种;按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。
机械手通常用作机床或其他机器的附加装置,如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件,在加工中心中更换刀具等,一般没有独立的控制装置。
有些操作装置需要由人直接操纵,如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。
机械手的结构设计概述
摘要本文简要介绍了电动式关节型机器人机械手的概念，机械手硬件和软件的组成，机械手各个部件的整体尺寸设计，气动技术的特点。
本文对机械手进行总体方案设计，确定了机械手的坐标形式和自由度，确定了机械手的技术参数。
同时，设计了机械手的夹持式手部结构，设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩。
设计了机械手的手臂结构。
设计出了机械手的气动系统，绘制了机械手气压系统工作原理图，大大提高了绘图效率和图纸质量，画出了机械手的装配图图。
关键词：工业机器人机械手电动电动式关节型机器人机械手AbstractAt first, the paper introduces the conception of the industrial robot and the Eller. Dairy information of the development briefly. What’s more, the paper accounts for the background and the primary mission of the topic.The paper introduces the function, composing and classification of the manipulator, tells out the free-degree and the form of coordinate. At the same time, the paper gives out the primary specification parameter of this manipulator,The paper designs the structure of the hand and the equipment of the drive of the manipulator. This paper designs the structure of the wrist, computes the needed moment of the drive when the wrist wheels and the moment of the drive of the pump.The paper designs the structure of the arm. The paper institutes two control schemes of according to the work flow of the manipulator. The paper draws out the work time sequence chart and the trapezium chart.KEY WORDS: Industrial robot robot electricelectric-type joints robot manipulator目录第一章绪论 (5)1.1 绪言 (5)1.2 课题工作要求 (7)1.3 课题基本参数的确定 (8)第二章结构的设计 (10)2.1 手部的机构 (10)2.1.1 手指的形状和分类 (11)2.1.2 设计时考虑的几个问题 (11)2.1.3 手部夹紧的设计 (12)2.2 手腕结构设计 (13)2.2.1 手腕的自由度 (13)2.2.2 手腕的驱动力矩的计算 (13)2.3 手臂伸缩，升降的尺寸设计与校核 (18)2.3.1 手臂伸缩的尺寸设计与校核 (18)2.3.2手臂升降的尺寸设计与校核 (19)第三章控制系统设计 (22)总结 (43)致谢 (44)结参考文献 (45)第1章绪论1.1绪言到目前为止，世界各国对“机器人机械手”还没有做出统一的明确定义。
镗铣加工中心换刀机械手部件设计
摘要机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。
机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。
在机械加工中，大部分零件都要进行多种工序加工。
在一般数控机床的整个加工过程中，真正用于切削的时间只占整个工作时间的30%左右，其余的大部分时间都花在安装、调整刀具、装卸、搬运零件和检查加工精度等辅助工作上。
自动换刀装置是数控加工中心在工件的一次装夹中实现多道工序加工不可缺少的装置。
为充分发挥机床的作用，数控中心均配有自动换刀装置。
本课题重点在于镗铣加工中心换刀机械手的结构设计。
目前工业机械手主要用于机床加工、铸造、热处理等方面，无论数量，品质还是性能方面都不能完全满足工业发展的需要。
本课题重点解决的问题：换刀机械手部件的结构设计，对关键零件进行校核以及尺寸的优化选取。
主要设计内容有：（1）设计镗铣加工中心换刀机械手部件的结构，传动系统以及驱动系统，使其能够满足快速，平稳，准确换刀的功能。
（2）完成重要零件的设计，主要包括齿轮的设计，轴的设计，手指的设计。
使用Pro/E对所有换刀机械手零件进行三维建模，并建立总装模型。
（3）用AutoCAD画出换刀机械手重要零部件的二维图纸。
关键词：镗铣加工中心；结构设计；换刀机械手；伸缩回转式单臂双爪机械手。
AbstractThe robot is a new device developed in the mechanization and automation of the production process. Although the robot is not as staffing flexibility, but it has repeated the work and labor, I do not know fatigue, not afraid of danger, the the snatch weight of force than manual force, Therefore, the robot has been subject to many sectors, and increasingly has been applied more widely.In machining, most of the parts should be carried out a wide range of machining processes. Whole process in general CNC machine tools for cutting real time accounted for only about 30% of the entire working time, most of the rest of the time is spent on installation, adjustment tool, loading and unloading, handling parts and check processing accuracy auxiliary work on Automatic tool changer CNC machining center in one clamping of the workpiece to achieve multi-channel processing indispensable device. In order to give full play to the role of the machine tool, CNC centers are equipped with automatic tool changer.The focus of this project is boring and milling machining center blade structural design of the robot. Industrial robot is mainly used for machining, casting, heat treatment, regardless of the quantity, quality or performance are not fully meet the needs of industrial development. Focused on solving the problem of the subject: A tool of the structural design of the robot components, select the check key parts and size optimization.The main design elements:(1) Design milling centers gripper parts of the structure, the transmission system and drive system to enable it to meet the fast, smooth and accurate tool.(2) the completion of the important parts of the design, including the choice of gear design, the design of the shaft bearing. Pro / E 3D modeling, and all parts of gripperassembly model.(3) AutoCAD to draw the gripper important parts of the two-dimensional drawings. Keywords: boring and milling machining center; structural design; gripper; retractable rotary arm claw robot.目录摘要Abstract第1章绪论 (1)1.1选题的背景和意义 (1)1.2国内外研究现状和发展趋势 (1)1.2.1机械手简介 (1)1.2.2 机械手的分类 (3)1.2.3工业机械手研究趋势 (6)1.3 换刀机械手研究意义 (7)1.4 设计的内容和思路 (7)第2章镗铣加工中心换刀机械手总体设计 (9)2.1 换刀机械手的工作原理分析 (10)2.2 机械手的平稳性 (10)2.3 机械手的运动特性 (11)2.4 换刀机械手方案的确定 (12)第3章换刀机械手的总体方案设计 (13)3.1手爪部分设计 (13)3.2 机械手手臂的设计 (13)3.3 机械手传动方式的选择 (15)3.3.1机械手转过180度的传动机构选择 (15)3.3.2 主轴以及机械手上下伸缩的传动机构设计 (17)3.4 换刀机械手驱动机构的选择 (19)第4章换刀机械手的结构设计及尺寸确定 (21)4.1 手指结构设计及计算 (21)4.1.1 手指夹紧力的计算 (21)4.1.2 手指部分的相关校核 (23)4.2手臂的弯曲变形 (25)4.3 轴与机械手配合部分的直径的选取 (27)4.4 机械手转过180度的驱动机构设计 (28)4.5 设计参数 (30)第5章总结与展望 (31)参考文献 (32)致谢 (33)浙江理工大学本科毕业设计第1章绪论1.1选题的背景和意义机械制造业是一个国家最基础的行业，为整个国民经济提供技术装备，其发展水平是国家工业化程度的主要指标之一。
JCS-018型立式加工中心
3．伺服进给系统
伺服进给系统
4．主要部件结构
（1）主轴部件
图3-70 主轴结构 1—刀柄 2—主轴 3—拉钉 4—钢球 5—碟形弹簧 6—拉杆 7—螺旋弹簧 8—活塞 9、10—行程开关
使用弹性卡爪的刀具自动夹紧机构
图3-71 使用弹性卡爪的刀具自动夹紧机构 1—主轴 2—刀柄 3—拉钉 4—弹性卡爪 5—碟形弹簧 6—拉杆
主轴部件模型
（2）换刀过程示意图
刀库结构
换刀过程
机械手臂和手爪
1、2—弹簧3—锁紧销4—销 5—活动销 6—固定爪 7—锥销
四、数控编程技术
数控编程的主要内容包括：
加 零件图 工
工
数 学
编 写 程
制
备 控
程 首 数控机床 序件
艺
处
序
制 校试
分 析
理
清 单
介 验切 质
图纸工艺分析
这一步与普通机床加工零 件时的工艺分析相同，即 在对图纸进行工艺分析的 基础上，选定机床、刀具 与夹具；确定零件加工的 工艺线路、工步顺序及切 削用量等工艺参数等。
将程序单上的内容 ，经转换记录在控 制介质上，作为数 控系统的输入信息 ，若程序较简单， 也可直接通过键盘 输入。
零件图纸
图纸工艺分析
计算运动轨迹
修
程序编制改Leabharlann 制备控制介质校验和试切
错误
程序的校验和试切
所制备的控制介质， 必须经过进一步的校验 和试切削，证明是正确 无误，才能用于正式加 工。如有错误，应分析 错误产生的原因，进行 相应的修改。
零件图纸
图纸工艺分析
计算运动轨迹
加工中心自动换刀后机械手设计及控制
在未来，随着技术的进 步，这一领域仍有很大 的优化和拓展空间
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2. I/O配置
根据机械手的动作和控制需求，合理配置PLC的输入和输通过输出端口传给机械手的驱动系统
PLC控制方式
3. 程序设计
利用PLC编程软件编写控制程序 ，实现以下功能
自动换刀流程控制：根据预 设的流程控制机械手的动作
实时监控与报警：监控机械 手的运行状态，如有异常立 即报警并采取相应措施 参数设置与调整：允许用户 根据实际需要调整机械手的 运行参数
3. 材料选择
机械手的结构材料应满足耐磨、 耐腐蚀和高强度的要求，常用的 材料有碳钢、不锈钢和铝合金等
3
PLC控制方式
PLC控制方式
1. PLC选型
选择合适的PLC对于机械手的控 制至关重要。应考虑PLC的处理 速度、输入/输出端口数量、扩 展性以及是否支持所需的通信协 议等因素
PLC控制方式
2. 机械手结构
自动换刀机械手的设计
典型的自动换刀机械手结构包括 手臂：负责夹持刀具，通常设计有多段 伸缩结构，以适应不同长度的刀具 驱动系统：采用电动、气动或液压方式 驱动机械手进行动作 控制系统：用于接收换刀指令，并控制 机械手的动作 传感器：用于检测刀具的位置和状态， 为控制系统提供反馈
自动换刀机械手的设计
3
结构和PLC控制方式
2
自动换刀机械手的设计
自动换刀机械手的设计
1. 设计原则
自动换刀机械手的设计应遵循以下原则 高可靠性：机械手应能在各种工作环境下稳定运行 ，保证换刀过程的准确性和安全性 易于维护：机械手的部件应便于拆装和维修，降低 维护成本 高效性：机械手应能在最短时间内完成换刀动作， 提高加工中心的工作效率 模块化设计：方便根据不同的加工需求进行定制或 改造
立式加工中心换刀机械手设计
立式加工中心换刀机械手设计加工中心简述加工中心（英文缩写为CNC 全称为Computerized Numerical Control）：是带有刀库和自动换刀装置的一种高度自动化的多功能数控机床。
在中国香港，台湾及广东一代也有很多人叫它电脑锣。
工件在加工中心上经一次装夹后，数字控制系统能控制机床按不同工序，自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助机能，依次完成工件几个面上多工序的加工。
并且有多种换刀或选刀功能，从而使生产效率大大提高。
立式加工中心简述是指主轴轴线与工作台垂直设置的加工中心，主要适用于加工板类、盘类、模具及小型壳体类复杂零件。
立式加工中心能完成铣、镗削、钻削、攻螺纹和用切削螺纹等工序。
立式加工中心最少是三轴二联动，一般可实现三轴三联动。
有的可进行五轴、六轴控制。
立式加工中心立柱高度是有限的，对箱体类工件加工范围要减少，这是立式加工中心的缺点。
但立式加工中心工件装夹、定位方便；刃具运动轨迹易观察，调试程序检查测量方便，可及时发现问题，进行停机处理或修改；冷却条件易建立，切削液能直接到达刀具和加工表面；三个坐标轴与笛卡儿坐标系吻合，感觉直观与图样视角一致，切屑易排除和掉落，避免划伤加工过的表面。
与相应的卧式加工中心相比，结构简单，占地面积较小，价格较低。
立式加工中心分类依据导轨分类：依据立式加工中心各轴导轨的形式可分硬轨及线轨。
硬轨适合重切削，线轨运动更灵敏。
依据转速分类：立式加工中心主轴转速6000-15000rpm为低速型，18000rpm以上为高速型。
依据结构分类：依据立式加工中心的床身结构可分为C型及龙门型。
机械手简述机械手mechanical hand，也被称为自动手，auto hand，能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。
机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
机械手控制系统设计
机械手控制系统设计机械手控制系统设计摘要在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。
自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。
本次设计根据课题的控制要求,确定了搬运机械手的控制方案,设计控制系统的电气原理图，对控制系统进行硬件和软件选型,完成PLC（可编程控制器）用户程序的设计。
设计中使用了德国西门子公司生产的S7-200系列的CPU 226。
该系列PLC具有功能强大，编程方便，故障率低，性价比高等多种优点。
机械手的开关量信号直接输入PLC，使用CPU 226来完成全部的控制功能，包括：手动/自动控制切换，循环次数设定，状态指示，手动完全操控等功能。
机械手完成下降、伸出、加紧工件、上升、右旋、再下降、放松工件、缩回、放松、左旋十个动作。
通过模拟调试，有序的控制物料从生产流水线上安全搬离，提高搬运工作的准确性、安全性，实现一套完整的柔性生产线，使制造过程变的更有效率。
通过本次毕业设计，对PLC控制系统的设计建立基本的思想：能提出自己的应用心得；可巩固、深化前续所学的大部分基础理论和专业知识，进一步培养和训练分析问题和解决问题的能力，进一步提高自己的设计、绘图、查阅手册、应用软件以及实际操作的能力，从而最终得到相关岗位和岗位群中关键能力和基本能力的训练。
关键词：机械手；PLC（可编程控制器）；CPU；梯形图The Design of Manipulator Control SystemABSTRACTIn industrial manufacturing and other fields, due to the demand of work, many workers are compelled to expose in harmful circumstance like high temperature, corrosion, toxic gases harm and so on, that increased labor intensity, even imperial their lives. However, since the manipulator came out, many knotty problems are smoothly solved.The design requirements under the control of the subject to determine the handling robot control program, designed control system electrical schematic diagram, the control system hardware and software selection, complete the design of the user program in the PLC (programmable controller). Design used in the German company Siemens S7-200 series CPU 226. The series PLC with powerful, easy programming and low failure rate, and cost advantages. Robot switch signal input to the PLC, the CPU 226 to complete all the control functions, including: manual / automatic control switch, set the number of cycles, status indicator, manual complete control and other functions. the production line on the safe move out, so that the manufacturing process becomes more efficient.The graduation project, the design of PLC control system to establish the basic idea: to make their own application experience; can strengthen and deepen the most of the former continued the basic theory and professional knowledge, further training and training to analyze and solve problems the ability to further improve their design, drafting, inspection manuals, application software, as well as the actual ability to operate, and ultimately related jobs and job base in keyskills and basic skills training.Key Words:Manipulator;PLC;CPU;Ladder-diagram目录第1章绪论 (1)1.1 机械手的背景与现实意义 (1)1.2 国内外机械手研究概况 (1)1.3 机械手控制存在的问题及最新发展 (3)1.3.1 利用单片机实现对机械手的控制 (3)1.3.2 利用传统继电器实现对机械手的控制 (3)1.3.3 PLC实现对机械手的控制 (3)1.4 本文主要工作 (5)第2章机械手控制系统工艺流程与总体方案设计 (6)2.1 机械手控制系统的流程设计 (6)2.2 机械手的工艺过程 (6)2.3 机械手总体控制方案的设计思路 (7)第3章机械手硬件系统设计 (9)3.1电气原理设计 (9)3.1.1 机械手电源电路设计 (9)3.1.2 机械手控制电路 (9)3.1.3工作状态指示灯电路 (11)3.1.4 LED段码指示电路 (11)3.2 PLC的选型及参数 (12)3.3电器元器件的选型 (13)3.3.1 接触器 (13)3.3.2 行程开关 (14)3.3.3 熔断器 (14)3.3.4 低压断路器 (14)3.3.5 控制按钮 (14)3.3.6 直流减速电机 (14)第4章机械手软件系统设计 (15)4.1设计任务和控制要求 (15)4.2高级指令说明 (15)4.2.1 定时器指令 (15)4.2.2 顺控继电器(SCR)指令 (17)4.2.3 传送指令 (17)4.2.4 计数器指令 (18)4.2.5 标准转换指令 (20)4.2.6 段码指令 (20)4.3 PLC的I/O接口功能设计与分配 (20)4.3.1 PCL的I/O接口功能设计 (20)4.3.2 I/O接线图 (23)4.4设计系统工作流程 (24)第5章机械手控制系统调试 (25)5.1 西门子S7-200系列PLC编程软件 (25)5.2 程序说明 (26)5.3 故障及其解决方案 (31)第6章总结 (33)参考文献 (34)谢辞 (35)附录程序清单 (36)1 绪论1.1机械手的背景与现实意义机械手是工业自动化领域中经常遇到的一种控制对象。
机床结构图
主轴部件结构图7815型数控车床主轴部件结构图32型数控铣床主轴部件结构图THK6380加工中心主轴部件结构图主轴准停装置原理图进给传动部件结构图坐标轴进给传动系统结构布置形式电动机与丝杠直联式步进电动机与丝杠的联接向整法圆柱薄片齿轮周向弹簧错齿调整法简图圆柱薄片齿轮可调拉簧错齿调整法简图斜齿轮垫片、压簧调整锥齿轮弹簧调整法齿轮齿条啮合齿侧隙消除法结构简图滚珠丝杠结构螺纹滚道的结构形式简图垫片调整式的滚珠丝杠螺母副纹调整式的滚丝杠螺母副齿差调整式的滚珠丝杠螺母副导轨部件结构图直线滚动导轨副结构滚动导轨预加负载的方法直线滚动导轨副的固定滚动导轨块理轨理工作台部件结构图多齿盘分度工作台结构图带交换托盘的多齿盘分度工作台数控分度工作台加工中心回转工作台工作台夹紧构夹紧环联轴器结构图刀架和机械手部件结构图立式四方刀架结构回转刀架刀库种类链式刀库换刀位置各种链式刀库单臂单手式机械手手臂和手爪结构加工中心自动换刀装置向与向滑台回转立柱与机械手回转运动机械手臂结构图换刀装置各部分位置关系图检测装置结构图直线感应同步器结构。
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毕业设计（论文）
题目加工中心机械手系统结构设计
专业机械设计制造及其自动化
班级
学生
指导教师王慧武
职称副教授
高科学院
2013 年
任务书填写要求
1．毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经学生所在专业的负责人审查、学院（系）领导签字后生效。
此任务书应在毕业设计（论文）开始前一周内填好并发给学生；
2．任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴；
3．任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及学院（系）主管领导审批后方可重新填写；
4．任务书内有关“学院（系）”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。
学生的“学号”要写全号（如020*******,为10位数），不能只写最后2位或1位数字；
5．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。
如“2004年3月15日”或“2004-03-15”。
6．毕业设计任务书、毕业论文及其它相关的报告书，要求一律用16K纸书写或打印。
系
系主任西安理工大学高科学院批准日期
毕业设计（论文）任务书
系机械设计制造及其自动化专业 09机械1 班学生
一、毕业设计(论文)课题加工中心机械手系统结构设计
二、毕业设计(论文)工作
自 2013 年 02 月 25 日起至 2013 年 06 月 14 日止
三、毕业设计(论文)进行地点高科学院
四、毕业设计(论文)的内容要求
加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控镗铣床，主要用于加工单件、小批量的箱体零件或棱形零件等精密复杂零件。
工件在一次装夹后，加工中心可以自动更换刀具，连续对零件的各加工面自动地完成高精度的铣、钻、铰、镗及攻丝等多种工序。
按其主轴布置方式可分为卧式和立式加工中心两大类。
要求针对卧式加工中心，完成其机械手系统（即自动换刀装置）的方案设计、结构设计计算和图纸绘制。
1.卧式加工中心自动换刀装置的主要设计指标为：
⑴刀库容量：60把；
⑵送刀方式：任意；
⑶刀具尺寸（最大）：长400 mm，直径Φ125 mm；
⑷刀具重量：约12 Kg；
⑸主轴前端孔锥度：7:24。
2.设计任务：
⑴完成机械手装卸刀及升降方案设计；
⑵完成装刀、卸刀机械手结构设计与计算；
⑶进行机械手夹紧特性分析与计算；
3.工作量应达到以下要求：
⑴完成机械手手架装置、升降机构装配图及主要零件工作图共计2.5张A0图纸。
⑵编写开题报告一份。
⑶编写文献综述一份（5000字）。
⑷翻译英文资料一份（2000单词）。
⑸撰写毕业设计说明书（论文）一份（15000字）。
负责指导教师
指导教师
接受设计论文任务开始执行日期2013-02-25
学生签名
毕业设计（论文）进度表
系
指导教师(签名) 学生(签名)
年月日年月日。