数控机床上下料机械手概况

摘要

本文是设计数控机床上下料机械手，通过查阅相关资料以及对本专业知识的学习和应用，对工业机械手各部分机械结构和功能的论述和分析，设计了一种数控机床上下料机械手。针对机械手的腰座、手臂、手爪等各部分机械结构以及机械手控制系统进行了设计。具体进行了机械手的总体设计，机械手手臂结构的设计，机械手腕部的结构设计，末端执行器（手爪）的结构设计，机械手的机械传动机构的设计，机械手驱动系统的设计。同时对液压系统和控制系统进行了理论分析和计算。基于PLC对机械手的控制系统进行了设计，基本达到了预期的设计目的

关键词:机械手； PLC；液压伺服定位；电液系统

目录

绪论 (1)

一、机械手的发展概况 (2)

（一）工业机械手的国内外发展历史和现状 (2)

（二）PLC控制技术在国内外的发展概况 (3)

（三）课题的提出及主要任务 (5)

（四）机械手在数控机床的应用 (6)

二、机械手的总体设计方案 (7)

（一）上下料机械手的工作原理 (7)

（二）机械手的组成 (7)

三、机械手执行机构的设计 (11)

（一）机械手的运动概述 (11)

（二）执行机构主要部分的设计 (11)

（三）手臂结构的设计 (12)

（四）执行机构的工作流程 (13)

四、机械手的驱动系统设计 (14)

（一）机械手驱动系统的控制设计 (14)

（二）气动元件选取及工作原理 (15)

五、机械手控制系统的设计 (16)

（一）控制系统的性能要求 (16)

（二）控制系统 PLC 的选型及控制原理设计 (17)

（三）PLC 程序设计 (21)

结论 (25)

参考文献 (26)

致谢 (27)

绪论

工业机器人由操作机、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、课重复编程/能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。

机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、抵压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛地引用

一、机械手的发展概况

（一）工业机械手的国内外发展历史和现状

机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可以代替人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。工业机械手与数控加工中心，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。

目前，国际上的机械手公司主要分为日系和欧系。日系中主要有安川、OTC、松下、不二越、川崎等公司的产品。欧系中主要有德国的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB及奥地利的工GM公司。

我国机械手起步于20世纪70年代初期，经过30多年发展，大致经历了3个阶段：70年代萌芽期，80年代的开发期和90年代的应用化期。在我国，机械手市场份额大部分被国外机械手企业占据着。在国际强手面前，国内的机械手企业面临着相当大的竞争压力。如今我国正从一个“制造大国”向“制造强国”迈进，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，对我国工业自动化的提高迫在眉睫，政府无比会加大对机器人的资金投入和政策支持，将会给机械手产业发展注入新的动力。

随着机械手发展的深度和广度以及机器人智能水平的提高，机械手已在众多领域得到了应用。从传统的汽车制造领域向非制造领域延伸。如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统用于维护维修的机器人等。

来越多。

在未来几年，传感技术，激光技术，工程网络技术将会被广泛应用在机械手工作领域，这些技术会是机械手的应用更为高效，高质，运行成本低。据猜测，今后机器人将在医疗、保健、生物技术和产业、教育、救灾、海洋开发、机器维修、交通运输和农业水产等领域得到应用。

目前，我国工业机械手的发展主要是逐步扩大其应用范围在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，研制出示教式机械手，计算机控制机械手和组合式机械手等将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构、设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不同的典型机构，组装成各种用途的机械手，既便于设计制造，又便于更换工件，扩大应用范围。

（二）PLC控制技术在国内外的发展概况

自二十世界六十年代美国推出可编程逻辑控制器PLC取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业、同时，计算机监控系统是采用集中监测、集中控制、集中显示、集中管理、集中保存的系统，

融合了较先进的自动化技术、计算机技术、通讯技术、故障诊断技术