数控车床气动机械手设计-答辩课件

本 文 的 主 要 内 容
第一章
绪论
机械手组成分类及选材原则
从机械手的执行机构、驱动机 构、控制系统、位置检测系统 等几方面介绍了机械手的组成。 按照用途、驱动方式、控制方 式的不同对机械手进行了分类。 为本文选择对机械手的结构提 出了参考方案。
结构设计分析
确定数控车床机械手的具体参 数，根据机床用装卸机械手的 特点，确定气动装卸机械手的 总体技术方案，将机械手分为 若干个模块，对各个模块进行 设计，然后把这些模块拼装起 来组成机械手。
图2 通用圆形机械手
用途分类
专用机械手 通用机械手 液压驱动机械手
驱动方式分类
气压驱动机械手
机械驱动机械手 电力驱动机械手 点位控制机械手 轨迹控制机械手
控制方式分类
机 械 手 机 构 设 计 及 选 材 原 则
第二章 机械手的组成分类及设计选材原则
1.保证零件尺寸标准化、规格化。 2.零件尺寸基准选择要合理规范。 3.零件设计要首先满足设计要求，继而考虑到制造、 加工、装配的整体工艺路线。 4.零件尺寸精度与其功能应相匹配。 5.生产类型决定生产工艺。
按安装连接形式分类 螺纹式（管式）安装连接 板式安装连接 集成块式连接 叠加式安装连接 法兰式安装连接
方向控制阀
压力控制阀
流量控制阀
气动辅助元件的选取
序 号 1 2 3 4 设备名称 静音空气 压缩机 方向控制阀 调速阀 消音器 品牌 上海日豹 Airtac 型号 LB：0.017/8；220V/50HZ 4Vl20-M5-DC24V 4V110-M5-DC24V 排气节流式，外牙，牙径M5 外牙牙径PTI/4 接￠4的软管 相关配件 配内螺纹直通 接管外径￠6 5个 1个 备注
机 械 手 的 组 成
第二章 机械手的组成分类及设计选材原则
控制系统：电机控制、程序控制、机械控制
驱动系统：气压传动、机械传动、电力传动、液压传动
执行机构：手部模块、腕部模块、手臂模块、立柱模块、 机 座、行走机构
机 械 手 的 分 类
第二章 机械手的组成分类及设计选材原则
图1 注塑机专用机械手
机 械 手 的 驱 动 系 统 设 计
第四章
机械手驱动系统的设计
图1 驱动系统设计图
气 动 辅 助 元 件 的 选 取
第四章
气动辅助元件的分类
按用途分类 按控制方式分类 开关或定值控制阀 比例控制阀 伺服控制阀 电液数字控制阀
机械手驱动系统的设计
按结构形式分类 滑阀 锥阀 球阀 转阀 喷嘴挡板阀 射流管阀
气 缸 固 定 支 座 结 构 的 研 究
第五章
机械手关键技术研究
图1 气缸变形向下弯曲示意图
图2 门式支架示意图
图3 门架横梁焊接图
气 缸 防 侧 翻 技 术 研 究
第五章
气动机械手关键技术研究
图1 静转矩作用示意图
图2 槽型连接件示意图
减小静转矩数值的方法（不可行）
1.无法大量降低自重G。 2.无法缩短距离L，运动时直臂与门架会 产生干涉。
LOGO
Dissertation
for
the
Master
Degree
in
Engineering
In the numerical control lathe manipulator of the application
机械手在数控车 床中的应用研究
答辩人：尹云龙 导 师：刘献礼 教授
目录
1 2 3 4 5 绪论 机械手的组成分类及设计选材原则 数控车床装夹机械手的构型设计与分析 机械手驱动系统的设计 气动机械手关键技术研究 结论
抵消静转矩数值的方法（可行） 用一大小相等、方向相反的转矩抵消转矩M1，
设计槽型连接件。
图3 气缸实际受力形式示意图
完 成 的 主 要 工 作
结论
本文针对现有数控车床上配备的以伺服电机为驱动的 装卸机械手，由于其成本高和效率低等缺点，大大限制了 装卸机械手的广泛推广，通过对气动机械手进行深入的研 究，开发了一套模块化气动装卸机械手，该设备具有成本 低、速度高等特点。论文主要完成了如下工作:
图2 机械手各模块组成
夹持零件设计规格为
￠80×60mm
机 械 手 在 数 控 车 床 中 的 工 作 过 程
第三章数控车床装夹机械来自的构型设计与分析图1 抓取工件
图2 延Y轴上升，手爪旋转90º
图3 延Z轴水平移动
工件完成装夹后 机械手延原路线 返回，进行下一 个循环的运行。
图4 延Y轴下降，保证与卡盘对中 图5 安装工件
1. 对机械手的设计选材进行了分析，为确定整体结构提供依据；
2. 确定机械手的整体方案，引入模块化设计理念，完成机械手设计工作； 3. 完成了物料搬运机械手气动驱动系统的设计工作； 4. 通过实验，解决了气缸变形对精度的影响和防止门架侧翻的技术问题。
数控车床机械手的结构设计与分析
图1 方案一
图2 方案二
通过对比： 1. 方案一空间小、但精度相对较低； 2．方案一经济成本较低； 3．方案二精度可靠，实用性较高。 综合考虑，确定方案二为设计方案
机 械 手 模 块 化 设 计 及 功 能 分 析
第三章
数控车床装夹机械手的构型设计与分析
图1 模块化设计理念
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本 文 研 究 的 主 要 目 的 和 意 义
第一章
绪论
1.数控车床机械手的使用能保证加工质量、改善工作环境。 2.模块化机械手成本低廉，结构简单、抗干扰性强。
3.机械手成本较高、在普通数控机床中的应用有待开发。
难点一： 气缸大跨度结构由于重力载荷会发生变形，影响定位 精度； 难点二：气缸受到转矩影响，易产生侧翻。
驱动系统设计
设计机械手的控制系统需要到 的几个问题：确保机械手有精 确的定位精度；机械手与机床 加工工件的动作应能够配合协 调；控制机械手的运行速度， 时间最优，又要考虑到产生惯 性冲击或振动；考虑控制成本。
数控机床 装夹机械手
关键技术研究
机械手需安装在高度的固定支 架上，支架结构要考虑机械手 运行过程与机床的位置不发生 干涉以及足够的刚度和强度， 保证气缸在运行时不发生变形。 为防止快速运动下产生侧翻， 又针对此研究机构的结构特点， 对防侧翻技术进行了研究和分 析。
零件 设计 原则
使用性原则：零件在使用状态下材料自身具有的物理、 化学和力学等性能。 工艺性原则：材料的工艺性能决定了材料加工的难易 程度。 经济性原则：零件寿命、重量、研究费、加工费、维 修费等与零件成本有关，材料价格的高低是选材重要 的经济性指标。
选材 一般 原则
机 械 手 结 构 设 计
第三章