数控机床装夹机械手的研制.doc

1、摘 要机械手是指有类似人的手臂、手腕和手的部分动作及功能；一般都能按预定程序，自动地、重复循环地进行工作的机械装置。这种新颖技术装备的出现和应用，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用，因而具有强大的生命力，受到各个部门的广泛重视和欢迎。本次课题主要致力于设计用在数控机床上的气动式装夹机械手。经过我们的调查，发现目前市场存在的机械手都比较复杂，因而成本也很高，且大都应用于一些大型企业。为了使中小型企业也能运用机械手，提高生产效率，让机械手普遍化，本课题应运而生：通过最简单和最优化的结构设计，最经济的选材方式来设计装夹机械手。机械手的设计主要包括三个方面：执行机构，驱动机构和

2、控制系统。由于时间所限，我们主要设计的是执行机构，执行机构直接关系到机械手结构的外型，动作范围等，在后述讨论中我们将详细介绍关于执行机构的设计。关键词：气动式；装夹机械手；结构设计AbstractMechanical hand is part of the action and function is similar to a human arm, wrist and hand; usually the program as scheduled, mechanical device automatically, repeat the cycle to work. The novel appea

3、rance and application of technical equipment, automation of industrial production, it plays an important role in promoting the further development of industrial production, and has strong vitality, has attracted wide attention and welcome all sectors.this topic mainly concentrate on the design of pn

4、eumatic clamping manipulator .After the investigation ,we find present manipulators quite complex, thus the cost is also very high, and it applies mostly in some Major industries. In order to enable the Small and medium-sized enterprise also to utilize the manipulator, raise the production efficienc

5、y, make the manipulator universal, this topic comes into being: Through the simple and the optimized organization design, the most economical selection way to design the manipulator.Manipulators design mainly involves three aspects: Implementing agency, driving mechanism and control system. Because

6、of the limited time, what we mainly design is the implementing agency, the implementing agency is directly related to manipulator outlook and the working range , we will introduce the implementing agency design in detail in this articleKeywords: pneumatic ;clamping manipulator ;structural design目 录第

7、一章 概 述11.1 引言11.2 一些软件在机械手设计中的应用21.2.1 CAD技术的应用21.2.2 PRO/E的应用41.3研究内容与意义41.3.1 研究的意义41.3.2主要研究内容5第二章 数控机床装夹机械手的总体方案设计62.1数控装夹机械手的原理设计62.1.1 基本设计思想62.1.2基本设计步骤62.1.3机械手的工作流程72.1.4 机械手传动原理82.2机械手控制方案选择92.2.1控制形式的选择92.2.2手臂的坐标形式选择92.3机械手的总体构成10第三章 数控机床装夹机械手的详细设计133.1手爪部分结构设计与选材133.1.1手爪的装配结构133.1.2手爪的

8、工作过程133.1.3各部件的选材143.2手臂的组成与结构分析153.2.1 前臂的组成与结构分析163.2.2 中臂的组成与结构设计173.3 底座的组成与结构设计183.4 立柱的组成与结构设计193.4.1 上立柱的组成与结构设计193.4.2 下立柱的组成与结构设计193.5可调支撑的组成与结构设计203.5.1可调支撑的结构分析与作用213.5.2可调支撑的工作原理：223.5.3可调支撑的选材。22第四章 设计中关键技术和解决方法244.1 遇到的问题：244.1.1 关于摆动汽缸244.1.2所夹持工件的长度和大小的确定244.2 解决方法254.2.1 摆动汽缸254.2.2

9、 所夹持工件长度及大小的确定25第五章 结论与展望295.1 结论295.2 展望29致谢30参考文献31第一章 概 述1.1 引言机械手：机械手是指有类似人的手臂、手腕和手的部分动作及功能；一般都能按预定程序，自动地、重复循环地进行工作的机械装置。机械手主要由执行机构和驱动机构和控制系统组成。机械手的执行机构分为手部、手臂、躯干；机械手的手部主要用来抓取物件或者工具。机械手实现预定的运动主要是通过摆动、移动或复合运动来实现的，而这些主要是根据物体的尺寸、外形、重量、材质和工作要求来设定的，从而实现使被抓持物件的位置和姿势发生改变。世界上最先开始研制机械手的国家是美国。世界上第一台机械手诞生于

10、1958年，由美国联合控制公司研制生产。它的结构如下：将一个回转的长臂安装在机体上，再将抓放结构安装在端部，这种抓放结构中装有电磁铁。这台机械手采用的是示教型的数控系统。1962年，根据以上方案，美国联合控制公司又研制成功一台机械手，这是一台数控示教再现型机械手。设计者们从坦克炮塔中获得启示，所以它的运动系统与坦克炮塔的运动方式相类似。该机械手的手臂采用的驱动方式为液压驱动，它可以完成回转、俯仰、伸缩等运动形式；它的控制系统中的存储装置采用的是磁鼓。它的出现为许多球坐标通用机械手的研制提供了可借鉴的宝贵依据。同一年该公司和普鲁曼公司合并，建立了万能自动公司,专门致力于工业机械手的研发、生产和销

11、售。 1962年，另一家公司美国机械制造公司也成功研制出一种机械手。该机械手的中央立柱采用的驱动方式同样是液压驱动。中央立柱可以旋转、伸缩。该机械手也是一款采用示教再现型控制系统的机械手。六十年代初，这两种机械手的研制成功为国外工业机械手发展提供了宝贵的经验。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学，麻省理工学院联合研制出Unimate-Vicarm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控 制，用于装配作业，定位误差小于1毫米。 德国机械手发展相对较早，从1970年开始，工业机械手开始应用于德国机械制造业，这些机械手主要被用来进行设备的上下料、工件的起重运输、工件的焊接等危险、耗力的生产作业

12、的操作。德国KnKa公司还研制出了一种结构为关节式结构，控制方式为程序控制的点焊机械手。日本的工业机械手是世界上发展较早，发展最快的，而且日本在工业机械手领域的应用也是最多的。自1969年从美国引进两种基本机械手后，日本大力发展机械手的研制和应用。如今日本机械手技术已经走在世界先进行列。前苏联从20世纪60年代开始进行于机械手的研发和应用，到1977年底，前苏联在用的机械手中有一半是国产，另外一半主要依靠进口。但是自动化程度低，主要用于危险、繁重行业，从而使得人们免受危害。我国是世界上机械发展最早的国家之一，但到了近代，由于各种原因我国的工业机械手的发展停滞不前，远远落后于世界发达国家。新中国

13、成立后，尤其是近30年，我国机械手行业发展迅速，但是由于起步较晚，西方技术封锁等原因，我国机械手技术落后于欧美各国，且我国的机械手较多应用于汽车行业，我国自主研制的机械手多为低端的机械手，技术较为落后，但是如今我国的机械手的发展迅速，正在大步追赶其他先进国家，某些方面甚至已经达到世界先进水平。目前机械手大部分为第一代机械手，他们主要由人工进行操作、控制;大多采用开环控制的控制方式，缺乏自主识别能力，提高精度和降低成本是主要的发展方向。第二代机械手的研制正在加速进行中。微型电子计算机控制系统被装备在它们身上，这使得它们具有视觉、触觉，甚至听想的能力。科学家正在实验将各种传感器安装在它们身上，传感

14、器能够把感觉到的信息传输到计算机控制系统，从而使机械手具有感觉机能，完成设定的动作。第三代机械手的特点在于能独立完成工作过程中的任务。它们与电子计算机保持紧密的联系，依靠计算机自主完成设定的任务，并逐步发展成为柔性制造系统和柔性制造单元中的重要一部分。随着人们对工业机械手的不断研究和完善，机械手的发展越来越迅速，各个国家之间学术性的交流越来越频繁和深入，机械手的功能越来越强大。1.2 一些软件在机械手设计中的应用1.2.1 CAD技术的应用计算机辅助设计（CAD）技术的应用和发展使得人们的社会生产产生了巨大的变革和发展，因此人们将CAD技术的应用称做20世纪最杰出的发明之一。在本次课题研究中，

15、 CAD的应用也起了很大的作用。计算机辅助设计技术的应用使得机械设计产生了巨大的变革。它使得计算机在机械设计的过程中起到了十分重要的辅助性质的作用。计算机辅助设计技术使得设计师们在设计的过程中，不需要再进行大量的繁重的体力和脑力劳动，从而使得设计师们的在工作效率得到的显著的提升。计算机辅助设计技术的优点主要在以下几个方面体现出来:CAD技术使用计算机进行绘图，因此在绘图速度方面显著快于传统的手工绘图；采用计算机绘图使得在修改图纸上的错误时更加的方便和快捷（在这一方面，传统的手工绘图是无法相比较的）;一般情况下，计算机绘图能够使得绘图的精度得到十分明显的提升，从而能够获得比传统制图更好的制图效果。例如，当我们设计一个标志的时候，在计算机辅助绘图出现以前，即使我们的大脑中已经产生了十分清晰以及成熟的构思，可是当我们想要把它表达出来的时候，我们还是需要先一笔一画地画出图形，再认认真真地填充色彩，填充的过程中还需要讲究一些技巧，这些工作通常会花费大量的时间，而且绘图的效果也不能完全达到理想的效果。但是如果我们在计算机上使用平面设计软件比如AUTOCAD或者3D设计软件比如UG 等，一般只要我们能够熟练操作软件，十分快速便能设计出图形，而且设计出来