數(shù)控臥式鏜銑床刀庫(kù)機(jī)械手回轉(zhuǎn)與裝卸刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【全套CAD圖紙+答辯畢業(yè)論文】

買(mǎi)文檔就送全套 紙 14951605 或1304139763 充值就可以下載原稿，疑問(wèn)咨詢(xún) 14951605 或 1304139763 目 錄 1 緒論 . 1 目背景和意義 . 1 控鏜銑床概述和結(jié)構(gòu)組成 . 4 控鏜銑床的結(jié)構(gòu)組成 . 6 內(nèi)外研究情況 . 6 課題研究的主要內(nèi)容 . 7 課題研究的主要內(nèi)容 . 7 究方案 . 7 究方法 . 7 2 總體方案的確定 要技術(shù)參數(shù) . 10 動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì)參數(shù) . 10 定數(shù)控臥式鏜銑床自動(dòng)換刀裝置的形式 . 10 3 機(jī)械手 . 12 械手的組成 . 12 行機(jī)構(gòu) . 12 動(dòng)機(jī)構(gòu) . 12 制系統(tǒng) . 13 題工作要求 . 13 械手手部的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) . 14 緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 . 16 械手手抓夾持精度的分析計(jì)算 . 17 彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 17 械手腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) . 19 部的結(jié)構(gòu)以及選擇 . 19 部的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 19 壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算 . 21 部 . 22 部結(jié)構(gòu)形式 . 23 部運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向裝置 . 23 械手機(jī)身的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 25 買(mǎi)文檔就送全套 紙 14951605 或1304139763 充值就可以下載原稿，疑問(wèn)咨詢(xún) 14951605 或 1304139763 身的整體設(shè)計(jì) . 25 身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 26 動(dòng)換刀機(jī)械手的滑座伸縮和手架回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) . 28 4 刀具交換裝置的設(shè)計(jì) . 30 刀機(jī)械手抓刀部分結(jié)構(gòu) . 30 械手傳動(dòng)結(jié)構(gòu) . 31 動(dòng)換刀過(guò)程的動(dòng)作順序 . 32 動(dòng)換刀裝置的相關(guān)技術(shù)要求 . 33 軸準(zhǔn)停裝置 . 33 刀機(jī)械手的安裝與調(diào)試 . 33 5 自動(dòng)換刀裝置的控制原理 . 34 庫(kù)的控制 . 34 械手的控制 . 34 結(jié) 論 . 35 致 謝 . 36 參考文獻(xiàn) . 37 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán) 聲明 .畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 1 緒論 1 1 1 緒論 目背景和意義 數(shù)控臥式鏜銑床是一種具有自動(dòng)換刀裝置和任意分度數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的數(shù)字控制機(jī)床，工件在一次裝夾后能自動(dòng)完成幾個(gè)側(cè)面的多種工序的加工。數(shù)控臥式鏜銑床刀庫(kù)機(jī)械手回轉(zhuǎn)與裝卸刀機(jī)構(gòu)用于主軸和刀庫(kù)間的裝刀與卸刀操作 。良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)刀庫(kù)與機(jī)床主軸之間刀具的快速裝卸，提高機(jī)床的工作效率。 在車(chē)床、鏜床、銑床、插、拉床、磨床、數(shù)控加工中心、齒輪加工中心、切斷機(jī)床 、特種加工機(jī)床、組合機(jī)床、柔性制造系統(tǒng)等眾多機(jī)械加工設(shè)備中，鏜銑床加工特點(diǎn)：加工過(guò)程中工件不動(dòng)，讓刀具移動(dòng)，并使刀具轉(zhuǎn)動(dòng)（主運(yùn)動(dòng)），在實(shí)踐中具有“萬(wàn)能機(jī)床”的稱(chēng)號(hào) 1。 鏜銑床主要是刀具在工件上加工已有預(yù)制孔的機(jī)床。通常，刀具旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，刀具或工件的移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。它主要是用來(lái)加工高精度孔或一次定位完成多個(gè)孔的精加工，此外還可以從事與孔精加工有關(guān)的其他加工面的加工 2。 1 緒論 2 2 1 緒論 3 3 1 緒論 4 4 控鏜銑床概述 和結(jié)構(gòu)組成 數(shù)控鏜銑床也稱(chēng) “ 加工中心 ” 機(jī)床，是一種新型機(jī)床，是一種具有自動(dòng)換刀裝置和任意分度數(shù)控 轉(zhuǎn)臺(tái)的點(diǎn)位 件在一次裝夾后能自動(dòng)完成幾個(gè)側(cè)面的鉆、銑、鏜、鉸、攻絲等多種工序的加工，有1 緒論 5 5 立式和臥式之分。在機(jī)械零件中，箱體類(lèi)零件占相當(dāng)大的比重，例如變速箱、氣缸體、氣缸蓋等 3。這類(lèi)零件往往重量較大，形狀復(fù)雜，加工的工序多。如果能在一臺(tái)機(jī)床上，一次裝夾自動(dòng)地完成大部分工序，對(duì)于提高生產(chǎn)率，提高加工質(zhì)量和自動(dòng)化程度將有很大的意義。箱體類(lèi)零件的加工工序，主要是銑端面和鉆孔、攻螺紋、鏜孔等孔加工。 因此，數(shù)控鏜銑床集中了鉆床、銑床和鏜床的功能，有下列特點(diǎn)： a. 工序集中 集中了銑削和不同直徑 的孔加工工序。 b. 自動(dòng)換刀 按預(yù)定加工程序，自動(dòng)地把各種刀具換到主軸上去，把用過(guò)的刀具換下來(lái)。因此，要有刀庫(kù)、換刀機(jī)械手等。 c. 精度高 各孔的中心距全靠各坐標(biāo)的精度來(lái)保證，不用鉆、鏜模。有的機(jī)床，還有自動(dòng)轉(zhuǎn)位工作臺(tái)，用來(lái)保證各孔各面間的角度。鏜孔時(shí)，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 還可先鏜這個(gè)壁上的孔，然后工作臺(tái)轉(zhuǎn) 180 度，再鏜對(duì)面壁上的孔。兩孔要保證達(dá)到一定的同軸度 。 控鏜銑床的結(jié)構(gòu)組成 a. 機(jī)床本體 數(shù)控鏜銑床常按主軸在空間所處的狀態(tài)，分為立式數(shù)控鏜銑床和臥式數(shù)控鏜銑床。機(jī)床本體是用來(lái)支撐機(jī)床的工作以達(dá)到加 工生產(chǎn)目的，主要由床身和立柱組成。 b. 主軸結(jié)構(gòu) 主軸部件既要滿足精加工時(shí)精度較高的要求，又要具備粗加工時(shí)高效切削的能力，因此在旋轉(zhuǎn)精度、剛度、抗振性和熱變形等方面，都有很高的要求。在布局結(jié)構(gòu)方面，對(duì)于具有自動(dòng)換刀功能的數(shù)控鏜銑床，其主軸部件除主軸、主軸軸承和傳動(dòng)件等一般組成部分外，還有刀具自動(dòng)加緊、主軸自動(dòng)準(zhǔn)停和主軸裝刀孔吹凈等裝置。 c. 數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái) 數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)可以進(jìn)行任意角度定位，它的功用有兩個(gè)：一是使工作臺(tái)進(jìn)行圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，二是使工作臺(tái)進(jìn)行分度運(yùn)動(dòng)。 d. 換刀裝置 數(shù)控鏜銑床為了能在工件一次裝 夾中完成多種甚至所有加工工序，以縮減輔助時(shí)間和減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動(dòng)換刀裝置。其主要有刀庫(kù)、橫梁升降機(jī)構(gòu)、滑座伸縮機(jī)構(gòu)、手架回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、裝刀手和卸刀手組成。 e. 機(jī)床導(dǎo)軌 導(dǎo)軌主要用來(lái)支承和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件沿一定的軌道運(yùn)動(dòng)。在導(dǎo)軌副中，運(yùn)動(dòng)的一方叫運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，不動(dòng)的一方叫支撐導(dǎo)軌。運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌相對(duì)于支撐導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)，通常是直線運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 4。 內(nèi)外研究情況 當(dāng)今世界，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)機(jī)床工業(yè)高度重視，競(jìng)相發(fā)展機(jī)電一體化、高精、高效、自動(dòng)化先進(jìn)機(jī)床，以加速工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 3,s。 長(zhǎng)期以來(lái)，歐、美、亞在國(guó)際市場(chǎng)上相互展開(kāi)激烈競(jìng)爭(zhēng)，己形成一條無(wú)形戰(zhàn)線，特別是隨微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步， 數(shù)控機(jī)床在 20 世紀(jì) 80 年代以后加速發(fā)展，各方用戶提出更多需求，早己成為四大國(guó)際機(jī)床展上各國(guó)機(jī)床制造商競(jìng)相展示先進(jìn)技術(shù)、爭(zhēng)奪用戶、擴(kuò)大市場(chǎng)的焦點(diǎn)。中國(guó)加入 ，正式參與世界市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)，今后如何加強(qiáng)機(jī)床工業(yè)實(shí)力、加速數(shù)控機(jī) 床產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實(shí)是緊迫而又艱巨的任務(wù) 5。 隨著 數(shù)控鏜銑床 的發(fā)展，機(jī)床附件行業(yè)必須有與之相配套的產(chǎn)品，要能跟得上數(shù)控鏜銑床的步調(diào)，數(shù)控鏜銑床競(jìng)爭(zhēng)是激烈的，機(jī)床附件行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)也是激烈的，但 惡性的競(jìng)爭(zhēng)終將給行業(yè)帶來(lái)黑暗，機(jī)床附件行業(yè)急需公平的良性競(jìng)爭(zhēng) 6。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 我國(guó)機(jī)床的功能部件雖然從 “小件 、 “配套件 的地位提升到 “關(guān)鍵崗位 并受到重視，但一直是在 “重主機(jī)、輕配套 ， “重洋輕土 這樣的大環(huán)境中逆水行舟、艱難成長(zhǎng)。長(zhǎng)期以來(lái)我們對(duì)功能部件關(guān)注不夠，在功能部件上無(wú)所作為很難使我們的機(jī)床產(chǎn)業(yè)上一個(gè)臺(tái)階，購(gòu)買(mǎi)國(guó)外的功能部件只能使我們的產(chǎn)業(yè)缺乏競(jìng)爭(zhēng)力 7 。 我國(guó)滾動(dòng)功能部件產(chǎn)業(yè)是土生土長(zhǎng)的民族工業(yè)，有著 40 多年的發(fā)展歷史，行業(yè)雖?。s 60 多家企業(yè)）卻有一批從上世紀(jì) 60 年代 “ 精密機(jī)床全國(guó)會(huì)戰(zhàn) 中成長(zhǎng) 起來(lái)的骨干企業(yè)。在生產(chǎn)規(guī)模、硬件設(shè)施等方面與國(guó)外同行不相上下。再加上近幾年出現(xiàn)的一批新生的企業(yè)，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，我們應(yīng)為機(jī)床附件行業(yè)提供一個(gè)好的公平的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。這才能促進(jìn)行業(yè)更進(jìn)一步發(fā)展。 最近幾年，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速穩(wěn)定發(fā)展，裝備制造業(yè)的振興以及整個(gè)制造業(yè)技術(shù)升級(jí)和國(guó)防現(xiàn)代化需求加大，在固定資產(chǎn)投資較快增長(zhǎng)的拉動(dòng)下，我國(guó)機(jī)床附件工具市場(chǎng)呈現(xiàn)產(chǎn)需兩旺的態(tài)勢(shì)，代表裝備制造業(yè)先進(jìn)水平的數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)更是乘勢(shì)而上 8。 強(qiáng)勁的市場(chǎng)需求拉動(dòng)，促使國(guó)內(nèi)機(jī)床工具行業(yè)出現(xiàn)了產(chǎn)銷(xiāo)暢旺的局面，機(jī)床附件行業(yè)在強(qiáng)大的需求之下 也是如虎添翼，奮力前進(jìn) 9 。 課題研究的主要內(nèi)容 課題研究的主要內(nèi)容 a. 了解 刀庫(kù)機(jī)械手回轉(zhuǎn)與裝卸刀機(jī)構(gòu) 的性能要求； b. 了解 刀庫(kù)機(jī)械手回轉(zhuǎn)與裝卸刀機(jī)構(gòu) 的工作原理，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算分析； c. 設(shè)計(jì)指標(biāo)：回轉(zhuǎn)油缸擺動(dòng)，帶動(dòng)手架回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)主軸 和刀庫(kù)間的換刀動(dòng)作，手臂沿手臂座移動(dòng)，完成拔刀和插刀動(dòng)作； d. 應(yīng)用 統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)零件和裝配建模和仿真 究方案 a. 明確文章的研究?jī)?nèi)容，確定研究對(duì)象； b. 大量收集并查閱相關(guān)資料，力求條理清晰。 究方法 a. 堅(jiān)持很好地全部閱讀指導(dǎo)教師指定的參考資料、文獻(xiàn)，并閱讀了較多的自選資料和較多的外文資料，積極開(kāi)展調(diào)研論證； 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 b. 充分利用時(shí)間，提前學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)軟 件，能夠熟練運(yùn)用 件進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析、加工等操作，使產(chǎn)品提前得到的方案可行性設(shè)計(jì)。 c. 采用同其它同等機(jī)械類(lèi)設(shè)備的類(lèi)比， 方案比較等方法，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用特征及現(xiàn)有的物質(zhì)、經(jīng)濟(jì)技術(shù)、人力等條件，以所學(xué)的理論知識(shí)為基礎(chǔ)，按照工業(yè)機(jī)械手工作的一般過(guò)程、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。借鑒以往相似設(shè)備的成功經(jīng)經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的目的。其中對(duì)于機(jī)械手設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題、難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)分析解決，確保整個(gè)設(shè)計(jì)方案的可行性和最佳 性 10。 圖 庫(kù)機(jī)械手回轉(zhuǎn)與裝卸刀 自動(dòng)換 刀裝置是數(shù)控加工中心在工件的一次裝夾中實(shí)現(xiàn)多道工序加工不可缺少的裝置 ,主要由刀庫(kù)、機(jī)械手和驅(qū)動(dòng)裝置幾部分組成。機(jī)械手和驅(qū)動(dòng)裝置是兩個(gè)關(guān)鍵部分 ,根據(jù)驅(qū)動(dòng)裝置的不同 ,自動(dòng)換刀裝置可分為凸輪式、液壓式、齒輪式、連桿式及各種機(jī)構(gòu)復(fù)合式 ,其中以凸輪式用得較多 11。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 圖 庫(kù)機(jī)械手回轉(zhuǎn)與裝卸刀 機(jī)械手回轉(zhuǎn)及裝刀、卸刀機(jī)構(gòu)，是用于主軸和刀庫(kù)間的裝刀、卸刀的換刀裝置?；剞D(zhuǎn)油缸 15擺動(dòng)，帶動(dòng)手架 3回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)向主軸和刀庫(kù)換刀的動(dòng)作。當(dāng)拔刀油缸 7通入壓力油時(shí)，缸體連同手臂 8沿手臂座 22移動(dòng)，完成拔刀和插刀動(dòng)作。手臂 8靠十字交叉滾子在手臂 8的 總體方案的 確定 10 2 總體方案的確定 要技術(shù)參數(shù) a. 刀庫(kù)容量 ： 4 b. 選刀方式 ：順序選刀 c. 重復(fù)精度 ： 5 數(shù)控臥式鏜銑床主要由床身、升降臺(tái)、工作臺(tái)、立銑頭、鏜頭、主傳動(dòng)、主變速、拉刀機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、吊掛、電柜等部分組成。機(jī)床本身并不帶自動(dòng)換刀裝置。自動(dòng)換刀裝置作為一套獨(dú)立的、完整的機(jī)床部件，設(shè)計(jì)依據(jù)是該機(jī)床的型式、工藝范圍及刀具的種類(lèi)和數(shù)量等。 動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì)參數(shù) 在銑削輪廓 時(shí)，為了保證一次連續(xù)地加工出全部表面，應(yīng)選用半徑小于工件最小輪廓半徑的刀具，而在實(shí)際的生產(chǎn)加工中，常盡量選用直徑較大的銑刀，因?yàn)榇笾睆姐姷秳傂院?，耐用度高。由?shù)控臥式鏜銑床推薦使用的最大切削范圍可知，當(dāng)銑切鋼時(shí)，銑刀直徑為 10 銑灰鑄鐵時(shí)，銑刀直徑達(dá) 25此，為了滿足該機(jī)床的實(shí)際加工能力與生產(chǎn)情況，在設(shè)計(jì)其自動(dòng)換刀裝置時(shí)，應(yīng)該根據(jù)最大的刀具直徑來(lái)設(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)的換刀裝置能交換 25刀具。 初估最大直徑刀具的重量為 8 定數(shù)控臥式鏜銑床自動(dòng)換刀裝置的形式 數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置的結(jié) 構(gòu)形式多種多樣，選擇何種形式，主要取決于機(jī)床的種類(lèi)、工藝范圍以及刀具的種類(lèi)和數(shù)量等。 由于數(shù)控臥式鏜銑床是一種使用范圍較廣的機(jī)床，且其可加工零件的精度要求也較高，比較上章介紹的幾種換刀形式，決定選用帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀形式。 帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置是由刀庫(kù)和刀具交換裝置（換刀機(jī)械手）組成。它是多工序數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用最廣泛的換刀裝置，其整過(guò)換刀過(guò)程比較復(fù)雜。首先把加工過(guò)程中需要使用的全部刀具安裝在標(biāo)準(zhǔn)的刀柄上，在機(jī)床外進(jìn)行尺寸預(yù)調(diào)后，按一定的方式裝入刀庫(kù)。換刀時(shí)，先在刀庫(kù)中進(jìn)行選刀，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 由機(jī)械手從刀庫(kù)和主軸上取 出刀具，然后交換位置，把新刀插入主軸，舊刀放回刀庫(kù)。存放刀具的刀庫(kù)可具有較大的容量，它既可以安裝在主軸箱的側(cè)面或上方，也可以作為獨(dú)立部件安裝在機(jī)床以外。 數(shù)控臥式鏜銑床主軸箱上方?jīng)]有好的安裝位置，安裝在機(jī)床外又要增加刀具運(yùn)輸時(shí)間，降低效率，所以安裝在機(jī)床側(cè)面最合適，有些部件交錯(cuò)的地方，作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。因?yàn)閿?shù)控臥式鏜銑床外形及其他性能參數(shù)等均與18A 數(shù)控立式鏜銑床相似，所以本機(jī)床的自動(dòng)刀裝置的設(shè)計(jì)將仿效18A 數(shù)控立式鏜銑床換刀裝置，設(shè)計(jì)成由由盤(pán)式刀庫(kù)和回轉(zhuǎn)式雙臂機(jī)械手組成。設(shè)計(jì)增加自動(dòng)換刀裝 置后的數(shù)控臥式鏜銑床的外觀圖如圖 圖 控臥式鏜銑床的外觀圖3 機(jī)械手 12 3 機(jī)械手 械手的組成 機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。其組成及相互關(guān)系如下圖： 行機(jī)構(gòu) a. 手部 手部安裝在手臂的前端。手臂的內(nèi)孔裝有轉(zhuǎn)動(dòng)軸，可把動(dòng)作傳給手腕，以轉(zhuǎn)動(dòng)、伸屈手腕，開(kāi)閉手指。 本課所指的機(jī)械手僅需開(kāi)閉手指。 機(jī)械手手部的機(jī)構(gòu)系模仿人的手指，分為無(wú)關(guān)節(jié)，固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三種。手指的數(shù)量又可以分為二指、三指和四指等，其中以二指用的最多。可以根據(jù)夾持對(duì)象的形狀和大 小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應(yīng)操作需要。本課所做的機(jī)械手采用二指形狀。 b. 手臂 手臂有無(wú)關(guān)節(jié)和有關(guān)節(jié)手臂之分。 本課所做的機(jī)械手的手臂采用無(wú)關(guān)節(jié)臂。 手臂的作用是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確的抓住工件，并運(yùn)送到所需要的位置上。為了使機(jī)械手能夠正確的工作，手臂的三個(gè)自由度都需要精確的定位。 本課題所做的機(jī)械手在手臂的上升、下降、前伸、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)三個(gè)方向的定位均采用行程開(kāi)關(guān)控制，以保證定位的精度。 總括機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)離不開(kāi)直線移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)二種，因此，它采用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是直線油缸、擺動(dòng)油缸、電液脈沖馬達(dá)、伺服油 馬達(dá)、直流伺服馬達(dá)和步進(jìn)馬達(dá)等。 軀干是安裝手臂、動(dòng)力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支架。 動(dòng)機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有四種，液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。其中以液壓氣，動(dòng)用的最多，占 90 以上，電動(dòng)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)用的較少。 液壓驅(qū)動(dòng)主要是通過(guò)油缸、閥、油泵和油箱等實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。它利用油缸、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 馬達(dá)加上齒輪、齒條實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，利用擺動(dòng)油缸、馬達(dá)與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是壓力高、體積小、出力大、運(yùn)動(dòng)平緩，可無(wú)級(jí)變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點(diǎn)是需要配備壓 力源，系統(tǒng)復(fù)雜成本較高。 氣壓驅(qū)動(dòng)所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達(dá)、氣閥等。一般采用 4 個(gè)大氣壓，個(gè)別的達(dá)到 8大氣壓。它的優(yōu)點(diǎn)是氣源方便，維護(hù)簡(jiǎn)單， 成本低。缺點(diǎn)是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實(shí)現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點(diǎn)位控制，而且潤(rùn)滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。 為了減少停機(jī)時(shí)產(chǎn)生的沖擊，氣壓系統(tǒng)裝有速度控制機(jī)構(gòu)或緩沖機(jī)構(gòu)。 電氣驅(qū)動(dòng)采用的不多。現(xiàn)在都用三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，用大減速比減速器來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，直線運(yùn)動(dòng)則用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)，有的采用直線電動(dòng)機(jī)。通用 機(jī)械手則考慮用步進(jìn)電機(jī)、直流或交流的伺服電機(jī)、變速箱等。 電氣驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)力源簡(jiǎn)單 ，維護(hù)，使用方便。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)可以采用統(tǒng)一形式的動(dòng)力，出力比較大，缺點(diǎn)是控制響應(yīng)速度比較慢。 機(jī)械驅(qū)動(dòng)只用于固定的場(chǎng)合。一般用凸輪連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作。它的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作確實(shí)可靠，速度高，成本低，缺點(diǎn)是不易調(diào)整。本課題所做的機(jī)械手采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂的上升、下降方面。采用手臂的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、手臂的夾緊、放松方面。 制系統(tǒng) 機(jī)械手控制系統(tǒng)的要素，包括工作順序、到達(dá)位置、動(dòng)作時(shí)間和加速度等 。 控制系統(tǒng)可根據(jù)動(dòng)作的要求，設(shè)計(jì)采用數(shù)字順序控制。 它首先要編制程序加以存儲(chǔ)，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機(jī)械手進(jìn)行工作 。 題工作要求 a. 用途 在給定的程序指令下，配合刀庫(kù)和臥式鏜銑床，簡(jiǎn)稱(chēng)主機(jī)，實(shí)現(xiàn)所有加工工序的自動(dòng)裝、卸刀。 b. 規(guī)格參數(shù) 抓重： 20由度數(shù)： 4 坐標(biāo)形式： 圓柱坐標(biāo) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 手架運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 拔、插刀行程（即滑座伸縮 z）： 155大 180 升降行程（即找刀排 y ）： （刀排間垂直方向距離為 4 2 0 毫米）共四排 回轉(zhuǎn)角度（ w）： 180 裝 卸刀手手臂 伸縮行程（ x）： 195指夾持刀柄的直徑： 100置檢測(cè)與定位方式： 滑座伸縮、手架會(huì)裝和裝、卸刀手手臂伸縮運(yùn)動(dòng)采用行程開(kāi)關(guān)進(jìn)行位置檢測(cè)，有擋塊（或活塞與端蓋）定位。手架升降運(yùn)動(dòng)采用無(wú)觸電行程開(kāi)關(guān)進(jìn)行位置檢測(cè)，并控制三位四通閥適時(shí) “關(guān)閉 ”來(lái)定位。 緩沖方式 ： 滑座伸縮、裝卸刀手手臂伸縮運(yùn)動(dòng)采用油缸端部節(jié)流緩沖，手架回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)采用轉(zhuǎn)換不同尺寸的出油口增加背壓減速緩沖，手架升降運(yùn)動(dòng)采用無(wú)觸點(diǎn)行程 開(kāi)關(guān)發(fā)信，切斷油路緩速緩沖。 驅(qū)動(dòng)方式： 液壓 控制方式： 數(shù)字控制 械手手部的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 械手手抓的設(shè)計(jì)計(jì)算 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 a. 手抓的力學(xué)分析 (a) (b) 1 手指 2銷(xiāo)軸 3 杠桿 圖 槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析 在杠桿 3 的作用下 ,銷(xiāo)軸 2 向 上的拉力為 F ,并通過(guò)銷(xiāo)軸中心 O 點(diǎn) ,兩手指 1的滑槽對(duì)銷(xiāo)軸的反作用力為 F 和 力的方向垂直于滑槽的中心線 指向 O 點(diǎn) ,交 延長(zhǎng)線于 A 及 B。 由 0= 21 0= 得 F 由 0)(01 = 1h2c (式中 a 手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱(chēng)中心的距離（ 工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾角。 由分析可知： 當(dāng)驅(qū)動(dòng)力 F 一定時(shí)， 角增大，則握力 隨之增大，但 角F =畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 過(guò)大會(huì)導(dǎo)致拉桿行程過(guò)大 ,以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好 =30 4 0 。 緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 手指加在工件上的夾緊力 ,是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。 必須對(duì)大小、 方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算。一般來(lái)說(shuō) ,需要克服工件 重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷 ,以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài) 。 手指對(duì)工件的夾緊力可按公式計(jì)算： F中 安全系數(shù) ,通常 工作情況系數(shù) ,主要考慮慣性力的影響?？山瓢聪率焦?12，其中 a，重力方向的最大上升加速度：響 ； 運(yùn)載時(shí)工件最大上升速度 t 響 系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間 ,一般選取 方位系數(shù) ,根據(jù)手指與工件位置不同進(jìn)行選擇。 G 被抓取工件所受重力（ N）。 表 液壓缸的工作壓力 作用在活塞上外力 F(N) 液壓缸工作壓力用在活塞上外力 F(N) 液壓缸工作壓力 于 50000 0000 5000 30000 10000 50000 以上 算：設(shè) a=100b=501040； 機(jī)械手達(dá)到最高響應(yīng)時(shí)間為 求夾緊力 驅(qū)動(dòng)力 F 和驅(qū)動(dòng)液壓缸的尺寸。 a. 設(shè) 112 =+=+= (K 根據(jù)公式，將已知條件帶入 ： = b. 根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得： ( ) 7 o 02F = 計(jì)算 c. 取 =業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 1 6 2 7 8F = 計(jì)算實(shí)際F d. 確定液壓缸直徑 D ( )2= 實(shí)際 選取活塞桿直徑 d=擇液壓缸壓力油工作壓力 p= ( ) 5= 實(shí)際(根據(jù)表 選 取液壓缸內(nèi)徑為 D=63 則活塞桿內(nèi)徑為： D=63 取 d=32 機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(jì)算 機(jī)械手的精度設(shè)計(jì)要求工件定位準(zhǔn)確，抓取精度高，重復(fù)定位精度和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好，并有足夠的抓取能力 機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機(jī)械手的定位精度 (由臂部和腕部等運(yùn)動(dòng)部件來(lái)決定 )，而且也于機(jī)械手夾持誤差大小有關(guān)。 特別是在多品種的中、小批量生產(chǎn)中，為了適應(yīng)工件尺寸 在一定范圍內(nèi)變化，一定進(jìn)行機(jī)械手的夾持誤差。 該設(shè)計(jì)以棒料來(lái)分析機(jī)械手的夾持誤差精度。 機(jī)械手的夾持范圍為 80 一般夾持誤差不超過(guò) 1析如下： 工件的平均半徑 : 52 4090R =+=手指長(zhǎng) l=100 V 型夾角 2=120 偏轉(zhuǎn)角 按最佳偏轉(zhuǎn)角確定： = 4660s 0c o ss o s 1 l R 計(jì)算： i i n = 當(dāng) 時(shí)帶入有： c o i s i n(o i s i m i a x2 A X+=(夾持誤差滿足設(shè)計(jì)要求。 簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 選擇彈簧是壓縮條件，選擇圓柱壓縮彈簧。計(jì)算過(guò)程如下。 a. 選擇硅錳彈簧鋼，查取許用切應(yīng)力； 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 b. 選擇旋繞比 C=8，則 66 1 )( ) 1 8 =+=+c. 根據(jù)安裝空間選擇彈簧中徑 D=42算彈簧絲直徑 = d. 試算彈簧絲直徑 : 108 0 0 81 8 2 = e. 根據(jù)變形情況確定彈簧圈的有效圈數(shù)： 63 = = M X 選擇標(biāo)準(zhǔn)為 n =3，彈簧的總?cè)?shù) n1=n+ f. 最后確定 D=42d=7252=D+d=42+7=49mm g. 對(duì)于壓縮 彈簧穩(wěn)定性的驗(yàn)算 對(duì)于壓縮彈簧如果長(zhǎng)度較大時(shí) ,則受力后容易失去穩(wěn)定性，這在工作中是不允許的。為了避免這種現(xiàn)象壓縮彈簧的長(zhǎng)細(xì)比 = ， 本設(shè)計(jì)彈簧是 2 端自由，根據(jù)下列選?。?當(dāng)兩端固定時(shí)， b 一端固定：一端自由時(shí)， 3b 7 ， 當(dāng)兩端自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， b 結(jié)論本設(shè)計(jì)彈簧 b = 因此彈簧穩(wěn)定性合適。 h. 疲勞強(qiáng)度和應(yīng)力強(qiáng)度的驗(yàn)算 對(duì)于循環(huán)次數(shù)多、在變應(yīng)力下工作的彈簧 ，還應(yīng)該進(jìn)一步對(duì)彈簧的疲勞強(qiáng)度和靜應(yīng)力 強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算 ，如果變載荷的作用次數(shù) N 103， 或者載荷變化幅度不大時(shí)（可只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算）。 現(xiàn)在由于本設(shè)計(jì)是在恒定載荷情況下，所以只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算。計(jì)算公式 S = m 取 學(xué)性精確能高） =畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 3m a x = = 56 47 910800 6m a x= ss 結(jié)論：經(jīng)過(guò)校核，彈簧適應(yīng) 。 械手腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 部的結(jié)構(gòu)以及選擇 a. 典型的腕部結(jié)構(gòu) (1) 具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。 它具有結(jié)構(gòu)緊湊 、 靈活等優(yōu)點(diǎn)而被廣腕部回轉(zhuǎn)，總力矩 M，需要克服以下幾種阻力，克服啟動(dòng)慣性所用?；剞D(zhuǎn)角由動(dòng)片和靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來(lái)決定，（一般小于 270）。 (2) 齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。在要求回轉(zhuǎn)角大于 270 的情況下 ，可采用齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。 (3) 具有兩個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。它使腕部具有水平和垂直轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)自由度。 (4) 機(jī) b. 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng) 機(jī)構(gòu)的選擇 本設(shè)計(jì)要求手腕回轉(zhuǎn) 180，綜合以上的分析考慮到各種因素， 腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)腕部結(jié)構(gòu) ，采用液壓驅(qū)動(dòng)。 部的設(shè)計(jì)計(jì)算 a. 腕部設(shè)計(jì)考慮的參數(shù) 夾取工件重量 60轉(zhuǎn) b. 腕部的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 （ 1） 腕部的驅(qū)動(dòng)力矩需要的力矩 M 慣 。 （ 2） 腕部回轉(zhuǎn)支撐處的摩擦力矩 M 摩 。 夾取棒料直徑 100度 1000量 60手部回轉(zhuǎn) 180 時(shí)，計(jì)算力矩： 1） 手抓、手抓驅(qū)動(dòng)液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動(dòng)件等效為一個(gè)圓柱體 高為220徑 120 重力估算 G=業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 2 = 2） 擦力矩 M 摩 =0.1 m 。 3） 啟動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度 啟 =18=速轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 = ( )啟工件慣 22= (查取轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式有： 2222 0 3 4 9 02121J = ( ) ( ) 22222 312 1 =+=+=工件 代入： ( ) =+= 550 3 1 42 2 4 =+= 慣摩慣 = c. 腕部驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 表 部驅(qū)動(dòng)力圖示 20 25 32 40 50 55 63 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 125 130 140 160 180 200 250 設(shè)定腕部的部分尺寸 :根據(jù)表設(shè)缸體內(nèi)空半徑 R=110徑根據(jù)表 選擇121個(gè)是液壓缸壁最小厚度 ,考慮到實(shí)際裝配問(wèn)題后 ,其外徑為 226片寬度 b=66 出 軸 r=本尺寸示如圖所示。則回轉(zhuǎn)缸工作壓力， ( ) ( ) M p P 0 2 2 5 222 = = 選擇 8業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 部液壓缸剖截面結(jié)構(gòu)示意 表 準(zhǔn)液壓缸外徑 （ 液壓缸內(nèi)徑 40 50 63 80 90 100 110 125 140 150 160 20 鋼 0 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 45 鋼 0050 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 180 200 219 245 219 245 壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算 圖 蓋螺釘間距示意 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 表 釘間距 t 與壓力 P 之間的關(guān)系 工作壓力 p(螺釘?shù)拈g距 t（ 于 150 于 120 于 100 于 80 缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算，如圖所示， t 為螺釘?shù)拈g距，間距跟工作壓強(qiáng)有關(guān)，見(jiàn)表，在這種聯(lián)結(jié)中，每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力 =0計(jì)算： 液壓缸工作壓強(qiáng)為 p= 8 所以螺釘間距 t 小 于 80 選 擇 8個(gè)螺釘 80=D，所以選擇螺釘數(shù)目合適 Z=8 個(gè) 危險(xiǎn)截面 22222 0 0 7 9 0 8 8 7 . 0 4 =所以，(=Q =k=Q =以， 9 7 7 21 0 5 4 8 6 30 =+=+=螺釘材料選擇 )2 . = nM p an 60 = =螺釘?shù)闹睆竭x擇 d=16部 臂部是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件，其作用是支 承手部和腕部 ,并改變手部在空間的位置。機(jī)械手的臂部一般具有 2 3 個(gè)自由度，即伸縮、回旋、俯仰或升降，專(zhuān)用機(jī)械手的臂部一般具有 12 個(gè)自由度，即伸縮、回轉(zhuǎn)或直移。臂部總重量較大，受力一般較復(fù)雜，在運(yùn)動(dòng)時(shí)，直接承受腕部、手部和工件 (或工具 )的靜、 動(dòng)載荷，尤其高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生較大的慣性力 (或慣性距 )，引起沖擊，影響定位的準(zhǔn)確性。臂部運(yùn)動(dòng)部分零部件的重量直接影響著臂部結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度。專(zhuān)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 用機(jī)械手的臂部一般直接安裝在主機(jī)上，機(jī)械手的臂部一般與控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一起安裝在機(jī)身， (即機(jī)座 )上，機(jī)身可以是固定的 ，也可以是行走式的、即可沿地面或?qū)к壱苿?dòng)。 臂部的結(jié)構(gòu)形式必須根據(jù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)形式、抓取重量、動(dòng)作自由度、運(yùn)動(dòng)精度等因素來(lái)確定。同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到手臂的受力情況、油缸及倒向裝置的布置、內(nèi)部管路與手腕的連接形式等因素 ，它們分別是，剛度要大，倒向性要好，偏重力矩要小，運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)、定位精度要高 。 部結(jié)構(gòu)形式 機(jī)械手的臂部結(jié)構(gòu)一般包括臂部伸縮、回轉(zhuǎn)、俯仰或升降等運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)以及與其有關(guān)的結(jié)構(gòu)，如傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、導(dǎo)向定位裝置、支撐連接件和位置檢測(cè)元件等。此外還有與腕部連接的有關(guān)構(gòu)件及配管、線等。 下面介紹一些臂部結(jié)構(gòu)。 a. 圓柱坐標(biāo)機(jī)器人的臂部結(jié)構(gòu)，其臂部具有回轉(zhuǎn)、升降、伸縮自由度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)齒條缸驅(qū)動(dòng)齒輪回轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)升降與伸縮分別由升降油缸和伸縮油缸驅(qū)動(dòng)。 b. 極坐標(biāo)機(jī)器人的臂部結(jié)構(gòu)，臂回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)為齒輪齒條缸結(jié)構(gòu)，臂俯仰、臂伸縮均采用直線運(yùn)動(dòng)油缸。 c. 多關(guān)節(jié)型機(jī)器人的臂部結(jié)構(gòu)，這種類(lèi)型的 機(jī)械手多用于噴漆，故也稱(chēng)為噴漆機(jī)器人。 其臂部有回轉(zhuǎn)、 俯仰和前后移動(dòng)三個(gè)運(yùn)動(dòng)?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為齒輪齒條缸結(jié)構(gòu)，俯仰和前后運(yùn)動(dòng)均采用鉸鏈油缸驅(qū)動(dòng)。 d. 臂部伸縮運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，用鋼管做成伸縮臂，由活塞桿帶動(dòng)齒 輪沿固定齒條滾動(dòng)而產(chǎn)生伸縮運(yùn)動(dòng) ，這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是傳動(dòng)效率高，易于實(shí)現(xiàn)較大行程和速度，它的行程和速度的大小與齒輪的直徑大小有關(guān)。 e. 臂部俯仰運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，一般采用鉸接油（氣）缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。鉸接油（氣）缸位于手臂下方，活塞桿與手臂之間用鉸鏈連接，缸體與立柱之間用耳叉銷(xiāo)軸等方式連接。 f. 臂部回轉(zhuǎn)及升降運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，可采用齒條缸與升降缸實(shí)現(xiàn)臂回轉(zhuǎn)和升降，臂回轉(zhuǎn)還可用回轉(zhuǎn)缸與行星齒輪傳動(dòng)，鏈條鏈輪傳動(dòng)。 g. 臂部復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它是將一個(gè)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)分解為 1 3 個(gè)運(yùn)動(dòng)，并能依合成運(yùn)動(dòng)的形式實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。 在一些專(zhuān)用機(jī)械手中常采用行星齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)及連桿機(jī)構(gòu)等來(lái)實(shí)現(xiàn)臂部的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。 部運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向裝置 臂部的導(dǎo)向裝置，機(jī)械手的手臂伸縮及升降運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上常設(shè)置導(dǎo)向裝置 ，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 其目的是： a. 防止移動(dòng)部件在伸縮及升降時(shí)產(chǎn)生不必要的轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手臂運(yùn)動(dòng)方位的準(zhǔn) 確性。 b. 增大移動(dòng)部件的剛性， 減少移動(dòng)部件由于自重與抓取重量所引起的變形和位移。 c. 承受移動(dòng)部件的部分自重和抓取工件（或工具）的部分重量。 導(dǎo)向