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1、辽宁工程技术大学课 程 设 计数控镗铣床用上下料机械手传动设计题 目：班 级：姓 名：指导教师：完成日期：辽宁工程技术大学课程设计一、设计题目一、设计题目数控镗铣床用上下料机械手传动设计数控镗铣床用上下料机械手传动设计二二、上交材料上交材料(1) 设计图纸(2) 设计说明书 (3000 字左右 )四、进度安排四、进度安排(1) 熟悉 设计任务，收集相关资料 (2) 拟定设计 方案(3) 绘制图纸(4) 编写说明书(5) 整理 及答辩五、指导教师评语五、指导教师评语成成 绩：绩： 指导教师指导教师 日日 期期 辽宁工程技术大学课程设计II摘摘 要要机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程
2、序 轨迹极其它要求，实现抓取，搬运工件或操做工具的自动化装 置。其主要特点是 提高劳动生产率和降低成本，它代替人工 操作，大大提高生产的安全性，同时能更好的保证产品精度和 质量。目前数控镗铣床基本上是人工上下料，即使在生产线上 也少有用到机械手进行上下料操作，本次设计的机械手是用于 数控镗铣床加工工件时进行上料下料的工作。尤其适合与自动 生产线上，对生产效率的提高和加工质量的保证有着重要的意 义。关关键键词词 ：机械手 传动 上下料辽宁工程技术大学课程设计IIIAbstractIs a kind of robot arm to simulate the part of the movement
3、 of people, according to the scheduled program tracks very other requirements to achieve crawl, porters, or speaking parts of the automated installation tool to do. Its main characteristic is to increase labor productivity and reduce costs, which instead of manual operation, greatly enhance the safe
4、ty of production, while better able to ensure product accuracy and quality. CNC milling and boring machine is basically the current upper and lower artificial materials, even in the production line and very few materials used in mechanical hand up and down operation, the design of this robot is used
5、 for CNC milling and boring machine workpiece material when loading the next task. In particular, suitable for use with automatic production line, production efficiency and quality assurance process has important significance. Key words: mechanical hand drive up and down materials 辽宁工程技术大学课程设计IV目目 录
6、录1 总体设计 .11.1 基本技术参数 .11.2 机械手结构类型选择.11.3 驱动方式的选择 .12 传动设计 .32.1 传动原理 .32.2 驱动力的计算 .33 主要零件校核 .44 体验 .4参考文献 .6辽宁工程技术大学课程设计 11 1 总总体体设设计计1 1. .1 1 基基本本技技术术参参数数根据题目要求，本次设计为数控镗铣床上下料用的机械手，加工零件的最大尺寸为100mm100mm200mm，零件最大质量10kg。 1 1. .2 2 机机械械手手结结构构类类型型选选择择大多数的机械手的结构和尺寸都是根据不同作业任务要求来设计的，有许多不同的结构形式。根据其用途和结构不
7、同，可分为机械式夹、吸附式和专用工具。数控镗铣床加工零件比较复杂，用吸附式不易精确定位，故采用机械式。机械式机械手多为双指手爪式，有多种典型的结构：1） 楔块杠杆式回转机械手，这种机械手由于楔块斜面和滚子间为滚动摩擦，摩擦力小，活动灵活，且机构简单，但夹紧力小，适用于轻载场合。2） 滑槽杠杆式回转机械手，这种机械手在夹紧力增大时，将加大杆的行程和滑槽的长度，导致结构尺寸的加大。3） 连杆杠杆式回转机械手，这种机械手的结构可以产生较大的夹紧力，其缺点是钳爪的张开角较小，工件尺寸的误差对夹紧力的影响较大。此外，还有齿条平行连杆式平移型机械手，左右旋丝杠平移型机械手和内撑连杆杠杆式机械手等。根据数控
8、机床加工要求的稳定性及定位的精确性，选用连杆杠杆式回转机械手。1 1. .3 3 驱驱动动方方式式的的选选择择设计机械手时 ,选择哪一类驱动系统 ,要根据机械手的用途 ,作业要求 ,机械手的性能 ,规范 ,控制功能 ,维护的复杂程度 ,运行的功耗 ,性能与价格比以及现有的条件等综合因素加以考虑。在注意各类驱动系统特点的基础上 ,综合上述各因数 ,充分论证其合理性 ,可行性 ,经济辽宁工程技术大学课程设计2性及可靠性后进行最终的选择。一般情况下机器人驱动系统的选择大致按照如下原则进行选择：a.物料搬运用有限点位控制的程序控制机器人，重负载用液压驱动，中等载荷可选用电动驱动系统，轻载荷可选用气动驱
9、动系统。冲压机器人多用气动驱动系统。b.用于点焊和弧焊及喷涂作业的机械手，要求具有任意点位和轨迹控制功能，需采用伺服驱动系统，需采用液压驱动或电动驱动系统方能满足要求。按照动力源分为液压、气压和电动三大类，根据需要，也可以将这三种基本类型组合成复合式的驱动系统。液压驱动 液压技术比较成熟，具有动力大、力惯量比大、快速响应高、易于实现直接驱动等特点，适用于承载能力大、惯量大以及在防爆环境中工作的机械手。气压驱动 具有速度快、系统结构简单、维修方便价格低等特点，适用于中小负载的系统中。难于实现伺服控制，多用于程序控制的机械手中，在上下料和冲压机械手中应用较多。电动驱动 随着低惯量、直流伺服电机及配
10、套的伺服驱动器的广泛采用，这种驱动系统被大量选用。目前广泛采用的驱动系统的比较如下表：表 1 机械手驱动方案比较特性输出功率和 使用范围控制性能和安 全性结构性能安装和维护 要求效率和制造成 本气压 驱动输出功率小， 适用于小型 、 快速驱动压缩性大，对 速度、位置精 确控制困难。 有噪音结构易于标 准化。易实 现直接驱动 .安装要求不 高，能在恶 劣环境工作， 维护方便效率低，（为 0.150.2） ， 气源方便，结 构简单，成本 低液压 驱动输出功率 大，适用于 重型，低速 驱动器易控制，反应 灵敏，可无级 调速、能实现 速度、位置的 精确控制，传 动平稳 。易于标准化， 易实现直接 驱动
11、，密封 问题显得重 要安装要求高 要配置液压 元设备，安 装面积大， 维护要求较 高效率中等为 0.30.6，管 路结构较复杂， 成本高辽宁工程技术大学课程设计3交直 流普 通电 动机适用于中、 重型机器人 的驱动 ， 输出力大控制性能差， 惯性大，不易 精确定位 ， 对环境无影响已标准化， 需减速装置， 传动体积较 大安装维修方 便成本低 ，效 率为 0.5 左 右步进 伺服 电动 机输出力较小、 适用于运动 控制要求严 格的中、小 型机器人控制性能好， 控制灵活性强， 可实现速度、 位置的精确控 制，对环境无 影响体积小，需 减速装置维修使用较 复杂成本较高 ， 效率为 0.5 左右综合考
12、虑以上驱动系统的优缺点以及工作要求，以及机械手本身的工作条件， 选择 液压驱动 作为驱动方式。2 2 传传动动设设计计2 2. .1 1 传传动动原原理理作出其传动原理简图，如图1杆在液压缸的作用下上下运动，导致 角的变化，同时，摆动连杆摆动，两钳爪之间的距离就发生变化，当有工件时，杆向下运动，L 减小， 压紧工件，从而达到夹紧的目的。2 2. .2 2 驱驱动动力力的的计计算算令夹紧力为 FN，液压驱动力为FP，摆动连杆上部分长为c，下部 分长为 b，则由四杆机构之间的几何关系可得 FN与 FP之间的计算公式 为：FN=FPc/（2btan）由给定零件尺寸，可知L=100mm，此时 =45o
13、 图 1欲使零件夹紧，得保证摩擦力大于其重力，查参考文献2表 4.2-6 得：零件与钳爪直之间的摩擦因数为0.15，已知零件重量为10kg，辽宁工程技术大学课程设计4则：FN=10100.15=666.67NFP=666.672btanc=666.672120tan45o150=1066.67N3 3 主主要要零零件件校校核核有机械手结构可知，机械手抓取零件时，主要有两个销轴承担，而且该销轴与摆动连杆形成转动副，所以，选用45 钢作调质处理。有参考文献 2表 8-1 查得：B=637Mpa，S=353Mpa，-1=2685Mpa，-1=155Mpa，=0.2，=0.1.根据结构，初步选取销轴的轴径为14mm。由于没有扭矩的作用，所以按照弯矩计算校核。由结构图可知，销轴与连杆紧密配合，其所受最大弯矩为W=1010120=12000Nmm，最大剪应力 Max=12000（ 0.1143）=43.7Mpab-1=59Mpa所以，销轴安全。4 4 体体验验在现代生产中，机械手被广泛的应用于各个行业。本文是对镗铣床用下料机械手的设计，要完成设计需要了解下料机械手的总体结
