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1、辽宁石油化工大学毕业设计（论文）Graduation Project (Thesis) for Undergraduate of LSHU题题 目目基于基于 SolidWorks 工业机器人设计工业机器人设计TITLEBase SolidWorks Industrial Equipment Human Design学 院矿业工程学院SchoolSchool of Mining Engineering专业班级机制 1341Major Manipulator; Hydraulic pressure辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸目录引言引言11 总体方案设计总体方案设计41.1 汽车半轴模锻生
2、产线的总体方案41.2 机器人总体方案62 手臂的设计计算手臂的设计计算82.1 手臂直线运动的驱动力计算82.1.1 手臂水平回转运动驱动力计算82.1.2 手臂竖直升降运动驱动力计算112.2 手臂上下驱动的力矩计算122.3 液压缸的选择132.3.1 伸缩缸的选择132.3.2 摆动缸的选择152.4 手臂的结构及装配172.4.1 连接摆动缸182.4.2 安装伸缩缸192.4.3 手臂连接203 机身设计机身设计223.1 机身材料选用223.2 机身结构设计223.3 机械定位挡块设计243.3.1 竖直定位挡块243.3.2 水平定位挡块253.4 机器人装配25辽宁石油化工大
3、学毕业设计（论文）用纸 I4 机器人机器人SolidWorks建模仿真建模仿真274.1 SolidWorks软件介绍 274.2 机器人SolidWorks三维建模及装配 274.2.1 零件的建模274.2.2 机器人装配304.3 机器人SolidWorks运动仿真 31结论结论34参考文献参考文献35致谢致谢36附录附录37辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸0引 言目前在我国民营企业中的汽车行业名列前茅，近些年每个家庭都会拥有汽车导致汽车发展迅速。跟着社会的不断发展再加上各行业的竞争导致汽车行业不断地生产新型汽车，以先进的系统漂亮的外形经济实惠的车去拓展市场。汽车的零部件半轴是汽车重
4、要的传力零件之一，它的零件工艺质量水准会导致车的产品发生问题。那么问题来了，怎样提高半轴的质量呢？这是个值得研究重要的课题。调查得知半轴模锻生产线时遇到的问题：生产过程中劳动力大；工作环境中的安全隐患；产量问题得不到固定；要对半轴模锻生产线进行智能化设计及改善。自动生产线上的应用近些年频繁用到工业机器人技术。工业机器人现已是工业中的扛把子，现在频繁的能在车间里看到自动化的设备配合生产，工业机器人的出现解决了人的劳动力，起作用搬运、组装、喷漆的操作。它通过编程可以做重复的作业、多个自由度的操作。工业机器人的工作是模拟人的手臂来工作。其构造及系统组成分别是由控制器及伺服驱动系统，当然还有检测传感装
5、置这几个重要的核心件组装而成,它的行动像人的工作一样、自动控制、编程可循环、可以完成各操纵的三维机电一体化的高机械设备的自动生产2。更加适合与多品种、高质量、大批量的成产，因为工业机器人的在工厂的出现不仅仅保证了数量问题，更重要的是质量得到了无法想象的提高，所以工人地劳动力自然也随之改善，在工业生产中起到了很重要的地位。在 20 世纪50 年代末的美国由约瑟夫英格伯格他们的团队一起研发出世界上的第一台工业机器人。自从有了它之后我们多半工厂里的搬运工作、喷漆工作、焊接工作等都有它来代替。在过十年之后人们开始重点研究它的外部传感器还有控制方面的使用方法。随着科学的不断进步和发展机器人得到了更广泛的
6、应用，慢慢出现在各行各业的机器人给我们带来了更全面的服务即使用。在当代工业中，自动化设备已成为加工中心的不可缺少的地位生。每个行业的自动化水平都在不断提高，当代加工中心都会有工业机器人的出现，它出现的目的都是为了高效辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸 1率的生产及代替工人做工作中会高难度的危险工作。现实中的例子有：汽车都是由零件组成，它的零件在生产过程中需要搬运，这个时候我们的工业机器人就起到了关键的作用，它可代取工人来作业，它甚至能把加工完的工件自动取出、自动包装、自动堆放以及卸货等。现在中国的汽车生产中的冲压生产线就采用搬运机器人，这就实现了自动化生产。在 1995 年中国辽宁省沈阳自动
7、化研究所开始对只能生产系统加以研究，便开始实现使用工作，就在 1997 年中国长春一汽大众汽车车间的冲压生产线已经投入了自动化设备。焊接机器人的出现提高了生产效率，在汽车制造业起到了至关重要的地位，因为车门的各个焊点都需要高难度、高精度、高质量的焊接。弧焊的时候机器人必须拥有多个自由度这样确保证它质量。点焊的时候能仔复杂空间作业，在焊接的位置数量得到了准确性的保障，要是工人难免会有漏洞的时候。在英国的 MOTOMAN 公司研究了两台高性能焊接机器人的设备。它的出现为了生产新型 Jaguar Saloon 汽车制造过程中的需要，第 1 台有六个自由度以及一个手动地旋转工作台。而第 2 台在它的基
8、础上拥有标准的外形，自带报警器及电力线地载源，它的自由度也达到了六轴的机器人水平还有 2 个自动地工作台。自从这两台设备的生产投入后，汽车的成产超出了预计。生产零件后的组装是个复杂的工作，通常在装配的时候会遇到工件的误差，导致装配出现问题，自从工业机器人的出现解决了这难题还保证了自动组装的产量还提高了质量。在 1959 年美国弄出世界第一台 Unimate 工业机器人之后，它在发达的工业国家中得到极其广泛的应用。有个非常典型的例子，在目前的日本可以算是工业机器人应用较为多的国家，而且所占有的数量达到了全地球的 50%左右。没想到美国还没日本的数量多，但其技术水平还是非常高的。我国的研发工业机器
9、人工作在 70 年代开始的，当时处于经济科学落后的状态，研究的结果较为迟钝，后来通过了 20 多年得变化世界工业变化，得到了国家的重视，开展全方面的迅速对它实行钻研。在“七五”时期的时候国家在工业机器人方向做了两件特大的工程辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸 2项目，投资在辽宁沈阳成立了“机器人国家研究中心”“智能机器人中心”，正是有关高校，机械工业和科学院参加了工业机器人的科技研究，取得了的进步。 国产机器人当时的技术是在“七五”时期调查取得了非常不错的结果，就在那个时候才开始对机器人的采用，由于当时国内的技术比较落后，所以发展相对缓慢，在那个的新中国时期都是以工人为主，然而机器人还没实现
10、工业化。那时候的研发一直在不断地努力，当前机器人使用的项目如下：现已经成立了一批电弧焊生产、组装生产、喷涂生产和焊接生产线都视为工业成产成立的。在最近的几年来机器人的发展来看，其产品都是以高智能化模块化。进展的形式来看：模块化及可重复结构； 控制技术开发，智能化还有网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化5； 多传感器的融洽技术以及现实的采用；工作环境的设计和操作灵活性，自动化网络系统。目测在过几十年工业中将全面实行机械智能化。辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸 31 总体方案设计1.1 汽车半轴模锻生产线的总体方案至今所有的汽车半轴模锻的生产线锻压半轴上下料由员工进行作业，这些会使上下料的员工
11、有较大的劳动强度，会导致生产中不连续，生产流程无序；工作环境中的所隐藏的安全隐患；产品的质量问题得不到确保；生产的数量不是很固定；所以本课题针对汽车半轴模锻生产线进行设计和改造。更改后的工业线的工艺路线跟当前的工艺路线不变，它工艺尺寸如表 1.1。表表 1.1 半轴模锻工艺尺寸半轴模锻工艺尺寸序号工序工艺图形工艺尺寸 mm加热长度mm备注1毛坯L0=13501590 14301590b0=1952401350只有 1个品种2花键端成型L1=13001478b1=4005403摆碾端预成型L2=95011504摆碾L3=9501100L1b1L2L3L0b0辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸
12、4其顺序是：取胚料 第一次加热 锻压花键端 喷水冷却 第二次加热 预锻法兰盘端 第三次加热（或不加热） 摆碾锻造法兰盘。生产线的生产胚料为4855mm，长 13501590mm 的圆钢棒料，重量小于 30kg。生产节拍为 70 秒至 10 秒。本课题生产线改造方案要求重新布置和安装现有的主设备如图 1.1，在汽车半轴模锻生产线上采用三台机器人搬运胚料和上下料，使用的是全自动传送链传动送胚料，而且应用液压驱动及可编程控制器来控制系统，同时完成自动化的生产线。图图 1.1 设备平面布置示意图设备平面布置示意图方案中搬运机器人 1 夹取胚料，胚料一端加热后，由水平方向转为垂直方向，并保持垂直平推进入
13、锻压机；锻压后，保持垂直平拉出锻压机，再由垂直方向转为水平方向，放到传送链。然后由搬运机器人 2 完成同样的动作来完成胚料另一端的锻压预墩粗。最后由搬运机器人 3 在胚料一端加热后，使胚料保持水平，以 30角度方向推进入摆辗机，摆辗成法兰盘；摆辗后，保持水平拉出摆辗机，放到传送链送入成品料仓8。经过这样改造可以实现半轴模锻的自动化生产，就可以缩小人工和劳动强度，充分发挥主设备的生产效率，保证产品产量和质量。辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸 5此次设计的重点任务是完成上下料搬运机器人的机身和手臂零件的设计。然后在SolidWorks 中对机身和手臂三维建模和运动仿真。1.2 机器人总体方案根
