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1、扬州市职业大学毕业设计论文设计（论文）题目： 数控车床上下料机械手 Solidworks三维建模及动画演示 系 别： 机械工程系 专 业：计算机辅助设计与 制造/产品造型设计 班 级： 05计辅/造型 姓 名： 蒋志坚 学 号： 0501631114 指导老师： 高 艳 完成时间： 2009-05 数控车床上下料机械手Solidworks三维建模及动画演示 摘要机械手是一种模仿人手动作，并按设定的程序、轨迹和要求代替人手抓取、搬运工件或超持工具或进行操作的自动化装置。Solidworks是基于特征的实体造型软件，建立的三维建模三维建模比二维平面图更加直观、清晰。同时利用装配建模技术可以将零件模
2、拟装配起来。利用装配模型可以进行后续的装配干涉分析、运动仿真模拟、物性分析、有限元分析等，还可以在装配环境中对零件进行设计、编辑、修改。利用这些功能，能有效避免产品设计中经常带来的尺寸不匹配，零件干涉等问题。本课题即以数控车上下料机械手作为载体，应用SolidWorks 软件完成各组成零件的建模及装配。并完成该数车上下料机械手进行上下料过程的动画演示，从而使人们可以直观地认识到数车上下料机械手在数控生产及加工中的地位和主要作用。关键词：机械手 Solidworks三维建模 装配建模技术 目 录第一章 概述- 4 -1. 1机械手的发展历史- 4 -1.2机械手的发展意义- 5 -1.3机械手在
3、机械制造中的应用- 5 -1.3.1国外应用- 5 -1. 3.2国内应用- 5 -1. 4机械手的发展趋势- 6 -1. 5 SolidWorks软件在机械设计中的应用- 6 -1.6本课题的目的和意义- 6 -第二章 数控车床上下料机械手方案比较- 8 -2. 1工业机械手概述- 8 -2.2.1方案1- 9 -2. 2.2 方案2- 10 -2. 2.3 方案3- 11 -2. 2.4 方案对比- 12 -第三章 数控车床上下料机械手三维建模- 13 -3.1传统工业机械设计方法- 13 -3.2 虚拟样机与Solidworks- 13 -3.3 Solidworks在工业机械设计中的应
4、用- 14 -3.4机械手总体三维建模分析- 14 -3.5伸缩缸的三维建模详细制作过程- 16 -3.6其他零部件的三维建模和总装配图- 19 -第四章 动画制作- 25 -4.1三维动画效果图制作- 25 -结束语- 28 -参考文献- 29 -致 谢- 30 -第一章 概述工业机器人一般可理解为：在工业自动化应用领域中的一种自动控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作机（固定式的或是移动式的），用于搬运材料、工件、操持工具或检测装置，完成各种作业。近年来随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴的学科，并得到了较快的发展。机械手广泛地应用于锻压、冲压、锻造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理
5、等各个行业。特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中，机械手由于其显著的优点而受到特别重视。机床上料机械手是典型的机电一体化设备，它可自动地为机床抓取工件，取代操作人员频繁取料，降低劳动强度，提高工作效率。本课题所涉及的数控车上下料机械手自1999 年投入运行, 工作安全可靠, 效果良好, 可用做数控机床自动上料设备和生产线上的自动抓取设备。本课题主要是应用Solidworks软件的三维设计功能，对数控车床上下料机械手的各零部件进行三维设计并实现其各部件的装配和运动仿真。1. 1机械手的发展历史人类在改造自然的历史进程中，随着对材料、能源和信息这三者的认识和用，不断创造
6、各种工具（机器），满足并推动生产力的发展。工业社会向信息社会发展，生产的自动化，应变性要求越来越高，原有机器系统就显得庞杂而不灵活，这时人们就仿造自身的集体和功能，把控制机、动力机、传动机、工作机综合集中成一体，创造了“集成化”的机器系统机器人。从而引起了生产系统的巨大变革，成为“人机器人劳动对象”，或者“人机器人动力机工作机劳动对象”。机器人技术从诞生到现在，虽然只有短短三十几年的历史，但是它却显示了旺盛的生命力。近年来，世界上对于发展机器人的呼声更是有增无减，发达国家竞相争先，发展中国家急起直追。许多先进技术国家已先后把发展机器人技术列入国家计划，进行大力研究。我国的机器人学的研究也已经起
7、步，并把“机器人开发研究”和柔性制造技术系统和设备开发研究等与机器人技术有关的研究课题列入国家“七五”、“八五”科技发展计划以及“八六三”高科技发展计划。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已经成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。这种新技术发展很快，逐渐形成一门新兴的学科机械手工程。1.2机械手的发展意义机械手的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分地代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配。从而大大地改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生
8、产机械化和自动化的步伐。因而，受到各先进工业国家的重视，投入大量的人力物力加以研究和应用。近年来随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴的学科，并得到了较快的发展。机械手广泛地应用于锻压、冲压、锻造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理等各个行业。特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中，机械手由于其显著的优点而受到特别重视。机床上料机械手是典型的机电一体化设备，它可自动地为机床抓取工件，取代操作人员频繁取料，降低劳动强度，提高工作效率。总之，机械手是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段，国内外都很重视它的应用和发展。1.3机械手
9、在机械制造中的应用1.3.1国外应用美国制造155毫米的钢弹体洛克福特军械厂，从胚料加工开始到加工完毕直至弹体包装都自动进行，不用人手去接触，达到全自动生产。工业机械手还能用来代替人工进行打磨、抛光、去毛刺和清理切屑等工作。例如，瑞典一家工厂打磨和抛光不锈钢子弯头时，采用ASEA机械手，提高加工效率30%以上，而且产品质量稳定，不伤害工人。又如：瑞典沃尔沃（Valov）公司在机械手上装了三个环形磨轮装置，用来对传动箱外表面去毛刺，比手工方法节省工时50%。1. 3.2国内应用国内在金属切削加工中，用机械手来完成刀具的自动更换。如北京第二机床厂，北京第八机床厂，上海第二机床厂，上海第八机床厂，宁
10、夏大河机床厂等单位研制的自动换刀机床，均用机械手自动更换刀具。在生产自动线上，用机械手完成的传递和上下料，如：沈阳水泵厂深井泵体加工自动线，无锡柴油机厂和甘肃汽车齿轮厂的齿胚的加工自动线都采用了机械手。大连工矿车辆厂的800Kg侧架的加工，采用机械手抓取、传递和安放并与一些机床组合成侧架切削加工自动线，提高效率10倍。1. 4机械手的发展趋势国内应加强机械手基础性能的实验以及基础理论研究，克服和解决制造技术及其它存在的问题。提高机械手运动速度。尤其是应用于冲压行业中的机械手，以适应提高生产率和符合生产节拍的需要。要研究解决机械手的运动速度和缓冲、定位技术。引进国外先进技术，培训专门技术人才，普
11、及机械手有关知识。尽快解决机械手的定型设计、定点、定量生产以及配套件的生产和供应问题，推进机械手设计制造中的现代化（CAD/CAM）、标准化、系列化工作，以满足国内外市场的需求。目前工业机械手的应用逐步扩大，技术性能不断提高，其发展趋势是：扩大机械手在工业上的应用、提高工业机械手的工作性能、发展组合式机械手、研制具有“视觉”和“触觉”的“智能机器人”。1. 5 SolidWorks软件在机械设计中的应用二维CAD着眼于完善产品的几何描述能力，而三维设计是着眼于更好表达产品完整的技术和生产管理信息，使得一个工程项目的设计和生产准备各环节可以并行展开。而且三维设计可方便地设计出所见即所得的三维实体
12、模型，并对其进行装配、过去模拟及干涉检查，即在投入真实的生产之前就可以对其产品进行物性分析及装配测试等活动。从而更好的满足设计目的的要求，并大大缩短了产品的生命周期。 SolidWorks 软件是一个基于特征的参数化实体建模设计工具，是当今世界完全基于NT/Windows平台的三维机械设计CAD软件系统主流产品。SolidWorks 软件与其它基于特征的参数化三维机械设计软件，如Pro/Engineer、UG相比，具有Windows 的图形界面和易于掌握的优点。同时，利用装配建模技术可以将零件模拟装配起来，并可以对装配结果进行后续的装配干涉分析、运动仿真模拟、物性分析及有限无分析，还可以在装配
13、环境中对零件进行设计、编辑及修改。利用这些功能，能有效地避免产品设计中经常带来的尺寸不匹配、零件干涉等问题。1.6本课题的目的和意义目前国内应用软件进行工业机械设计的很多，还都以传统的设计方法为主，导致产品的设计周期长、成本高。不能满足工业机械使用的季节性、工作环境的多变性和用户要求的多样性，不能使工业机械的设计随着市场的需求而不断地转变，更无法在要求的较短周期内，开发出新的产品。我国在工业机械新技术创新方面还很薄弱，无法适应新世纪经济发展的要求。基于传统工业机械的设计方式的种种缺陷与不足和Solidworks的强大功能以及在工业机械设计中的优势，本课题即以数控车上下料机械手作为载体，应用So
14、lidWorks 软件完成各组成零件的建模及装配。并完成该数车上下料机械手进行上下料过程的动画演示，从而使人们可以直观地认识到数车上下料机械手在数控生产及加工中的地位和主要作用。该方法是结合计算机辅助设计与制造/产品造型设计的专业特点对现代工业设计方法的一种新的尝试和学习。如将本课题的设计方法移植到工业设计中，则较传统的设计方式能够大大缩短产品工业设计的设计周期。用 Solidworks软件进行工业设计的一般步骤为：单体设计绘图装配模拟改进整体装配运动仿真改进成型加工生产，比传统的绘图加工装配实验采集数据改进二次加工装配最终成型，缩短了设计周期，降低了成本。 第二章 数控车床上下料机械手方案比
15、较2. 1工业机械手概述机械手主要由执行机构、驱动系统以及位置检测装置等所组成。执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。驱动系统是驱动执行机构运动的的传动装置。常用的有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动等四种形式。控制系统由电器控制和射流控制两种。它支配着机械手按规定的程序运动。位置检测装置控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度到达设定位置。设计机械手时应考虑的因素很多，但从机械手的特点来分析有以下几点：1）抓重：是机械手所能抓取或搬运的最大重量。一般抓重1kg 以下的定为微型，1-5kg的定为小型，5-30kg 的定为中型，
