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1、金牌小王机械设计学院毕业设计（论文）车床工件自动装夹机械手设计所在学院专班 姓 学业 级 名 号指导老师年月日诚信承诺我谨在此承诺：本人所写的毕业论文车床工件自动装夹机械手设计均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。承诺人（签名）：年月日摘要随着工业自动化的发展，工业机械手的应用越来越普遍，已被广泛地应用于各行各 业中。首先，简要介绍了机械手的基本概念、机械手的组成和分类，以及工业机械手的 简史和发展趋势。其次，本文通过车床机械手的动作分析，确定了机械手的坐标形式、 自由度和驱动机构，确定了机械手的主要技术参数；完成了送料机械手的总体方
2、案设计。 再次，完成了机械手的手部、臂部和机身的结构设计。最后，通过对机械手的动作行程 分析，完成了机械手的气缸设计和气元件的选择；设计了可满足车床使用的机械手关键词：机械手 ，工业自动化，结构设计,气缸AbstractWith the development of industrial automation ,the industrial manipulators are used widely. They are applied in kinds of industry. Firstly ,it introduced briefly the basic concept of the rob
3、ot, the composition and classification of robot ,the development history of industrial robots and development trends of industrial robots. Secondly, to analyzing the process of automatic production line for camshaft pump feeding robot,I have determined the coordinates form，the number of freedom and
4、drive mechanismthe of manipulator, identified the main technical parameters of mechanical hand,completed the overall design of automatic line feed pump camshaft mechanical hand. Thirdly,I have completed the structure design of hand, arm and body . Finally, through analysing the movement of mechanica
5、l hand,I have completed the design of hydraulic cylinders and the choice of hydraulic components ;I have designed schematic diagram of hydraulic system and the diagram of electrical control to meet the requirements of manipulators loop movement.Keywords: The mechanical hand, industrial automation, s
6、tructure design, cylinder目录摘要 IIIAbstractIV目录 V第 1 章 绪论 11.1机械手概述 11.2机械手的组成和分类 21.2.1 机械手的组成 21.2.2 机械手的分类 31.3课题的提出及主要任务 31.3.1 课题的提出 31.3.2 课题的主要任务 4第 2 章 机械手的设计方案 42.1机械手的座标型式与自由度和工作范围 52.2 机械手的手部结构方案设计 52.3 机械手的手臂结构方案设计 52.4 机械手的驱动方案设计 62.5 机械手的控制方案设计 62.6机械手的主要参数 62.7机械手的技术参数列表 6第 3 章手部结构设计 73
7、.1手部设计 83.1.1 手指的形状和分类 83.1.2 设计时考虑的几个问题 83.2手部夹紧气缸的设计 9第 4 章 手臂结构设计 124.1手臂伸缩 124.1.1 结构设计 124.1.2 手臂伸缩驱动力的计算 124.2手臂升降和回转部分 134.2.1 结构设计 134.3 手臂伸缩气缸的设计 134.4 气压系统主要参数 174.4.1 气缸和气马达的设计计算 174.4.2 气压元件的选择 184.5气压原理图 21总结与展望 23参考文献 24致 谢 25第 1 章 绪论1.1 机械手概述生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保 证产品质量
8、、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体 和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加 工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面 得到越来越广泛的引用。机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床 的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立 的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机 械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品 种的中小批量生产中获得广泛的引用。机械手是模仿着人手的部分动作，
9、按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或 操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用 机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保证产品质量、 实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶 劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、 锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛 的引用.现代工业机械手起源于 20 世纪50 年代初，是基于示教再现和主从控制方式、能适 应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化产品。机械手首先从美国开始
10、研制，1958 年美国联合控制公司研制出第一台机械手。在此 基础上美国通过不断改进完善，研制出一系列新的机械手，美国的研制十分注意提高机 械手的可靠性，改进结构，降低成本。德国从 1970 年开始再制造行业应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上 下料等作业。日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自 1969 年从美国引进二种典型的 机械手后，便开始大力进行机械手的研究。据报道，1979 年从事机械手研究工作的大专 院校、研究单位多达50多个；1979年日本机械手的产值达到443亿日元，产量为14535 台。使用机械手最多的行业是汽车工业，其次是电机、电器和电子行业。到目前在日本 工作
11、的工业机械手已有100万台左右。目前随着电子计算机和电信设备的不断发展，工业机械手应用也不断扩大，正逐步 发展成为柔性制造系统FMS（Flexible Manufacturing System）和柔性制造单元 FMC（Flexible Manufacturing Cel 1）中的重要一环。1.2机械手的组成和分类1.2.1机械手的组成机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。各系统 相互之间的关系如方框图1-1所示。图1-1机械手的组成方框图（一）执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱、机座等部件，有的还增设行走机构。（二）驱动系统驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的动力
12、装置，通常由动力源、控制调节装 置和辅助装置组成。常用的驱动系统有气传动、气压传动、电力传动和机械传动。（三）控制系统控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系 统一般由程序控制系统和电气定位（或机械挡块定位）系统组成。（四）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达到设定位置。1.2.2 机械手的分类工业机械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无统一的分类标准，在此 暂按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。（一）按用途分机械手可分为
13、专用机械手和通用机械手两种:（二）按驱动方式分机械手可分为气传动机械手、气压传动机械手、机械传动机械手、电力传动机械手。 本设计是气传动机械手的设计。1、气传动机械手 是以气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:抓重可达几 百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油 的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。若机械 手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是 电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。（三）按控制方式分1、点位控制 它的运动为空间点到点之间的移动，只能控制运动过程中几个点的位置，不能
14、控制 其运动轨迹。若欲控制的点数多，则必然增加电气控制系统的复杂性。目前使用的专用 和通用工业机械手均属于此类。2、连续轨迹控制 它的运动轨迹为空间的任意连续曲线，其特点是设定点为无限的，整个移动过程处 于控制之下，可以实现平稳和准确的运动，并且使用范围广，但电气控制系统复杂。这 类工业机械手一般采用小型计算机进行控制。1.3 课题的提出及主要任务1.3.1 课题的提出随着工业自动化程度的提高，工业现场的很多易燃、易爆等高危及重体力劳动场合 必将由机器人所代替。这一方面可以减轻工人的劳动强度，另一方面可以大大提高劳动 生产率。例如，车床的生产过程中，往往工件、材料的上下要人工完成，既费时费力，
15、 又影响效率。为此，我们把上下料机械手作为我们研究的课题。现在的机械手大多采用气传动，气传动存在以下几个优点:(1) 气传动能方便地实现无级调速，调速范围大。(2) 在相同功率情况下，气传动能量转换元件的体积较小，重量较轻。(3) 工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向。(4) 便于实现过载保护，而且工作油液能使传动零件实现自润滑，故使用寿命长。(5) 操纵简单，便于实现自动化。特别是和电气控制联合使用时，易于实现复杂的自动工作循环。(6) 气元件易于实现系列化、标准化和通用化。1.3.2 课题的主要任务本课题将要完成的主要任务如下:机械手为车床机械手，因此它是专用机械手.查阅相关资料,完成系统总体方案设计及相关气缸和气爪的设计计算和选型; 利用CAD软件完成机械手的装配图和零件图设计；翻译相关的外文资料并撰写一篇论文。第 2 章 机械手的设计方案对气动机械手的基本要求是能快速、准确地搬运工件，这就要求它们具有高精度、 快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度及在任意位置都能自动定 位等特性。设计气动机械手的原则是:充分分析作业对象(
