数控车床上下工件机械手【6张CAD图纸和说明书】

摘 要

本设计是数控车床上下工件机械手的设计，包括总体方案的确定，机械结构的设计以及重要部件的设计。随着现代工业的发展和竞争的加剧，对加工效率提出了新的要求，数控车床工件装卸自动化就成为当前制造厂家对机床的重要需求之一。为了满足用户的需求，当前中国的机床制造厂开始在部分数控车床上配置工件自动上下料机械手。但如果采用伺服电机驱动和控制其成本高、结构复杂、速度慢、工作效率较低；如果采用液压驱动，其泄漏对数控要求的清洁环境造成一定的副面影响。随着气动技术的不断发展，气体驱动也能成为机械手的驱动力量，其成本底，结构简单，工作效率高，清洁，再加上PLC控制系统实现机电气一体化控制。

本设计主要设计用低成本、高速的气缸来组成模块化的气动机械手，实现数控车床工件自动装卸，克服伺服电机应用中存在的高成本和低效率的局限。论文完成的主要设计工作包括以下几个方面:(1)设计了模块化气动装卸机械手的总体结构;(2)研究了大跨度气缸的固定支撑形式;(3)研究了水平运动气缸的防侧翻技术;(4)研究并实现了气缸输出杆高精度柔性调节技术(5)初步设计了气动控制回路和PLC控制系统。

关键词：机械手；自动化；上下料；气体驱动

Abstract

This design is the numerical control lathe workpiece manipulator design, including the determination of overall scheme, design of mechanical structure design and important parts. Along with the development of modern industry and the competition put forward new requirements to processing efficiency, numerical control lathe workpiece loading and unloading automation becomes the current manufacturer's one of the important requirements for machine tools. In order to meet the needs of users, the current China's machine tool manufacturers began on the part of numerical control lathe automatic up-down material manipulator configuration artifacts.But, if the servo motor drive and control its high cost, complex structure, slow speed, the efficiency is low; If adopts hydraulic drive, the leak on the CNC requirements of clean environment certain side effects.With the continuous development of pneumatic technology, gas drive also can become a driving force of the manipulator, end of the cost, simple structure, high efficiency, clean, coupled with the PLC control system to realize integration of mechanical and electrical gas control.

This design is mainly design with low cost, high speed of the cylinder to form a modular pneumatic manipulator, and implement numerical control lathe automatic loading and unloading of workpiece, overcome existing in the application of servo motor limitations of high cost and low efficiency. The thesis completed the main design work includes the following several aspects: (1) the overall structure of the design of modular pneumatic loading and unloading manipulator; (2) study the long-span cylinder fixed support form; (3) studies the technique of side flip horizontal motion cylinder; (4) the research output and implements the cylinder rod (5) high precision flexible adjustment technology pneumatic control loop and PLC control system is designed. 

    Key words:manipulator;automation;up-down material ;gas drive

目录

摘 要 IV

Abstract V

目 录................................................................................................................................................................ VI

1 绪论 1

1.1 前言和意义 1

1.2 工业机械手的简史 1

1.3 国内外研究现象和趋势 2

1.4 设计原则 3

2 数控车床上下工件机械手的总体设计 4

2.1 技术要求 4

2.2 机械手总体设计 4

2.2.1 执行机构的选择 4

2.2.2 驱动机构的选择 5

2.2.3 传动结构的选择 5

2.2.4 机械手的基本形式选择 7

2.2.5 机械手直臂部分的主要部件及运动 8

2.2.6 机械手的技术参数 8

3 各模块的设计 10

3.1 机械手手部模块的设计 10

3.1.1 手部设计基本要求 10

3.1.2 典型的手部结构 10

3.1.3 机械手手爪的设计计算 10

3.2 机械手腕部模块的设计 14

3.2.1 腕部设计的基本要求 14

3.2.2 腕部的结构以及选择 14

3.2.3 腕部的设计计算 15

3.3 机械手手臂模块的设计 16

3.3.1 手臂的结构的选择及其驱动机构 16

3.3.2 滚珠丝杠设计 16

3.3.3 锥齿轮及锥齿轮轴的设计 18

3.3.5 电机选型 21

4 直臂导杆气缸的设计 22

4.1 气缸体的设计 22

4.1.1 预选气缸的缸径 22

4.1.2 预选气缸的行程 22

4.1.3 气缸的类型选择 23

4.1.4 活塞杆直径d的计算 23

4.1.5 气缸筒壁厚的计算 23

4.1.6 气缸输出拉力的校核 24

4.1.7 耗气量的计算 24

4.2导杆机构的设计 25

6 结论与展望 27

致谢 28

参考文献 29

1 绪论

1.1 前言和意义

机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装 ，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。

目前，在国内很多工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，劳动强度大、生产效率低。为了提高生产加工的工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统,适应现代自动化大生产,针对具体生产工艺,利用机器人技术，设计用一台装卸机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科四年的所学知识进行整合，完成一个特定功能、特殊要求的上下料机械手的设计，能够比较好地体现机械设计制造及其自动化专业毕业生的理论研究水平，实践动手能力以及专业精神和态度，具有较强的针对性和明确的实施目标，能够实现理论和实践的有机结合。

本机械手主要与数控车床（数控铣床，加工中心等）组合最终形成生产线，实现加工过程（上料、加工、下料）的自动化、无人化。目前，我国的制造业正在迅速发展，越来越多的资金流向制造业，越来越多的厂商加入到制造业。本设计能够应用到加工工厂车间，满足数控机床以及加工中心的加工过程安装、卸载加工工件的要求，从而减轻工人劳动强度，节约加工辅助时间，提高生产效率和生产力。