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毕业设计（论文）中期报告设计题目：夹片自动上下料机构的设计1 设计（论文）进展状况1.1 对于在开题答辩中，老师对我的总体设计，开题报告中提出的相关问题，我修改了部分设计，并通过了指导老师的检查，完善了开题报告的内容和格式。1.2 通过互联网找到并且选定一篇与本课题有关外文文献，并将其按要求翻译，最终按论文格式排版。1.3 通过查阅书籍资料，进行相关参数的选择和设计。重要内容是夹片的相关数据计算和自动上下料结构的俩个主体部分，手部抓取部分和主体移动部分的结构设计和参数计算。结合相关的计算方法，对这俩部分设计进行初步计算。本次设计的主要部分是手部抓取和主体移动俩大部分。手部抓取部分是用来抓取夹具的，我采用的是外卡式俩指钳爪。主题移动部分，是为了使手部完成各种转动（摆动） 、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。主题移动部分一般由液压、气动、电气装置驱动。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度 。自由度是机械手设计的关键参数。本次设计要求实现俩个自由度为水平行程 480mm，竖直行程 100mm。初步总体方案设计如图 1 所示：图 1 初步总体方案设计图其中手部抓取部分的工作原理是：加紧方式用常闭式弹簧夹紧，松开时用单作用式气缸。此结构较为简单，制造方便。主题移动部分采用俩种不同的驱动方式，由于水平形成大，选择气缸驱动，竖直方向选则步进电机驱动丝杠实现上升动作。根据设计所需，我们选用步进电机电机型号为 92BL-4030H1-LK-B，电机额定功率为 0.4kw，额定转矩为 1.3N.m，最大转矩为 2.6N.m，额定转速为 3000rmin。气缸的选择，通 常 情 况 下 ， 驱 动 气 缸 动 作 的 气 压 值 一 般 在 0.50.7MPa 之 间 ，在 这 里 ， 我 们 以 P=0.5MPa 的 数 值 来 计 算 设 计 计 算 ， 进 而 对 气 缸 来 进 行 选 型 。假 设 滑 块 、 导 轨 ， 以 及 步 进 电 机 、 安 装 版 ， 气 动 手 指 等 等 的 总 重 为 50KG,那 么 根 据 公 式 可 以 知 道 ： 要 想 推 动 重 量 50 的 物 体 动 作 ， 那 么 气 缸 的 推XSF力 必 须 大 于 总 重 GX 与 导 轨 的 摩 擦 力 。 那 么 有 mr82.114.3这 里 我 们 选 择 63 缸 劲 的 气 缸 。手指夹在工件上的夹紧力是设计手部的重要依据，必须对其大小、方向、作用点进行分析、计算。一般来说，夹紧力必须克服工件的重力所产生的静载荷（惯性力或惯性力矩） ，以使工件保持可靠的夹紧状态。手指对工件的夹紧力可按下列公式计算： GKFN321式中： 1K安全系数，由机械手的工艺及设计要求确定，通常选取 1.22.0，我们取1.5； 2工件情况系数，主要考虑惯性力的影响，计算最大加速度，得出工作情况系数 K3，a 为机器人搬运工件过程中的加速度或减速度的绝对值；3K方位系数，根据手指与工件形状以及手指与工件位置不同进行选定，手指与工件位置：手指水平放置，工件垂直放置；手指与工件形状：V 型指端夹持片状工件。G被抓取工件的重量；求得夹紧力: NMGKFN 75.168.93402.15321 2 存在问题及解决措施存在问题： 主体移动部分步进电机工作原理还不太清楚。在夹片上下料机构的运行周期上面还有一些问题。装配图的绘制。解决措施： 通过查找相关资料和文献进行数据的处理和计算，来解决存在的问题。3 后期工作安排3.1 完成零件的相关数据的计算并进行校核计算，完善装配图，并且进行部分零件图的绘制。3.2 撰写毕业论文，准备毕业答辩。 指导教师签字：年 月 日毕业设计(论文)开题报告题目：夹片自动上下料机构的设计1. 毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）题目背景、研究意义：夹片是预应力工程中不可缺少的一个重要零件。在各类桥梁、超重超大构件提升、桥梁转体等领域的工程施工中，都会用到大量的锚具和夹片。在夹片加工过程中，如车削小端面、外锥、内锥、倒角等加工工序时，要把夹片送上数控车床高速旋转的主轴上的胀紧套上。由于车床主轴高速旋转，对手工上料的操作工人存在极大的安全隐患。尤其是随着生产规模的扩大，工人每天劳动 8 个小时，在这 8 个小时内，都是在不停的做上料、下料、检测工作，这些工作简单而且不用多大的力气，但都是无休止的重复劳动，要耗费大量的精力，一旦工人疲劳了就可能走神而发生意外事故，安全隐患时刻威胁着操作工人。为此我们设计了夹片车削时的自动上下料机构，以降低工人的劳动强度，提高劳动生产率，同时保障工人的人身安全。国内外相关研究情况：国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势:(1)工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的6.5万美元。(2)机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化:由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。(3)工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化;器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构:大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。(4)机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制;多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。(5)虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。(6)当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。(7)机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人;其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线(站)上获得规模应用，弧焊机器人己应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，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，如:可靠性低于国外产品:机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距;在应用规模上，我国己安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程.我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000m水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种:在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。2. 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施主要研究内容：（1）根据组合机构的运动学原理，设计一个组合机构，应用于夹片自动上下料机构中。预设该自动上下料机构的运动行程为：水平搬运行程为 480mm，竖直行程为 100mm。 （2）应用机械制图的专业知识，绘制该夹片上下料机构的装配图和零件图。拟采用的研究方案：夹片的零件图如图1所示。图1夹片零件图其加工流程主要经过以下11道工序：下料挤压外锥面钻内孔、铰孔打钢字车小端面、外锥(含槽)、内锥、倒角车内锥攻牙锯开热处理滚砂包装。在完成车削小端面、外锥(含槽)、内锥、倒角等加工工序时，只要把夹片送到数控车床高速旋转的主轴上的胀紧套上即可，操作十分简单。但车床主轴高速旋转，对手工上料的操作工人存在极大的安全隐患。为此我设计了夹片车削时的自动上下料机构，来改善工人的制造环境。整个自动上料机构主要分两部分，手部抓取部分与主体移动部分：手部结构采用最常用的外卡式两指钳爪，夹紧方式用常闭式弹簧夹紧，松开时，用单作用式气缸，此种结构较为简单，制造方便。结构示意图如下图2所示：图 2 手部结构图主体移动部分拟采用两种方案：1. 方案一采用气缸的形式来实现平移和上升两个自由度。气缸的原理及结构简单，易于安装维护，对于使用者的要求不高。气缸的动作迅速、反应快，控制系统及执行机构都非常简单，每个气缸只需配置一个电磁阀就可完成气路的切换，进行运动控制，气缸发生故障的概率也比较小，维护简单方便，成本也低。此方案的结构简图如下图3 所示：图 3 方案一主体移动部分机构图2. 方案二采用两组步进电机带动丝杠实现两个方向的自由度。此方案的优点是定位精度高，但是动作缓慢，影响效率，结构复杂，成本也高。此方案结构简图如下图4所示：图 4 方案二主要体移动部分机构图由于本设计要实现的两个自由度为水平行程480mm，竖直行程100mm。分析发现，水平的行程较大，如若采用电机驱动则耗费时间很长，严重影响工件加工的效率。而竖直行程较短，为了使工件定位精度更高，可采用电机驱动。综合以上两个方案的优缺点，最终选择的方案为水平方向采用气缸驱动，而竖直方向则采用步进电机驱动丝杠实现上升动作。最终方案简图如下图5所示： 图 5 最终方案主体移动部分结构图3. 本课题研究的重点及难点，前期已开展工作本课题研究的重点：此设计的重点主要是定位精度，定位精度直接影响到工件的加工精度。另一方面，整个上料机构的一个周期时间也是很重要的方面，直接影响到工件加工的效率。前期已开展工作：查找了大量资料，首先了解了夹片的用途及零件尺寸图，其次对于整个上料机构的方案进行了多方面的研究及对比，最终确定了该机构方案。4. 完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）第 13 周：调研并收集资料，撰写开题报告，进行开题答辩。第 46 周：确定该机构的设计方案和整体结构。第 711 周：完成该机构的机构设计计算。第 1215 周：完成夹片上下料机构的装配图。第 1618 周：完成论文撰写，准备答辩。5 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）指导教师： 年 月 日 参考文献1 成大先.机械设计手册M. 北京: 化学工业出版社，2004.2 李书平,韦建军,方强等.夹片冲字自动装置创新设计J.煤矿机械.2009.3（10):113-114.3 肖南峰等编著.工业机器人M. 北京: 机械工业出版，2011.10-20. 4 徐鸿本.机床夹具设计手册M. 辽宁科学技术出版社， 2003.5 王少怀.机械设计师手册( 上册)M. 电子工业出版社， 2006.6 李书平,陈岳坪,范聚吉等.夹片自动上下料机构设计J.机械设计与制造，2011.08-08.7 宋旦锋.模块化气动装卸机械手的研究与开发D.南京理工大学，2004.8 詹启贤.自动机械设计M. 北京: 中国轻工业出版社，1994.9 常淑凤.自动上下料装置的设计与研究M. 电脑知识与技术 J，2009.10-05.10 孟宪源.现代机构手册M. 北京: 机械工业出版社，1994.11 刘少丽.浅谈工业机器人手设计J. 机电工程技术，2011 ，(06):45-48.12 赵长明,刘万菊.数控加工工艺及设备M. 北京: 高等教育出版社，2003.13 范炳炎.数控加工程序编制M. 北京: 航空工业出版社，1990.14 程立艳.五自由度装卸机械手设计与分析D.西华大学，2012.15 于春.数控机床编程及应用M. 北京: 高等教育出版社，2001.16 许祥泰,刘艳芳.数控加工编程实用技术M. 北京: 机械工业出版社，2001.17 French, W. Between Silences: A Voice from China. Atlantic Weekly, 1987-8-15(33).18 Almarza, G.G. Student foreign language teachers knowledge growth . In D.Freeman and J.C.Richards (eds.). Teacher Learning in Language Teaching . New York: Cambridge University Press. 1996. pp.50-78.19 Spivak,G. “Can the Subaltern Speak?”. In C.Nelson & L. Grossberg(eds.). Victory in Limbo: Imigism . Urbana: University of Illinois Press, 1988, pp.271-3136 所在系审查意见：系主管领导： 年 月 日本科毕业设计(论文)题目：夹片自动上下料机构的设计夹片自动上下料机构的设计摘 要针对夹片结构特点及其车削时的特性进行了研究,利用气缸驱动和步进电机驱动丝杠的优点,设计了夹片车削自动上料机构。并给出了该自动上料机构主要部件的结构及其计算、校核过程。该机构解决了夹片车削时手工上料存在的安全隐患,同时降低了工人的劳动强度,提高了劳动生产率。本文的设计有效地解决了夹片车削时的上下料的问题。关键词：夹片；上下料机构；设计The Mechanism of The Clip Automatic Up-down MaterialAbstractThere search on clip structure and character of it sturning has been made. Using the cylinder driving and the advantages of stepping motor drive screw, the clamping piece turning automatic feeding mechanism is designed. It has been given its calculating and checking procedure of the structure of the feeding devices main parts. The automatically feeding device deals with the potential safety hazard which occurs in the manual feeding of clipturning. In the meantime it reduces the workerslabor, and increases the laborpro ductivity. The design can effectively solve the clamping piece when turning the up-down material problem.Keywords: Clip；Up and down the institution；Design目 录1 绪论 .11.1 课题背景及研究意义 .11.2 国内外相关研究情况 .11.2.1 国内外机器人领域发展近几年有如下几个趋势: .11.2.2 机器人未来的发展趋势 .21.3 本文研究主要内容 .42 总体设计方案的拟定 .52.1 夹片的选择 .52.2 驱动方式 .52.3 手部抓取部分的选择和设计 .62.3.1 机械手手部的类型 .62.3.2 机械手手部设计的基本要求 .72.4 主体移动部分的选择和设计 .82.4.1 主体方案一 .82.4.2 主体方案二 .92.4.3 最终方案 .92.5 竖直位移电机驱动的选择 .102.6 减速器的选择 .112.7 水平位移气缸驱动的选型 .112.7.1 气缸选用的基本原则是： .112.7.2 气缸的最终选型 .133 整体结构的计算 .153.1 夹紧力的计算 .153.2 步进电机的计算 .153.2.1 确定运行时间 .153.2.2 电机转速 .163.2.3 负载转矩 .163.2.4 负载惯量 .163.2.5 电机转矩 .173.3 气缸的计算 .17结论 .19致谢 .20参考文献 .21毕业设计（论文）知识产权声明 .22毕业设计（论文）独创性声明 .2301 绪 论1.1 课题背景及研究意义进入 21 世纪，随着我国人口老龄化的提前到来，近来在东南沿海还出现了大量的缺工现象，迫切要求我们提高劳动生产率，降低人工的劳动强度，提高我国工业自动化水平势在必行，将机械手，应用于工业自动化生产线，把工业产品从一条生产线搬运到另外一条生产线，实现自动化生产，减轻产业公认的大量重复性劳动，同时又可以提高劳动生产率。夹片是预应力工程中不可缺少的一个重要零件。在各类桥梁、超重超大构件提升、桥梁转体等领域的工程施工中，都会用到大量的锚具和夹片。在夹片加工过程中，如车削小端面、外锥、内锥、倒角等加工工序时，要把夹片送上数控车床高速旋转的主轴上的胀紧套上。由于车床主轴高速旋转，对手工上料的操作工人存在极大的安全隐患。尤其是随着生产规模的扩大，工人每天劳动8 个小时，在这 8 个小时内，都是在不停的做上料、下料、检测工作，这些工作简单而且不用多大的力气，但都是无休止的重复劳动，要耗费大量的精力，一旦工人疲劳了就可能走神而发生意外事故，安全隐患时刻威胁着操作工人。为此设计了夹片车削时的自动上下料机构，以降低工人的劳动强度，提高劳动生产率，同时保障工人的人身安全。1.2 国内外相关研究情况1.2.1 国内外机器人领域发展近几年有如下几个趋势:(1) 工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的6.5万美元。(2) 机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化:由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机 ;国外已有模块化装配机器人产品问市。(3) 工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化;器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构 :大大提高系统的可靠性、易操作性和可维修性。(4) 机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人1则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制;多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。(5) 虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。(6) 当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。(7) 机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“ 虚拟轴机床” 以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。我国的工业机器人从80年代“ 七五 ”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过 “七五”、“八五”科技攻关，目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人;其中有 130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线(站)上获得规模应用，弧焊机器人己应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，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，如:可靠性低于国外产品 :机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距;在应用规模上，我国己安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计” ，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程.我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000m水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种:在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五” 后期立于世界先进行列之中。1.2.2 机器人未来的发展趋势随着现代化生产技术的提高，机器人设计生产能力进一步的得到加强，尤2其当机器人的生产与柔性化制造系统和柔性制造单元相结合，从而改变目前机械制造的工人操作状态，提高了生产效率。在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要胭脂示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构以及根据不同类型的夹紧机构，设计成典型的通用机构，手艺便根据不同的作业要求选择不同类型的夹紧机构，即可组成不同用途的机械手。即便于设计制造，有利于更换工件，扩大应用范围。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。在国外机械设计制造中工业机械手应用很多，发展较快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及电焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。此外，国外机械手的发展趋势是大力研究具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外加条件的变化，作相应的变更。如位置发生少许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定的成绩。视觉功能即在机械手上面安装有电视照相机和光学测距仪（即距离传感器）以及微型计算机。工作是电视照相机将物体形象变成视频信号，然后传送给计算机，以便分析物体的种类、大小、颜色和位置，并发出指令控制机械手进行工作。触觉功能即是在机械手上面安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手首先伸出手指寻找工作，通过安装在手指内的压力敏感元件产生触觉作用，然后伸向前方，抓住工件。收的抓力大小通过安装在手指内部的敏感元件来控制，达到自动调整握力的大小。总之，随着传感技术的发展，机械手装配作业的能力也将进一步提高。更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本上改变目前机械制造系统的人工操作状态。就目前来看，总的来说现代工业机器人有以下几个发展趋势：(1) 提高运动速度和运动精度，较少重量和占地空间。加速机器人功能部件的标准化和模块化，将机器人的各个机械模块、检测模块、控制模块组成结构不同的机器人；3(2) 开发各种新型结构用于不同类型的场合，如开发微动机构用于保证精度；开发多关节自由度的手臂和手指；开发各类行走机器人，以适应不同的场合。(3) 研制各类传感器及检测元件器，如，触觉、嗅觉、视觉、听觉、味觉和测距传感器等，用传感器获得工作对象周围的外界环境信息、位置信息、状态信息以完成模式识别、状态检测。并采用专家系统进行问题求解、动作规划，同时，越来越多的系统采用微机进行控制。1.3 本文研究主要内容对于夹片上下料机构的设计，拟定了一下几点主要内容：（1） 整体结构方案进行设计，完成装置手部抓取部分，主体移动部分的设计，选择驱动方式，选择好整体设计方案，计算好参数。（2） 选择Auto CAD为设计开发工具，完成夹片自动上下料机构的总体设计。（3） 完成整体结构的一些关键零件的设计。42 总体设计方案的拟定2.1 夹片的选择此次毕业设计的夹片自动上料机构的搬运对象是机械零件夹片，为薄壁锥套类零件，内表面是一锯齿形牙型，外锥表面有环槽和纵槽，材料为锰钢，夹片的零件图，如图 2.1 所示。图 2.1 夹片零件图其加工流程主要经过以下道工序：下料挤压外锥面钻内孔、铰孔打钢字车小端面、外锥（含槽）、内锥、倒角车内锥攻牙锯开热处理滚砂包装。在完成车削小端面、外锥（含槽）、内锥、倒角等加工工序时，只要把夹片送到数控车床高速旋转的主轴上的胀紧套上即可，操作十分简单。但车床主轴高速旋转，对手工上料的操作工人存在极大的安全隐患。为此我设计了夹片车削时的自动上下料机构，来改善工人的制造环境。整个自动上料机构主要分两部分，手部抓取部分与主体驱动部分。2.2 驱动方式整个设计的驱动部分需要三个动力源。手部抓取、水平方向的移动和竖直方向的升降。工业机器人常用的驱动方式有液压驱动、气压驱动和电机驱动三种类型。这三种类型各有所长，各种驱动方式的特点如下：液压驱动：利用液体的不可压缩性，控制精度较高，输出功率大，可无极调速，反应灵敏，可实现连续轨迹控制。其相应速度很高，体积小，结构紧凑，密封较好。安全性比较高，防爆性能较好。但液压系统易漏油，对环境容易造成污染。适用于重载、低速驱动。气压驱动：气体压缩性较大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，难以5实现高速、高进度的连续轨迹控制。响应速度较高，结构适当，执行机构可标准化，模拟化，易实现直接驱动。功率/质量比大，体积小，结构紧凑，密封问题较小。其安全性能好，高于 1000kPa（10 个大气压）是应注意设备的抗压性。对环境有影响，排气时有噪音。适用于中小负载驱动、精度要求较低的有限点位程序控制机器人。其生产成本低，较为方便。电机驱动：控制精度高，功率较大，能精确定位，反应灵敏，可实现高速、高精度的连续轨迹控制，伺服特性好，控制系统复杂。响应速度很高。伺服电驱动易于标准化，结构性能好，噪声低，电动机一般需要配置减速装置，除DD 电动机外，难以直接驱动，结构紧凑，无密封问题。安全性能好，设备自身无爆炸和火灾危险，直流电有刷电动机换向时有火花，对环境的防爆性能较差。电机驱动适用于中小负载、要求具有较高的位置控制进度和轨迹控制精度、速度较高的机器人，成本较高，较复杂。机器人驱动系统各有优缺点，通常对于机器人的驱动系统的要求有：（1） 驱动系统的质量尽可能较轻，单位质量的输出功率较高，效率也要搞；（2） 反应速度要快，即要求力矩质量和力矩转动惯量比较大，能够进行频繁的起、制动，正反切换；（3） 驱动尽可能灵活，位移偏差和速度偏差较小；（4） 安全可靠；（5） 操作和维护方便；（6） 对环境无污染，噪声要小；（7） 经济上合理，尤其要经量减少占地面积。2.3 手部抓取部分的选择和设计2.3.1 机械手手部的类型工业机器人得手又被成为末端执行器，它使机器人直接用于抓取和握紧（吸附）专业工具（如喷枪、扳手、焊具、喷头等）进行操作的部件。它具有模仿人的手动作的功能，并安装机器人手臂的前端。由于被握工件的形状、尺寸、重量、材质及表面状态等不同，因此工业机器人末端操作器是多种多样的，大致可分为以下几种类型：（1） 夹钳式取料手（2） 吸附式取料手（3） 专用操作器及转换器（4） 仿生多指灵巧手62.3.2 机械手手部设计的基本要求（1） 有适当的夹紧力手部在工作时，应具有适当的夹紧力，以保证夹持稳定可靠，变形小，且不会损坏工件的以加工表面。对于刚性很差的工件夹紧力大小应该设计的可以调节，对于笨重的工件应该考虑采用自锁安全装置。（2） 有足够的开闭范围夹持类手部的手指都有张开和闭合装置。工作时，一个手指开闭位置以最大变化量称为开闭范围。对于回转型手部手指开闭范围，可用开闭角和手指夹紧端长度表示。手指开闭范围的要求与很多因素有关，如工件的形状和尺寸，一般来说，如工作环境许可，开闭范围较大一些好。（3） 力求结构简单，重量轻，体积小手部处于腕部的最前端，工作时运动状态多变，其结构、重量和体积直接影响整个机械手的结构，抓重，定位精度，运动速度等性能。因此，在设计手部时，必须力求结构简单，重量轻，体积小。（4） 手指应该有一定的刚度和强度。（5） 其他要求本文设计对象为夹片自动上下料机器人，并不需要多复杂的人工指，之需要设计能从不同角度抓取和放下夹片的钳形指。手指是直接与夹片接触的部件。手指的松开和夹紧夹片，是通过手指的张开与闭合来实现的。本文设计手部结构采用最常用的外卡式两指钳爪。夹紧方式用常闭式弹簧夹紧，松开时，选择用单作用式气缸，单 作 用 气 缸 只 有 一 腔 可输 入 压 缩 空 气 ， 实 现 一 个 方 向 动 动 。 其 活 塞 杆 只 能 借 助 外 力 将 其 推 回 ； 通 常借 助 于 弹 簧 力 ， 膜 片 张 力 ， 重 力 等 。弹 簧 复 位 式 单 作 用 气 缸 ， 这 种 气 缸 在 夹 紧 装 置 中 应 用 较 多 。 这 种 气 缸 一个 方 向 的 运 动 由 气 压 驱 动 ， 另 一 个 方 向 的 运 动 有 其 他 机 械 力 驱 动 。 下 图 2.2所 示 为 弹 簧 复 位 式 单 作 用 气 缸 ：1 后缸盖 2 活塞 3 弹簧 4 活塞杆 5 密封件 6 前缸盖图 2.2 弹簧复位式单作用气缸7由 于 以 上 特 点 ， 单 作 用 活 塞 气 缸 多 用 于 短 行 程 、 其 推 力 及 运 动 速 度 均 要求 不 高 场 合 ， 如 气 吊 、 定 位 和 夹 紧 等 装 置 上 ， 单 作 用 柱 塞 缸 则 不 然 ， 可 用 在长 行 程 、 高 载 荷 的 场 合 。 此种结构较为简单，生产成本较低，制造方便。结构示意图如下图2.3所示：图2.3 手部结构图2.4 主体移动部分的选择和设计根据驱动系统的特点和机器人驱动系统的设计要求，本设计主体驱动有俩个驱动点，所以拟用了俩套设计方案。2.4.1 主体方案一气缸驱动系统由于系统构成简单、易于获得稳定的速度、元器件价格低廉且易于维护等特点在工业机器人领域得到了广泛的应用。与电动机相比，气缸更擅长作往返直线运动。易于安装维护，对于使用者的要求不高。气缸的动阀就可完成气路的切换，进行运动控制，气缸发生故障的概率也比较小，维护简作迅速、反应快，控制系统及执行机构都非常简单，每个气缸只需配置一个电磁单方便，成本也低。此方案的结构简图如下图 2.4 所示：8图 2.4 方案一主体移动部分机构图2.4.2 主体方案二步进电机相对普通电机来说，它可以实现开环控制，即通过驱动器信号输入端输入的脉冲数量和频率实现步进电机的角度和速度控制，无需反馈信号。此方案的优点是定位精度高，但是动作缓慢，影响效率，结构复杂，成本也高。此方案结构简图如下图2.5所示：图 2.5 方案二主要体移动部分机构图2.4.3 最终方案由于本设计要实现的两个自由度为水平行程480，竖直行程100。分析发现，水平的行程较大，如若采用电机驱动则耗费时间很长，严重影响工件加工的效率。而竖直行程较短，为了使工件定位精度更高，可采用电机驱动。综合以上两个方案的优缺点，最终选择的方案为水平方向采用气缸驱动，而竖直方向则采用步进电机驱动丝杠实现上升动作。最终方案简图如下图2.6所示：9图 2.6 最终方案主体移动部分结构图2.5 竖直位移电机驱动的选择根据本次设计由于为了方便使用，并且要求定位精确可靠，这里我们选择步进电机，电机的特性曲线图 2.7 所示：图 2.7 电机的特性曲线图根据以上的数据，我们选用步进电机型号为 80 型，此步进电机电机厂家为南京森宇机电的产品。根据和特性曲线以及电机基本参数表，我们选用步进电机电机型号为 92BL-4030H1-LK-B，电机额定功率为 0.4kw，额定转矩为1.3N.m，最大转矩为 2.6N.m，额定转速为 3000rmin。电机大致图 2.8 如下：10图 2.8 电机简图外形尺寸 92x92x86，电机输出轴径为 14。2.6 减速器的选择电机转速 3000r/min，丝杆运动速度 2m/min，由公式106ndvm/i452n得出总传动比为： 6.4530i已知需要减速比为 1:60 左右的减速器，在这里我们选用上海泰一传动设备的蜗轮蜗杆减速器，此种减速器为两端输出的，一头为减速器输入与电机输出连接，另一头为减速器输出与丝杆的伸长端连接。2.7 水平位移气缸驱动的选型2.7.1 气缸选用的基本原则是：(1) 根 据 工 作 任 务 对 机 构 运 动 要 求 ， 选 择 气 缸 的 结 构 形 式 及 安 装 方 法 。(2) 根 据 工 作 机 构 所 需 力 的 大 小 来 确 定 活 塞 的 推 理 和 拉 力 。11(3) 根 据 工 作 机 构 任 务 的 要 求 ， 来 确 定 行 程 。 一 般 不 使 用 满 行 程 。(4) 推 荐 气 缸 工 作 速 度 在 0.51 左 右 ， 并 按 此 原 则 选 择 管 路 及 控 制元 件 。气 缸 的 类 型 及 其 原 理 和 功 能 如 下 表 2.7 所 示 ：表 2.7 气缸类型节气原理和功能表122.7.2 气缸的最终选型（ 1） 通 常 情 况 下 ， 驱 动 气 缸 动 作 的 气 压 值 一 般 在 0.50.7MPa 之 间 ，在 这 里 ， 我 们 以 P=0.5MPa 的 数 值 来 计 算 设 计 计 算 ， 进 而 对 气 缸 来 进 行 选 型 。13（ 2） 假 设 滑 块 、 导 轨 ， 以 及 步 进 电 机 、 安 装 版 ， 气 动 手 指 等 等 的 总 重 为50KG,那 么 根 据 公 式 可 以 知 道 ： 要 想 推 动 重 量 50 的 物 体 动 作 ， 那PXSF么 气 缸 的 推 力 必 须 大 于 总 重 GX 与 导 轨 的 摩 擦 力 。 那 么 有 8mm,这 里 我 们 选择 63 缸 劲 的 气 缸 。143 整体结构的计算3.1 夹紧力的计算手指夹在工件上的夹紧力是设计手部的重要依据，必须对其大小、方向、作用点进行分析、计算。一般来说，夹紧力必须克服工件的重力所产生的静载荷（惯性力或惯性力矩） ，以使工件保持可靠的夹紧状态。手指对工件的夹紧力可按下列公式计算：(3.1) 123式中：安全系数，由机械手的工艺及设计要求确定，通常选取 1.22.0，我1K们取 1.5；工件情况系数，主要考虑惯性力的影响，计算最大加速度，得出工作2情况系数 K3，a 为机器人搬运工件过程中的加速度或减速度的绝对值；方位系数，根据手指与工件形状以及手指与工件位置不同进行选定，3K手指与工件位置：手指水平放置，工件垂直放置；手指与工件形状：V 型指端夹持片状工件。被抓取工件的重量；G求得夹紧力:(3.2) 123=1.51.002439.8=176.75取整为 177N。3.2 步进电机的计算3.2.1 确定运行时间已知整个机构上面的零件的重量，我们取总重量为 50，升降床高度范围为 100，升降速度为 12r/min。即：(3.3)=20010=2000(3.4)=12=16.633.315本次设计加速时间(3.5)=60(01)-负载速度（m/min）-到达最高点时间（ ）0t s-到达最低点时间（ ）1有速度可知每秒上升 50mm，(3.6)=1.20.033360=1.23.2.2 电机转速(3.7)电 机 =PB 为丝杆导程，本次设计的丝杆导程我们取 5mm，PB=5.00mm(3.8)电 机 = 20.005=4003.2.3 负载转矩=1.73N.m =2=0.3102000.00520.9(3.9)式中：:摩擦系数，取 0.3：负载重量，200KgM：丝杆导程，0.005mPB：传动效率，取 0.93.2.4 负载惯量上下垂直运动(3.10)=(22)=200(0.0052)2=0.000127779(.2)丝杆螺母惯(3.11)=324=3.72105(.2)16式中密度，取 7.87:3/mkg丝杆长度，取 0.4BL丝杆直径，取 0.02:D总惯量(3.12) =+=0.00032(.2)3.2.5 电机转矩 启动转矩=2(+)601 =2636.9(+0.00032)601.2 =1.25.(3.13)必须转矩 =(+)=2.36.S 为安全系数，这里取 1.03.3 气缸的计算由设计任务得知：气缸的水平行程为 480，我们给定驱动的负载为100kg，取值 V=50mm/s。在研究气缸性能和气缸缸径时，常用到负载率为： %10F气 缸 的 理 论 负 载气 缸 的 实 际 负 载由液压与气压传动技术图知：图 3.1 气缸的运动状态与负载率运动速度 V=50mm/s，取 0.6，所以气缸的实际负载大小为：(3.14)=0=1633.3（1）气缸内径的确定缸径的计算公式(3.15)=1.27= 1633.30.6106=66.26F气缸的输出拉力 N；P气缸的工作压力17按照 GB/T2348-1993 标准进行圆整，D=80mm（2）活塞杆的直径的确定由 d=0.3D 估取活塞杆直径为 d=25（3）缸筒的长度确定缸筒的长度 S=L+B+30L 为活塞行程； B 为活塞厚度；活塞厚度 B=0.7D=0.780=56；S=L+B+30=480+56+30=566。（4）气缸推力的计算无杆截腔面积*工作气压=活塞推力；(3.16)(2)2=，其中大气压 P 我们取 0.4 兆帕。NF6.209（5）气缸拉力的计算有杆截腔面积*工作气压=活塞拉力；(3.17)(22)2=0=1813.35N0F18结 论本次设计的是夹片自动上下料机构的设计，通过这次毕业设计，提高了我分析和解决问题的能力，扩宽和深化了学习过的知识。在这次毕业设计中，我有很多的收获，首先把我几年来所学的知识做了一次系统的复习，更深化一步了结了所学的知识，培养了我综合运用所学知识，独立分析问题和解决问题的能力，也使我学会了怎样更好的利用图书资源，网络查询资料和运用材料，还使我学会了如何与同学共同讨论问题。这对我以后的工作有很大的帮助，今后我会在工作中不断学习，努力的提高自己的知识水平。在这次设计过程中，我经常遇到各种各样的问题，不过在指导老师的帮助和自己的努力下，终于使我顺利的完成了设计。通过此次设计，也使我一次提升了运用三维软件的水平，并吸收了不少经验，总结为一下几点。（1）有零件图纸作图与空想设计作图不同，零件尺寸已经给出，作图时先不考虑尺寸是否真的合适，根据尺寸作出零件的三维图，但到装配时必须要考虑尺寸是否合适，由于 Auto CAD 图纸效果不好，导致尺寸会有出错，甚至有出现欠定义尺寸，所以，此时必须通过配合后在衡量尺寸，再进行修改，直到满足配合要求。（2）工具集的确方便了作图，通过选择零件类型，输入数据，就能生成出标准零件，但有时需要用到的零件在工具集上也未必能找到，所以此时要随机应变，运用其他零件代替并通过修改或添加零件使其满足要求。体上会将子装配体视为完全定义的模型，这样会对子装配体之间的配合产生矛盾，将不能完成装配。（3）看懂图是作图的首要任务，看图就是了解零件的工具，没有工具则无法制出零件，所以画图不能急于下笔，想透了零件的结构，想透图中的虚实线，这才是高效作图的重中之重。（4）作三维图时要灵活变通，解决问题的方法总比问题多，当一种方法不能正常作图时，试试另一种方法，这不但能完成零件制作，同时也可
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