凸轮轴机床的工件输送机构的设计【机械手】【含CAD图纸】
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毕业设计(论文)开题报告题目：凸轮轴机床的工件输送机构的设计系 别 机电信息系 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 姓 名 学 号 导 师 2012年 12 月 25 日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）1.1题目背景在现代企业生产过程中，生产线零件的输送是非常重要的工作之一，随着生产自动化的发展，目前，这一工作已由机械手的自动搬运逐渐替代传统的人工完成。机械手的出现在减轻工人劳动强度和难度、提高工作效率和质量、降低生产成本上做出了突出贡献,机械手的发展在企业的发展和创收上起到了举足轻重的作用。本课题设计一种在七工位凸轮轴加工机床上应用的机械手,用于实现工件的输送。明确机械手的功能、技术参数、工作原理、主要结构及特点。要求结构简单、抓取重量大、开合行程长、运行可靠,从而提高生产效率。 1.2研究意义机械手是模仿着人手的部分动作，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。工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备【1】。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛【2】。因此，进行凸轮轴机床的工件输送机械手的研究设计具有重要意义。我感觉设计所需要的知识仅课堂所学的是完全不够的，但正是这样，才更能锻炼自己，才更富有挑战，我想在这次的设计中我一定会尽全力做好的！1.3国内研究的情况我国的工业机械手的研究研发开发始于20世纪70年代左右。1972年我国的第一台工业机械手开发制造于上海，随着全国各省都开始研制和研发应用机械手。如今我国正从一个“制造型大国”向“制造型强国”迈进，中国的制造业正在面临着与国际接轨、世界接轨、参与国际分工的巨大工作和挑战当中，这将会给机械手产业发展注入新的动力和活力【3】。随着机械手发展的深度和广度以及机器人智能水平的不断提高，中国的机械手已在众多领域得到了广泛普遍的应用。已经从传统的工业制造领域向非制造领域延伸。如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统用于维护维修的机器人等。在国防军事、医疗卫生、食品加工、生活服务等领域机械手的应用也越来越多。在未来几年，我国将在传感技术、激光技术、工程网络技术中机械手将会被广泛应用，因此这些技术会使机械手的应用更为高效、高质，运行成本将更低【4】。据一系列现象证据表明，今后机械手将在医疗、保健、生物技术和产业、教育、救灾、海洋开发、机器维修、交通运输和农业生产等各领域得到广泛应用。1.4国外研究情况 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5。机械手首先是从美国开始研制的，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，改进其结构，降低其成本。德国从1970年开始在制造行业中应用机械手，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年从事机械手的研究工作的大专院校、研究单位多达50多个；1976年大学和国家研究部门用在机械手的研究费用42%；1979年日本机械手的产值达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。到目前在日本工作的工业机械手已有100万台左右。第二代机械手设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。目前国外已经出现了触觉和视觉机械手。第三代机械手（机械人）则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系。并逐步发展成为柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。随着工业机器手（机械人）研究制造和应用的扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多6。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2.1主要内容2.1.1了解凸轮轴机床工作原理，工业机器人的发展及在工业生产中的应用；2.1.2明确该机械手的规格参数，分析其组成和工作原理；2.1.3完成该机械手的结构设计和主要部件的设计计算；2.1.4应用软件绘制所设计机械手的装配图。2.2研究方案2.2.1凸轮轴机床的工作原理 如图1所示零件为凸轮轴。凸轮轴是发动机中的重要零件之一，其通常是由具有多段高次曲线型面的非圆轮廓面组成，其升程、转角与砂轮半径之间存在非线性关系，且大部分凸轮轴属细长轴类零件。而凸轮轴加工精度和质量直接影响到发动机的质量、废气排放、使用寿命、节能和效率。图2是某型号发动机的凸轮轴示意图，其法兰面上的孔系的加工是在一台卧式单面七工位的机床上完成的,该机床用一个多轴头在5个加工工位上完成了5道加工工序。在加工工位之前有一个零件装卸工位,为了在装卸工位卸下工件,必须解决工件的返回问题。为此,我们设计了机械手在五个加工工位之后的等待工位抓取工件,并实现工件的返回。如图3所示,工位是装卸工位,工位是机械手抓取工位,凸轮轴从工位通过步伐式棘爪输送机构依次自动输送至工位,而机械手用来实现工件由工位返回至工位。 图1 凸轮轴 图2 凸轮轴示意图图3 各工位布局图2.2.2机械手总体结构的设计 如图4所示，机械手装置安装在机床的侧面，机械手大臂的回转运动，靠液压缸2通过齿轮、齿条机构来实现。机械手小臂的升降，由油缸1驱动。手爪4的开合动作由液压缸3驱动的连杆、滑块机构来实现。为了确保机械手大臂回转输送时，随行夹具在此时是平面平行移动，采用了平行四边形机构。机械手的动作顺序是：机械手在等待工位(抓取工件工位)等候机械手小臂下降手爪收拢抓取随行夹具小臂上升大臂回转至装卸料工位小臂下降手爪放松小臂上升大臂回转至等待工位等候。机械手的动作全部采用液压驱动，电气控制。(1）机械手腰座结构的设计(2）机械手手臂结构的设计(3）机械手手腕结构的设计(4）机械手手爪结构的设计 如图5所示，手爪是用来抓取工件的，要求其结构简单，动作灵敏，操作方便。(5）机械手机械传动机构的设计(6）机械手驱动系统的设计 图4 机械手结构图 图5 手爪示意图2.3研究方法2.3.1首先阅读毕业设计题目和任务书，查阅相关文献和资料，做出初步规划设计方案，积极开展调研论证；2.3.2向指导老师咨询有关问题和登陆中国知网查阅资料文献；2.3.3对机械手进行结构分析，画出草图；2.3.4结合自己熟悉的制图软件，对其进行深入的实践；2.3.5完善绘图，请指导老师修改。3.本课题研究的重点及难点，前期已开展工作3.1 研究的重点及难点 机械手结构的设计及其传动机构和驱动系统的设计；机械手零件设计及其装配关系；机械手的技术参数、结构特点和受力分析。 3.2前期已展开的工作3.2.1查找和阅读大量期刊、书籍、报纸及优秀硕士论文分析相关数据；3.2.2初步拟定了整体结构和设计方案；3.2.3学习零件的结构设计的有关知识；3.2.4在学校电子阅览室查找了有关机械手的外文翻译。 4.完成毕业论文的工作步骤与时间安排（按周次填写）（1）13周：调研并收集资料；（2）46周：明确该机械手的规格参数，分析其组成和工作原理；（3）79周：完成该机械手的结构设计计算；（4）1012周：完成该机械手的装配图；（5）1315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6.所在系审查意见：系主管领导： 年 月 日 注：1）正文：宋体小四号字，行距20磅，单面打印；其他格式与毕业论文要求相同。2）开题报告由各系集中归档保存。 3）开题报告引用参考文献注释格式可参照附录E“毕业设计（论文）参考文献样式”执行。不进入正文，可以作为附件放在开题报告后面。参考文献1 姚志良. 工业机械手浅谈（二）J. 组合机床与自定化技术. 1977，(03) ：6- 92 郭益友. 工业机械手在制造工艺中的发展及应用J. 淮南职业技术学院学报. 2002，(01) ：5- 73 国内机械行业. 机械手应用与技术发展概况（上）J. 科技简报. 1975，(07) ：9- 114 邹莉. 传感检测技术在机械手中的应用J. 科技信息（学术研究）. 2008，(36) ：25- 315 吴振彪，王正家. 工业机器人 M. 武汉：华中科技大学出版社. 20066 Tsai LW. Solving the inverse dynamics of a Stewart-Cough manipulator by the principle of virtual work. Journal of Mechanical Design . 2000，(1) ：13- 187 陶湘厅，袁锐波，罗璟. 气动机械手的应用现状及发展前景J. 机床与液压. 2007，(08) ：35- 418 雷勇涛，李大明. 机械手运动稳定性分析J. 茂名学院学报. 2006，(01) ：13- 179 孙恒，陈作模，葛文杰. 机械原理 M. 北京：高等教育出版社. 2006.510 胡玉睿. 机械手原理 M .北京：中央广播电视大学出版社. 200411 陆祥生,杨秀莲. 机械手理论及应用 M .中国铁道出版社.198512 马振福. 液压与气压传动 M. 机械工业出版社. 200413 裴仁清. 机电一体化原理. 上海大学出版社. 199814 工业机械手设计基础编写组. 工业机械手设计基础 M . 天津科学技术出版社. 1980 15 方明伦,应振澍,裴任清. 工业机器人. 北京:机械工程师进修大学. 1989.6 16 张建民. 工业机械人. 北京：北京理工大学出版社. 199217 HILLER Manfred. Simulation Modeling of the Motion Control of a Two Degree of Freedom,Tendon Based,Parallel Manipulator in Operational Space Using MATLAB J. Journal of Ch
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