圆柱坐标式机械手设计-毕业论文

摘要洛阳理工学院毕业设计（论文）PAGEIVPAGE10圆柱坐标式机械手摘要本毕业设计设计了圆柱坐标式机械手，该机构可实现两个直线方向和一个旋转方向的运动。在控制器的作用下，它可以完成将工件从一条流水线拿到另一条流水线这一简单的动作。在设计过程中，机械手部选用了移动式齿轮齿条手部来实现对工件的夹取；两个直线运动均采用液压驱动，包括横梁液压缸水平方向的移动和升降液压缸垂直运动；旋转运动采用齿轮齿条的结构形式，通过对齿条的驱动实现立柱的回转运动。通过上述三种机构的运动可以精确定位工件位置，然后机械手进行夹取，最后可以根据要求进行工件的转移。该结构实现简单,且整体结构紧凑，可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。关键词：圆柱坐标，工业机器人，机械手

CYLINDRICALCOORDINATEROBOTABSTRACTThisgraduationdesigndesignthecylindersitmarktypemachinehand,shouldorganizationcanrealizationtwostraightlinedirectionand1revolvedirectionofsport.Underthefunctionofthecontroller,itcanthecompletiongetholdofaworkpieceanotherflowingwaterlinethisactionthatissimplefromaflowingwaterline.Inthedesignprocess,themachinehandchosetousetomovethetypewheelgearChiahandtoclipworkpiecetotaketotherealization;Twostraightlinesportalladoptiontheliquidpresstodriveandincludeahorizontalbeamliquidtopressanurnofleveldirectionofmoveandascendanddescendtheliquidpressanurnperpendicularsport;RevolvesportadoptionwheelgearChithestructureformof,passtodriveChirealizationtosignturnroundofpillarsport.Passthreeabove-mentionedkindsoforganizationofsportcanprecisionfixedpositionworkpieceposition,thenthemachinehandcarryonclippingtotake,endcanaccordingtorequestcarryonatransferofworkpiece.Shouldstructurerealizationsimple,andwholestructuretightlypacked,canreplacehandofheavylabor,showZhaotoeaseaworkeroflaborstrength,improvementlaborcondition,exaltationlaborrateofproductionandautomationlevel.KEYWORDS:Cylindricalcoordinate,Industrialrobot,Manipulator前言目录前言 1第1章总体设计方案 91.1总体设计的思路 91.2总体方案的确定 101.3机械手的组成 101.4机械手的坐标形式 121.5机械手的主要参数 13第2章机械手相关的设计与计算 152.1手指的相关设计与计算 152.1.1手指夹紧力的计算 152.1.2手部液压缸的选取 172.1.3水平伸缩缸尺寸计算 192.1.4升降液压缸主要参数的确定 202.2立柱与底座的设计 23第3章相关的校核 243.1手爪扇形齿轮与齿条强度校核 24结论 25谢辞 26参考文献 27外文资料翻译 28前言机器人技术的发展，可以说是科学技术发展共同的一个综合性的结果，同时，也是为社会经济发展产生了重大影响的一门科学技术，它的发展归功于在第二次世界大战中各国加强了经济的投入，就加强了本国的经济的发展。另一方面它也是生产力发展的需求的必然结果，也是人类自身发展的必然结果，人类的发展随着人们逐渐的这种社会发展的情况，人们越来越不断探讨自然过程中，在改造自然过程中，认识自然过程中,需求能够解放人的一种工具。那么这种工具就是代替人们去能够从事复杂和繁重的体力劳动，实现人们对不可达世界的认识和改造，这也是人们在科技发展过程中的一个客观需要。另一方面，人们有各种各样的好的想法，它也归功于电子技术，计算机技术以及制造技术等相关技术的发展而产生了提供了强大的技术保证。毕业设计是对大学三年所学的知识的总结和运用。它是基础知识和专业知识的统一，是理论和实践相结合，这加深了我们对所学知识的理解和灵活运用。通过查阅大量的资料，学到了很多在课堂上学不到的知识和掌握了一部分新的理念，为我们走向工作岗位奠定了一定的知识基础。同时，也是检验我们掌握所学知识的深度和力度本说明书是根据设计课题要求，有本人编写的简明工具文本，全书共一册内容互相衔接，配合设计图纸一起使用。本说明书内容包括绪论、机构简图、设计计算说明，配合设计图纸、机械手的使用方法和技术，为用户在使用过程中维护和改进本产品提供原始数据。1.机器人概述在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法；程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。机器人的出现并得到应用，为这些作业的机械化奠定了良好的基础。“工业机器人”（IndustrialRobot）：多数是指程序可变（编）的独立的自动抓取、搬运工件、操作工具的装置（国内称作工业机器人或通用机器人）。机器人是一种具有人体上肢的部分功能，工作程序固定的自动化装置。机器人具有结构简单、成本低廉、维修容易的优势，但功能较少，适应性较差。目前我国常把具有上述特点的机器人称为专用机器人，而把工业机械人称为通用机器人。简而言之，机器人就是用机器代替人手，把工件由某个地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操纵工件进行加工。机器人一般分为三类。第一类是不需要人工操作的通用机器人，也即本文所研究的对象。它是一种独立的、不附属于某一主机的装置，可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定操作。它是除具备普通机械的物理性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工操作的，称为操作机（Manipulator）。它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机器人来进行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是专业机器人，主要附属于自动机床或自动生产线上，用以解决机床上下料和工件传送。这种机器人在国外通常被称之为“MechanicalHand”，它是为主机服务的，由主机驱动。除少数外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。机器人按照结构形式的不同又可分为多种类型，其中关节型机器人以其结构紧凑，所占空间体积小，相对工作空间最大，甚至能绕过基座周围的一些障碍物等这样一些特点，成为机器人中使用最多的一种结构形式，世界一些著名机器人的本体部分都采用这种机构形式的机器人。要机器人像人一样拿取东西，最简单的基本条件是要有一套类似于指、腕、臂、关节等部分组成的抓取和移动机构——执行机构；像肌肉那样使手臂运动的驱动－传动系统；像大脑那样指挥手动作的控制系统。这些系统的性能就决定了机器人的性能。一般而言，机器人通常就是由执行机构、驱动－传动系统和控制系统这三部分组成，如图1所示。图1机器人的一般组成机器人的机械系统主要由执行机构和驱动－传动系统组成。执行机构是机器人赖以完成工作任务的实体，通常由连杆和关节组成，由驱动－传动系统提供动力，按控制系统的要求完成工作任务。驱动－传动系统主要包括驱动机构和传动系统。驱动机构提供机器人各关节所需要的动力，传动系统则将驱动力转换为满足机器人各关节力矩和运动所要求的驱动力或力矩。有的文献则把机器人分为机械系统、驱动系统和控制系统三大部分。其中的机械系统又叫操作机(Manipulator)，相当于本文中的执行机构部分。2.国内发展状况及趋势（1）国内现状：我国`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，我国已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，6000米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。（2）发展趋势：国内各行各业对机器人的需求将越来越多，国内市场将稳步增长，根据目前的现状，我国机器人近几年发展的形式将会怎样呢？根据我们的分析将会呈现如下几个特点：1）．从国际市场来看，机器人工业是一种高投入低赢利的产业，市场竞争极为激烈，机器人工业必须上一定规模才有利润可言，才有必需的开发投入，才能走上良性循环的发展道路。世界上机器人产量最大的三家公司年产机器人数均超千台以上，其中ABB公司达到9000台，安川电机公司近2500台，KUKA公司近2000台，从国内现状来看，大公司、大企业通过与外国机器人公司合资合作，引进技术和资金，逐步规模化生产机器人，把国内机器人产业推向一个新的阶段，其中有代表性的，如首钢集团公司与安川电机公司合资的首钢莫托曼公司、唐山电子设备厂与松下电器公司合资的唐山松下产业机器有限公司、东风汽车公司与德国KUKA公司合作、济南二机床公司与美国ISI机器人公司合作等等。这些合资合作的开展，将会有效地推动中国机器人工业的进步，全面促进中国机器人工业水平的提高，但是它也会和其他外国机器人公司一样，冲击中国机器人市场，影响具有自主开发能力的中国机器人产业的形成，也会使国内其他的机器人生产厂家面临一种严峻的挑战。2）．由注重机器人单机开发过渡到成套开发机器人应用系统生产机器人多的大型公司，可以凭借规模优势，占据较大的市场份额，形成规模效益，而一些中小公司要想在激烈的市场竞争中求得生存，必须具有自己的特色。国外许多中小公司把自己的市场定位在机器人系统集成或某些有特长领域，从而形成自己的局部优势，在市场中求得生存和发展，如奥地利IGM公司以向用户提供大型机器人焊接系统著称，机器人在系统中只占售价的1/3左右，卖单台机器人赢利甚微，而卖机器人系统却赢利可观。意大利COMAU公司以承接压机生产线见长，在这里，机器人系统是促销售的关键。我国国内机器人生产厂家规模大都较小，甚至谈不上规模，而国内一般企业又没有能力将机器人有效地集成到生产系统中去，因此，那些进行系统集成并向用户提供一条龙服务的公司，在机器人市场中将有较强的竞争力。国内机器人生产厂家中北京机械工业自动化研究所，以承接涂装自动化生产线见长，累计产值近2000万元，中国科学院沈阳自动化研究所承接焊接生产线，累计产值近5000万元，哈尔滨工业大学机器人研究所的机器人码垛生产线正在产业化，累计产值超千万元。3）．机器人开发走开放型科研之路国内通过“七五”机器人技术攻关，已具备了生产国产机器人的基础，但国产机器人无论在技术上，还是可靠性上，都与国外机器人差相当一段距离，要尽快缩短这种距离，必须走一条开放型的自主科研道路。a.多方筹措开发资金，通过政府部门投资、用户单位投资、自我积累、外商投资、银行贷款等形式，筹措国产机器人的开发资金。b.消化和利用国外机器人技术、资料、样机和关键元器件，为我所用。c.选择引进国外质量可靠的机器人零部件和元器件。d.大力开展国内合作，利用国内技术优势，开发具有中国技术特色的国产机器人产品。e.注意机器人产品的高可靠性，使国产机器人的可靠性与国外机器人具有可比性，同时要做到低成本、易操作。第1章标题第1章总体设计方案在确定机器人总体设计方案前，我们还要拟定本设计的基本步骤及其要遵循的一些基本原则，从而使设计方案更合理。1.1总体设计的思路设计机器人大体上可分为两个阶段：1、系统分析阶段（1）根据系统的目标，明确所采用机器人的目的和任务。（2）分析机器人所在系统的工作环境。（3）根据机器人的工作要求，确定机器人的基本功能和方案。如机器人的自由度、动作精度的要求、所能抓取的重量、容许的运动范围等。2、技术设计阶段（1）根据系统的要求确定机器人的自由度和允许的空间工作范围，选择机器人的坐标形式；（2）拟订机器人的运动路线和空间作业图；（3）确定驱动系统的类型；（4）选择各部件的具体结构，进行机器人总装图的设计；（5）绘制机器人的零件图，并确定尺寸。下面结合本演示系统的基本要求和设计的基本原则确定本系统的方案。1.2总体方案的确定提到总体方案的确定，让我们重复一下本课题的要求：设计一种圆柱坐标式机械手，要求该装置具有三个独立的运动（两个直线运动和一个旋转运动）。该机构中立柱可相对于机座旋转180度，回转速度15r/min，横梁采用液压驱动，可水平伸缩距离400mm，移动速度约0.2m/s，机械手可上下垂直运动，其垂直升降量1000mm，移动速度约0.15m/s，机械手最大夹持重量10kg，所夹持工件为圆柱形，直径范围：φ30mm—φ120mm。1.3机械手的组成工业机械手是能够模仿人手的部分动作，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。机械收主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成，各部分之间的相互关系如图1-1所示：工件执行机构驱动系统控制系统工件执行机构驱动系统控制系统位置检测装置位置检测装置图1-1各部分的相互关系1.执行机构执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。（1）手部（或称抓取机构）是与物体接触的部分，主要其抓取和放置物件的作用。（2）手腕是连接手部和手臂的部分，可以调整和改变工件方位。（3）手臂是支撑手腕和手部的部件，用以改变工件的空间位置。（4）立柱是支撑手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分。手臂的回转运动和升降（或俯仰）运动均与立柱有密切关系。（5）机座是机械手的基础部分。执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，起支撑作和连接作用。有时为了完成远距离的操作和扩大使用范围，可以增设滚轮行走机构。2.驱动系统机械手的驱动系统是驱动执行机构运动运动的动力装置，常用的有液压、气压、电力和机械式驱动四种形式。3.控制系统控制系统是机械手动作的指挥系统，用来控制动作的顺序（程序）、位置和时间、速度和加速度等。4.位置检测装置位置检测装置控制执行机构的运动位置，可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，使执行机构以一定的精度达到设定位置。1.4机械手的坐标形式工业机械手的结构形式主要有直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构，关节型结构四种。各结构形式及其相应的特点，分别介绍如下。1．直角坐标式直角坐标机械手的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的，如图1-2(a)所示。由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，所以，直角坐标机械手有可能达到很高的位置精度（μm级）。但是，这种直角坐标机械手的运动空间相对机械手的结构尺寸来讲，是比较小的。因此，为了实现一定的运动空间，直角坐标机械手的结构尺寸要比其他类型的机械手的结构尺寸大得多。2．圆柱坐标式圆柱坐标机械手的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的，如图1-2(b)。这种机械手构造比较简单，精度还可以，常用于搬运作业。其工作空间是一个圆柱状的空间。3．球坐标式球坐标机械手的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的，如图1-2(c)。这种机械手结构简单、成本较低，但精度不很高。主要应用于搬运作业。其工作空间是一个类球形的空间。4．关节坐标式关节型机械手的空间运动是由三个回转运动实现的，如图1-2(d)。关节型机械手动作灵活，结构紧凑，占地面积小。相对机械手本体尺寸，其工作空间比较大。此种机械手在工业中应用十分广泛。(a)直角坐标型（b）圆柱坐标型（c）球坐标型(a)直角坐标型（b）圆柱坐标型（c）球坐标型（d）关节型本设计采用圆柱坐标型机械手。1.5机械手的主要参数机械手的主要参数是说明机械手的规格和性能的具体指标，一般包括一下几项：1.抓取重量（又称臂力）是指机械手所能抓取或搬运物件的最大重量，它对其他参数如行程范围、运动速度、坐标形式和缓冲装置的设计均有影响，是机械手最基本的参数。2.运动速度运动速度反映了机械手的生产水平，影响机械手的运动周期和工作效率，很多机械手由于速度低而限制了它的使用范围。影响机械手动作快慢的两个主要运动是手臂的伸缩和回转运动。速度大小与机械手的驱动方式、定位方式、抓重大小和行程距离有关系。3.行程范围机械手的手臂运动行程对使用性能有较大的影响。一般来说，通用机械手的手臂回转应尽可能大些，回转行程范围应大于180°，使机械手具有一定的通用性；手臂伸缩行程及工作半径要适宜，太大会增加手臂悬伸量，相应的偏重力矩和转动惯量也增加，且刚性降低，对于定位精度也难以保证。4.定位精度定位精度是衡量机械手工作质量的又一重要指标，是指机械手的运动部件从某一起始位置运动到预期的另一位置时所到达的实际位置的准确程度。定位精度的高低取决于位置控制方式以及机械手运动部件本身的精度和刚度，并和抓取重量、运动速度等因素也有密切关系。定位精度包括位置设定精度和重复定位精度两种，一般所说的定位精度是指重复定位精度。REF_Ref168484390\r\h错误！未找到引用源。REF_Ref168484424\h错误！未找到引用源。PAGE6PAGE19第2章机械手相关的设计与计算2.1手指的相关设计与计算2.1.1手指夹紧力的计算1.手部手部是机械手直接抓取和握紧（或吸附）物件或夹持专用工具执行作业任务的部件，因此手部的结构和尺寸应依据作业任务要求来设计，从而形成了多种的结构型式。它安装在手臂的前端，可以模仿人手动作。设计手部时除了要满足抓取要求外，还应满足以下几点要求：（1）手指握力的大小要适宜确定手指的握力（即夹紧力）时，应考虑工件的重量以及传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落，但握力太大又会造成浪费并可能损坏工件。（2）应保证工件能顺利地进入或脱开手指开合式手指应具有足够大的张开角度来适应较大的直径范围，保证有足够的夹紧距离以方便抓取和松开工件。移动式钳爪要有足够大的移动范围。（3）应具有足够的强度和刚度，并且自身重量轻因受到被夹工件的反作用力和运动过程中的惯性力、振动等的影响，要求机械手具有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形，但结构要简单紧凑、自重轻，并使手部的重心在手腕的回转轴线上，使手腕的扭转力矩最小。（4）动作迅速、灵活、准确，通用机械手还要求更换手部方便根据用途手部可分为夹持式手部、吸附式手部和专用工具（喷枪、扳手、焊接工具）三类。经过分析和比较此设计采用夹持式手部。夹持式手部对抓取工件的形状具有较大的适应性，故应用较广。它的动作与钢丝钳或虎钳相似。2.结构夹持式手部是有驱动装置、传动机构和手指（或手爪）等组成。驱动装置多半用活塞缸。传动机构常用连杆机构、滑槽机构、齿轮齿条机构等。手指常用两指，也有多指等形式。指端是手指上直接与被夹工件接触的部位，它的结构形状取决于工件的形状。手部结构按模仿人手手指的动作，可分为回转型、移动型等形式。经分析和比较此设计选择移动式的齿轮齿条手部。根据所夹取的零件半径（30120的圆柱形棒料）经分析取扇型齿轮的齿顶圆半径R=47，模数m=4，=23。齿条齿数取=23。手指夹紧力的计算：公式：(2-1)式中:为抓取的工件重量，最大为10Kg，为安全系数取1.22,暂取1.5，为工作情况系数，可按=1.12.5此取=2，为方位系数，即为当爪子处在不同位置夹取工件不同放置位置是的系数，根据查取的公式：=0.5tan，粗略计算约等于0.91.1，此处取1。根据公式（2-1）计算得：1.521109.8N=294N因为此设计采用移动型齿轮齿条手部结构，查资料知其夹紧力为驱动力的一半，=0.5所以，=588N，此处考虑其他因素取600N。3.手腕手腕是连接手部和手臂的部件，它的作用是调整或改变手部的方位。一般手腕设有回转运动或再增加一个上下摆动即可满足要求，若有特殊要求可增加手腕左右摆动或横向移动。机械手的手腕结构相对比较复杂。因此设计时要注意下面几个问题：（1） 可以有手臂完成的动作，尽量不设置手腕。（2） 手腕结构尽可能简单化，对不需要三维自由度的手腕，可采用两个或一个回转运动。此设计可以不要手腕，动作可以由手臂完成。机械手手部如图2-1。图2-1机械手手部2.1.2手部液压缸的选取1.初算活塞杆直径经分析液压缸的最大工作力为由于手爪是靠推力夹紧的，所以驱动液压缸的活塞杆选用材料HT200查表得:，由 取得:又得:2.压杆稳定性校核欧拉公式:由于此活塞杆是一端固定，一端铰接，所以根据结构要求取查表得HT-15的弹性模量取又为了更安全，取得:而得:根据GB/T-2348-1993圆整得：3.液压缸参数确定由d=(0.61)D得缸体内径D=35/0.6=58.33根据GB/T-2348-1993圆整得D=65查参考文献[16]选用T5160-1型夹紧油缸液压缸行程：S=（282-162）=120根据表GB/T-2348-1993圆整得：S=1254.选择调速阀查参考文献[16]选择YF型溢流阀，技术规格为表2-1。表2-1技术规格通径额定流量调速范围螺纹联结重量1020.57YF-L10B水平伸缩缸尺寸计算1.选择调速阀：选用ZFRM型调速阀，技术规格为表2-2。表2-1技术规格通径工作压力调速范围重量160.5-31.50-16011.32.液压缸内壁直径计算==0.1303取3.考虑伸缩缸与夹紧缸配合取活塞直径d=704.活塞行程S=4005.缸头厚度计算（1）选择材料TQ-400=400=250（2）F=（q值取其屈服极限）==31689+675885N=707574N（3）=0.009=9（4）缸头法兰按T5016-1型夹紧缸缸头2倍尺寸制造。2.1.4升降液压缸主要参数的确定1.活塞杆直径和液压缸缸径（1）根据参考文献[1]中液压缸活塞杆外径尺寸系列表37.7-2取活塞杆直径为25（2）根据参考文献[1]表37.7-7，工程液压缸的技术规格，液压缸缸径φAL为40mm，速度比φ=1.33，推力为20.11kN，拉力15.08kN。2.液压缸缸盖及密封根据参考文献[2]表19-13和GB3452.1-92O型圈用（内径）=78.7，公差0.30，为密封截面直径，=5.300.13毡圈密封（内径）=76D（外径）=803.缸底厚度计算根据参考文献[1]公式37.3-29已知=0.04=16=0.01（缸底油孔直径）=1000.0110取h=104.缸底油孔直径的计算根据参考文献[1]式37.9-1管子油口内径dd1130Q为液体流量，V为流速对于压油管V3-6/s，这里V取5m/s根据参考文献[1]表37.7-5为液压缸输出速度，AL活塞直径已知=0.15/s,=0.000753613.86根据参考文献[1]表37.9-1选公称直径,故d取15采用卡套式直通管接头钢管外径为22，管接头连接螺纹ZM221.5采用推荐管路通过流量为1050所以公称压力P=16图2-2为所述的升降液压缸。图2-2升2.2立柱与底座的设计立柱是支承水平液压缸和机械手的部件，立柱设计的质量直接关乎到机械手的工作。此设计的立柱经过分析与计算，最后采用图2-3的立柱。立柱与托盘采用四个GB818-85-M30螺钉连接。托盘与液压缸的连接用四个GB528-M24螺栓进行连接。立柱与底座的连接采用四个GB818-85-M30的螺钉进行连接。图2-3为所设计的立柱与各部件的连接。图2-3立柱与各部件的连接第3章REF_Ref168484495\h错误！未找到引用源。洛阳理工学院毕业设计（论文）PAGE20第3章相关的校核3.1手爪扇形齿轮与齿条强度校核校核1、材料：齿轮：40渗碳淬火硬度5862齿条：40渗碳淬火硬度48552、因所受的力不大硬齿面扇形齿轮与齿条按接触疲劳强度校核查表计算查表查资料：安全系数由上面的公式知： 符合要求河南科技大学毕业设计（论文）河南科技大学毕业设计（论文）PAGE32PAGE21结论本设计的题目是圆柱坐标式机械手，本文所做的主要工作有：1．总体方案的确定。经综合考虑，确定采用圆柱坐标形式，具有腰部回转、竖直升降、水平伸缩三个自由度的运动，使整体的结构小型化。2．机械结构设计研制。各自由度自成体系，又能协调的组织在一起，其各个部分连接处线条分明、直观性好，其各个部分可以分别拆卸，快速更换，方便维修。通过分析以及查阅资料，最终各机构的形式是：机械手部通过液压缸驱动，采用齿轮齿条式机构完成工件的夹取；通过横梁液压缸和升降液压缸的驱动实现水平和垂直方向的运动，因此可以确切定位工件夹取位置；立柱采用立柱轴与托盘的连接形式，通过驱动立柱轴实现立柱的旋转。然而这次设计中也存在着少许不足：首先，设计中的校核比较少，使整个设计中存在很多不足，希望老师多加指点；其次，由于本人设计经验的欠缺，设计过程中有时不知道从何处入手，该怎么做等问题。此次毕业设计，使我感到前所未有的紧张和忙碌。从最开始的资料收集，到分析计算、绘图，使我觉得自己所掌握的知识储备是那么的少，仅仅靠书本上的知识是很难解决许多实际生产中的问题的。其实，不单单是我，我相信所有的毕业生只要认真参与了这次毕业设计，肯定是收益菲浅。在毕业设计中，我才发现，三年中我们还有很多东西都不曾了解，有很多东西我们都还没有熟练掌握。通过毕业设计，使我将这三年所学到的知识得到了系统化、贯穿成一条线。在整个过程中，我感到这是一次能力的升华，我认为，这必将对我以后的生活、学习和工作有着深远的影响！致谢洛阳理工学院毕业设计论文16PAGE33谢辞本次毕业设计工作是在葛老师的全面指导下完成的，在课题选择、方案制定、工作实施以及设计说明书的撰写过程中，无处不渗透着葛老师的心血。葛老师严谨治学的工作态度，一丝不苟的工作作风，对科学研究的忘我精神，对我的学习和生活都产生了深远的影响，使我从中受益非浅。在整个设计过程中，正是由于葛老师严谨求实的工作态度和对学生无微不至的关怀，使我在大学里最后的一次设计中，也是最综合的一次设计中得到了实践性的锻炼，为我以后步入工作岗位打下了坚实的基础。为此，学生对您表示衷心的感谢和深深的敬意！同时在设计的过程中，很多的同学和老师给予了我巨大的帮助和支持。在这难忘的两个多月中，没有他们的支持，我的设计不可能这样顺利的完成。在此，对这些同学和老师也表示衷心的感谢！在我查找资料的过程中，得到了学校图书馆有关人员的大力支持，给我们提供了必要的资料，使我的设计工作得到了顺利进行，并最终按时完成了毕业设计任务。在此，也一并对他们的热心帮助表示感谢！最后，学生向在百忙之中评阅本论文的各位老师表示衷心的感谢！附录PAGE16参考文献【朱根龙.简明机械零件设计手册.macrobuttonnomacro北京：机械工业出版社2002-12-6.20051-796濮良贵，纪名刚.机械设计.北京：高等教育出版社.20011-145王昆，何小柏.机械设计课程设计.北京：高等教育出版社.20091-210朱冬梅，胥北澜.画法几何及机械制图.北京：高等教育出版社.20001-388刘鸿文.材料力学.高等教育出版社.200312-200廖念钊，古莹庵，莫雨松等.互换性与技术测量（第四版）.中国计量出版社.2001唐树忠，张素琴，韩群生.机械制图基础.天津：天津大学出版社.2002122-127甘永力.几何量公差与检测.上海：上海科学技术出版社.20081-250文九巴.机械工程材料.北京：机械工业出版社.2008100-200成大先.机械设计图册[1-6].北京：北京化学工业出版社.2000王守城,段俊勇.液压元件及选用.北京：化学工业出版社.2007郑志祥,张磊等.机械零件[第二版].北京：高等教育出版社.2006宋昭祥.机械制造基础.北京：机械工业出版社.2006马永林.机械原理教程.北京：高等教育出版社.2006沈鸿等.机械工程手册[5、6].北京：机械工业出版社.2007周士昌等.机械设计手册4.北京：机械工业出版社.2010徐嘉元,曾家驹.机械制造工艺学.北京：机械工业出版社.2007张利平.液压传动系统及设计.化学出版社.2005陈于萍,周兆元.互换性与测量技术基础.北京：机械工业出版社.2007丁树模,周骥平.液压传动.北京：机械工业出版社.2009外文资料翻译MachiningIntroduction1LathesLathesaremachinetoolsdesignedprimarilytodoturning,facingandboring,Verylittleturningisdoneonothertypesofmachinetools,andnonecandoitwithequalfacility.Becauselathesalsocandodrillingandreaming,theirversatilitypermitsseveraloperationstobedonewithasinglesetupoftheworkpiece.Consequently,morelathesofvarioustypesareusedinmanufacturingthananyothermachinetool.Theessentialcomponentsofalathearethebed,headstockassembly,tailstockassembly,andtheleadscrewandfeedrod.Thebedisthebackboneofalathe.Itusuallyismadeofwellnormalizedoragedgrayornodularcastironandprovidessheavy,rigidframeonwhichalltheotherbasiccomponentsaremounted.Twosetsofparallel,longitudinalways,innerandouter,arecontainedonthebed,usuallyontheupperside.SomemakersuseaninvertedV-shapeforallfourways,whereasothersutilizeoneinvertedVandoneflatwayinoneorbothsets,Theyareprecision-machinedtoassureaccuracyofalignment.Onmostmodernlathesthewayaresurface-hardenedtoresistwearandabrasion,butprecautionshouldbetakeninoperatingalathetoassurethatthewaysarenotdamaged.Anyinaccuracyinthemusuallymeansthattheaccuracyoftheentirelatheisdestroyed.Theheadstockismountedinafoxedpositionontheinnerways,usuallyattheleftendofthebed.Itprovidesapoweredmeansofrotatingthewordatvariousspeeds.Essentially,itconsistsofahollowspindle,mountedinaccuratebearings,andasetoftransmissiongears-similartoatrucktransmission—throughwhichthespindlecanberotatedatanumberofspeeds.Mostlathesprovidefrom8to18speeds,usuallyinageometricratio,andonmodernlathesallthespeedscanbeobtainedmerelybymovingfromtwotofourlevers.Anincreasingtrendistoprovideacontinuouslyvariablespeedrangethroughelectricalormechanicaldrives.Becausetheaccuracyofalatheisgreatlydependentonthespindle,itisofheavyconstructionandmountedinheavybearings,usuallypreloadedtaperedrollerorballtypes.Thespindlehasaholeextendingthroughitslength,throughwhichlongbarstockcanbefed.Thesizeofmaximumsizeofbarstockthatcanbemachinedwhenthematerialmustbefedthroughspindle.Thetailsticdassemblyconsists,essentially,ofthreeparts.Alowercastingfitsontheinnerwaysofthebedandcanslidelongitudinallythereon,withameansforclampingtheentireassemblyinanydesiredlocation,Anuppercastingfitsontheloweroneandcanbemovedtransverselyuponit,onsometypeofkeyedways,topermitaligningtheassemblyisthetailstockquill.Thisisahollowsteelcylinder,usuallyabout51to76mm(2to3inches)indiameter,thatcanbemovedseveralincheslongitudinallyinandoutoftheuppercastingbymeansofahandwheelandscrew.Thesizeofalatheisdesignatedbytwodimensions.Thefirstisknownastheswing.Thisisthemaximumdiameterofworkthatcanberotatedonalathe.Itisapproximatelytwicethedistancebetweenthelineconnectingthelathecentersandthenearestpointontheways,Thesecondsizedimensionisthemaximumdistancebetweencenters.Theswingthusindicatesthemaximumworkpiecediameterthatcanbeturnedinthelathe,whilethedistancebetweencentersindicatesthemaximumlengthofworkpiecethatcanbemountedbetweencenters.Enginelathesarethetypemostfrequentlyusedinmanufacturing.Theyareheavy-dutymachinetoolswithallthecomponentsdescribedpreviouslyandhavepowerdriveforalltoolmovementsexceptonthecompoundrest.Theycommonlyrangeinsizefrom305to610mm(12to24inches)swingandfrom610to1219mm(24to48inches)centerdistances,butswingsupto1270mm(50inches)andcenterdistancesupto3658mm(12feet)arenotuncommon.Mosthavechippansandabuilt-incoolantcirculatingsystem.Smallerenginelathes-withswingsusuallynotover330mm(13inches)–alsoareavailableinbenchtype,designedforthebedtobemountedonabenchonabenchorcabinet.Althoughenginelathesareversatileandveryuseful,becauseofthetimerequiredforchangingandsettingtoolsandformakingmeasurementsontheworkpiece,thyarenotsuitableforquantityproduction.Oftentheactualchip-productiontineislessthan30%ofthetotalcycletime.Inaddition,askilledmachinistisrequiredforalltheoperations,andsuchpersonsarecostlyandofteninshortsupply.However,muchoftheoperator’stimeisconsumedbysimple,repetitiousadjustmentsandinwatchingchipsbeingmade.Consequently,toreduceoreliminatetheamountofskilledlaborthatisrequired,turretlathes,screwmachines,andothertypesofsemiautomaticandautomaticlatheshavebeenhighlydevelopedandarewidelyusedinmanufacturing.2TurningTheenginelathe,oneoftheoldestmetalremovalmachines,hasanumberofusefulandhighlydesirableattributes.Todaytheselathesareusedprimarilyinsmallshopswheresmallerquantitiesratherthanlargeproductionrunsareencountered.Theenginelathehasbeenreplacedintoday’sproductionshopsbyawidevarietyofautomaticlathessuchasautomaticofsingle-pointtoolingformaximummetalremoval,andtheuseofformtoolsforfinishonaparwiththefastestprocessingequipmentonthescenetoday.Tolerancesfortheenginelathedependprimarilyontheskilloftheoperator.Thedesignengineermustbecarefulinusingtolerancesofanexperimentalpartthathasbeenproducedontheenginelathebyaskilledoperator.Inredesigninganexperimentalpartforproduction,economicaltolerancesshouldbeused.TurretLathes

Productionmachiningequipmentmustbeevaluatednow,morethaneverbefore,thiscriterionforestablishingtheproductionqualificationofaspecificmethod,theturretlathemeritsahighrating.Indesigningforlowquantitiessuchas100or200parts,itismosteconomicaltousetheturretlathe.Inachievingtheoptimumtolerancespossibleontheturretslathe,thedesignershouldstriveforaminimumofoperations.tomaticscrewmachinesfallintoseveralcategories;single-spindleautomatics,multiple-spindleautomaticsandautomaticchuckingmachines.Originallydesignedforrapid,automaticproductionofscrewsandsimilarthreadedparts,theautomaticscrewmachinehaslongsinceexceeded

theconfinesofthisnarrowfield,andtodayplaysavitalroleinthemassproductionofavarietyofprecisionparts.Quantitiesplayanimportantpartintheeconomyofthepartsmachinedontheautomaticscrewmachine.Quantitieslessthanontheautomaticscrewmachine.Thecostofthepartsmachinedcanbereducediftheminimumeconomicallotsizeiscalculatedandthepropermachineisselectedforthesequantities.AutomaticTracerLathes

Sincesurfaceroughnessdependsgreatlyonmaterialturned,tooling,andfeedsandspeedsemployed,minimumtolerancesthatcanbeheldonautomatictracerlathesarenotnecessarilythemosteconomicaltolerances.Insomecases,tolerancesof0.05mmareheldincontinuousproductionusingbutonecut.groovewidthcanbeheldto0.125mmonsomeparts.Boresandsingle-pointfinishescanbeheldto0.0125mm.Onhigh-productionrunswheremaximumoutputisdesirable,aminimumtoleranceof0.125mmiseconomicalonbothdiameterandlengthofturn.机械加工介绍1.车床车床主要是为了进行车外圆、车端面和镗孔等项工作而设计的机床。车削很少在其他种类的机床上进行，而且任何一种其他机床都不能像车床那样方便地进行车削加工。由于车床还可以用来钻孔和铰孔，车床的多功能性可以使工件在一次安装中完成几种加工。因此，在生产中使用的各种车床比任何其他种类的机床都多。车床的基本部件有：床身、主轴箱组件、尾座组件、溜板组件、丝杠和光杠。床身是车床的基础件。它能常是由经过充分正火或时效处理的灰铸铁或者球墨铁制成。它是一个坚固的刚性框架，所有其他基本部件都安装在床身上。通常在床身上有内外两组平行的导轨。有些制造厂对全部四条导轨都采用导轨尖朝上的三角形导轨（即山形导轨），而有的制造厂则在一组中或者两组中都采用一个三角形导轨和一个矩形导轨。导轨要经过精密加工以保证其直线度精度。为了抵抗磨损和擦伤，大多数现代机床的导轨是经过表面淬硬的，但是在操作时还应该小心，以避免损伤导轨。导轨上的任何误差，常常意味着整个机床的精度遭到破坏。主轴箱安装在内侧导轨的固定位置上，一般在床身的左端。它提供动力，并可使工件在各种速度下回转。它基本上由一个安装在精密轴承中的空心主轴和一系列变速齿轮(类似于卡车变速箱)所组成。通过变速齿轮，主轴可以在许多种转速下旋转。大多数车床有8~12种转速，一般按等比级数排列。而且在现代机床上只需扳动2~4个手柄，就能得到全部转速。一种正在不断增长的趋势是通过电气的或者机械的装置进行无级变速。由于机床的精度在很大程度上取决于主轴，因此，主轴的结构尺寸较大，通常安装在预紧后的重型圆锥滚子轴承或球轴承中。主轴中有一个贯穿全长的通孔，长棒料可以通过该孔送料。主轴孔的大小是车床的一个重要尺寸，因此当工件必须通过主轴孔供料时，它确定了能够加工的棒料毛坯的最大尺寸。尾座组件主要由三部分组成。底板与床身的内侧导轨配合，并可以在导轨上作纵向移动。底板上有一个可以使整个尾座组件夹紧在任意位置上的装置。尾座体安装在底板上，可以沿某种类型的键槽在底板上横向移动，使尾座能与主轴箱中的主轴对正。尾座的第三个组成部分是尾座套筒。它是一个直径通常大约在51~76mm（2~3英寸）之间的钢制空心圆柱体。通过手轮和螺杆，尾座套筒可以在尾座体中纵向移入和移出几个英寸。车床的规格用两个尺寸表示。第一个称为车床的床面上最大加工直径。这是在车床上能够旋转的工件的最大直径。它大约是两顶尖连线与导轨上最近点之间距离的两倍。第二个规格尺寸是两顶尖之间的最大距离。车床床面上最大加工直径表示在车床上能够车削的最大工件直径，而两顶尖之间的最大距离则表示在两个顶尖之间能够安装的工件的最大长度。普通车床是生产中最经常使用的车床种类。它们是具有前面所叙的所有那些部件的重载机床，并且除了小刀架之外，全部刀具的运动都有机动进给。它们的规格通常是：车床床面上最大加工直径为305~610mm（12~24英寸）；但是，床面上最大加工直径达到1270mm（50英寸）和两顶尖之间距离达到3658mm的车床也并不少见。这些车床大部分都有切屑盘和一个安装在内部的冷却液循环系统。小型的普通车床—车床床面最大加工直径一般不超过330mm（13英寸）--被设计成台式车床，其床身安装在工作台或柜子上。虽然普通车床有很多用途，是很有用的机床，但是更换和调整刀具以及测量工件花费很多时间，所以它们不适合在大量生产中应用。通常，它们的实际加工时间少于其总加工时间的30%。此外，需要技术熟练的工人来操作普通车床，这种工人的工资高而且很难雇到。然而，操作工人的大部分时间却花费在简单的重复调整和观察切屑过程上。因此，为了减少或者完全不雇用这类熟练工人，六角车床、螺纹加工车床和其他类型的半自动和自动车床已经很好地研制出来，并已经在生产中得到广泛应用。2.车削加工普通车床作为最早的金属切削机床的一种，目前仍然有许多有用的和为人要的特性和为人们所需的特性。现在，这些机床主要用在规模较小的工厂中，进行小批量的生产，而不是进行大批量的和产。在现代的生产车间中，普通车床已经被种类繁多的自动车床所取代，诸如自动仿形车床，六角车床和自动螺丝车床。现在，设计人员已经熟知先利用单刃刀具去除大量的金属余量，然后利用成型刀具获得表面光洁度和精度这种加工方法的优点。这种加工方法的生产速度与现在工厂中使用的最快的加工设备的速度相等。普通车床的加偏差主要信赖于操作者的技术熟练程度。设计工程师应该认真地确定由熟练工人在普通车床上加工的试验件的公差。在把试验伯重新设计为生产零件时，应该选用经济的公差。六角车床对生产加工设备来说，目前比过去更注重评价其是否具有精确的和快速的重复加工能力。应用这个标准来评价具体的加工方法，六角车床可以获得较高的质量评定。在为小批量的零件（100~200件）设计加工方法时，采用六角车床是最经济的。为了在六角车床上获得尽可能小的公差值，设计人员应该尽量将加工工序的数目减至最少。自动螺丝车床

自动螺丝车床通被分为以下几种类型：单轴自动、多轴自动和自动夹紧车床。自动螺丝车床最初是被用来对螺钉和类似的带有螺纹的零件进行自动化和快速加工的。但是，这种车床的用途早就超过了这个狭窄的范围。现在，它在许多种类的精密零件的大批量生产中起着重要的作用。工件的数量对采用自动螺丝车床所加工的零件的经济性有较大的影响。如果工件的数量少于1000件，在六角车床上进行加工比在自动螺丝车床上加工要经济得多。如果计算出最小经济批量，并且针对工件批量正确地选择机床，就会降低零件的加工成本。自动仿形车床

因为零件的表面粗糙度在很大程度上取决于工件材料、刀具、进给量和切削速度，采用自动仿形车床加工所得到的最小公差一定是最经济的公差。在某些情况下，在连续生产过程中，只进行一次切削加工时的公差可以达到0.05mm。对于某些零件，槽宽的公差可以达到0.125mm。镗孔和休用单刃刀具进行精加工时，公差可达到0.0125mm。在希望获得最大主量的大批量生产中，进行直径和长度的车削时的最小公差值为0.125mm是经济的基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪