【《某自动上下料装置的机械结构设计案例分析》3100字】

致谢III某自动上下料装置的机械结构设计案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u17184某自动上下料装置的机械结构设计案例分析 1255261.1引言 114541.2自动上下料装置结构分析及方案提出 1231811.1.1自动上下料装置加工流程描述 166061.1.2自动上下料装置设计要求 261121.1.3自动上下料装置整体设计方案 3189091.3上下料工业机器人结构分析 5205391.3.1末端执行器设计 6177441.3.2自动上下料装置整体结构 71.1引言机械结构是机械设备的基础组成，特定的加工流程可以有好多种机械结构组成。机械结构的构成影响到整体加工流程，机械结构的选择对相关的控制流程和实际加工过程直接影响到加工效果的好坏。本章节通过对在实际加工流程和零件加工要求相结合，以机械设计基本理论作为依据，在不违背机械设计理论和不出现干涉等问题的情况下，得出整体机械结构。1.2自动上下料装置结构分析及方案提出1.1.1自动上下料装置加工流程描述表壳零件由CNC数控车床进行加工生产，本课题需要将数台CNC车床成一条直线排列。如今的表壳加工上下料过程是人工实现的，加工工人需要从配料盘上将未加工的零件取下手工安装到CNC车床的加工中心上，待CNC车床将零件处理完毕后再将零件取下，对CNC车床加工中心进行清洗处理掉加工废料。该加工工艺流程动作枯燥，并且对劳动力的消耗较大，清洗加工废料的过程对加工工人的身体有较大危害。自动上下料流程图如图2-1。图2-1自动上下料流程图Fig.2-1flowchartofautomaticloadingandunloading1.1.2自动上下料装置设计要求在实际加工中，工业机器人首先需要结合工业摄像机和视觉处理系统识别表壳零件并将其从配料盘中抓取出来，工业机器人按照提前设计好的路线配合自适应系统对整个移动装置进行实时调控，工业机器人首先需要水平方向移动缩短零件与加工中心的横线距离，再进行竖直方向的运动将零件移动到加工刀具的水平方向上，再通过末端执行器的短距离移动将表壳零件安装在车床的相应夹具上。待车床将零件加工完成后将零件取下放回配料盘。整个加工过程中需要工业机器人的定位精度较高，可以将尺寸较小的表壳零件精准的放置在CNC车床的加工夹具上。同时在与视觉系统配合时需要有较快的反应速度，工业机器人要准确的识别加工零件，并快速抓取零件。并且由于CNC车床的加工空间较小，所以工业机器人的末端执行器的加工空间要较小防止出现干涉现象。除此还需要较高的稳定性和较快的问题反馈机制。表壳加工零件和加工中心夹具实物图和相应尺寸如图2-2和图2-3。自动上下料装置需要满足的其他条件：（1）对内径32mm和外径为40mm的表壳零件进行识别、抓取、放置和存放等加工流程；（2）与视觉处理系统相互配合，可以使工业机器人快速识别表壳零件并在安装零件的过程中保持速度的平稳性；（3）确保加工夹具与代加工零件的位置精确匹配；（4）提高零件的加工效率，将从零件到成品的加工时间缩短；（5）机器人的加工空间较小，不与CNC车床的加工箱体发生碰撞；（6）控制系统保持平稳，速度和加速度不出现突变现象；（7）自动上下料装置的可靠性和安全性较高。图2-2表壳加工零件图2-3加工中心夹具Fig.2-2watchcaseprocessingpartsFig.2-3fixtureofmachiningcenter1.1.3自动上下料装置整体设计方案整体设计方案要求对移动速度、移动空间、末端执行器的移动轨迹和控制系统的稳定性进行整体性设计。整个加工过程中需要有工业机器人实现零件的抓取和输送，配合相应的传感器模块对上下料加工过程进行实时监控，通过速度传感器和位置传感器的反馈配合自适应控制器对移动装置的速度和位置进行实时调控，进而保证加工精度。工业机器人需要实现横向移动和纵向移动并且末端执行器要实现路径的识别和保证抓取力度的稳定性。需要保证至少三个加工机器在同一条直线上进行加工，可以尽最大的可能提高加工效率。为满足加工空间的要求需要对CNC车床的加工空间和加工环境进行测量，并根据已知数据对加工环境和CNC车床的摆放情况进行总体规划，为下文的工业机器人的移动空间规划打下基础。并根据CNC车床的加工空间与工业机器人的加工空间进行对比，验证是否工业机器人和CNC车床的箱体是否出现碰撞等情况。CNC车床的加工现场环境和加工空间如图2-4和图2-5所示。图2-4CNC车床加工现场环境图图2-5CNC车床加工空间图Fig.2-4environmentofCNClatheprocessingsiteFig.2-5machiningspaceofCNClathe并根据相应的加工环境和最高加工效率为约束条件对CNC车床的摆放方式进行选型。零件抓取方案设计加工的初始状态是将代加工的零件从配料盘中识别并抓取出来，本文利用工业摄像机与工业机器人的控制模块相连接，以工业摄像机对零件位置进行识别实现零件的识别过程，配合控制模块对零件进行抓取。表壳零件的上料过程设计抓取后的上料过程是结合工业机器人完成的，结合上文中的加工要求将工业机器人分为三个平动关节和三个转动关节，所以该工业机器人可以实现水平移动和竖直移动，并且可以实现一些翻转和短距离伸缩等空间运动。利用matlab模拟的工业机器人仿真图如图2-6所示。图2-6工业机器人仿真图Fig.2-6simulationdiagramofindustrialrobot该工业机器人的前两个加工关节实现竖直和水平方向上的平移运动而后面四、五关节可以实现翻转等运动，最后一个关节是一个短距离的移动关节，是实现零件安装在夹具上的平动过程。下料过程设计下料过程需要配合末端加持装置实现，选用气缸驱动的两侧加持的末端执行器装置，夹爪与表壳零件的外表壳契合，可以加大加持力并且使加持过程更加稳定，并且气动驱动具有快速稳定的反应速度。取下加工完成的零件放进零件盘内。重复上面的加工流程完成对新零件的加工。整个加工过程由工业机器人和传感器相互配合大大提高了加工过程的机械化水平，并且“无人化”的加工过程减少了劳动力的投入，提高了加工过程的安全水平，自动化的加工过程使得产品质量和完成生产的效率都有了较高的提升，完全符合未来的发展趋势。1.3上下料工业机器人结构分析本课题选用六自由度的工业机器人作为研究目标，并根据具体加工要求对各关节进行设计，得出的研究结果对下文中的运动学分析做出铺垫。工业机器人的相应结构如图2-7所示。图2-7工业机器人结构图Fig.2-7structurediagramofindustrialrobot1.3.1末端执行器设计末端执行器直接与零件相接触，是直接执行加工的重要机构。末端夹持器有很多种根据工作类型可以分为：抓取型、焊弧型、搬运型和点焊型等。并且要根据所加工零件对执行器的形状和功能进行选型，本文中的末端执行器主要起到抓取和安装的过程，所以选择抓取型手爪。夹持类型包括吸附和夹持两种，由于吸附类末端执行器需要具有较为平滑的零件表面，但表壳零件的表面较小并且为复杂曲面所以选用夹持型。夹持型根据夹持手爪的个数分为双指型和多指型等，并且要考虑抓取的表壳的外径或者内径。表壳抓取末端执行器如图2-8所示。图2-8末端执行器实物图Fig.2-8physicaldiagramofendeffector（1）夹持力要求并且末端夹持手爪需要满足一定的加工要求，夹持装置需要具有一定的夹持力，否则在抓取的过程中可能会出现零件掉落的情况。（2）夹持装置识别和反应要求夹持装置需要与工业摄像机配合对零件进行识别和快速反应，夹持装置需要具有快速的识别零件能力，并且能够及时做出反应将表壳零件从配料盘中抓取下来，当出现错误时可以快速停止抓取过程，配料盘如图2-9所示。图2-9配料盘实物图Fig.2-9physicaldrawingofbatchingtray（3）夹持不同内外径零件实际加工中我们需要加工的表壳零件内外径大小不同，所以CNC车床需要将表壳零件在不同的时间段加工不同尺寸的零件。所以末端夹持器的手爪需要在一定尺寸范围内进行伸缩。1.3.2自动上下料装置整体结构本文研究的自动上下料装置由四部分组成，分别为上下料机械臂、工业摄像机、配料盘和末端执行器，如图2-10所示。图2-10机械手布置方案图Fig.2-10Manipulatorlayoutplan该上下料装置如图2-10所示，由机械臂、末端机械手、工业摄像头和两个配料盘组成。基本工作流