多工位冲床专用机械手及送料机构设计Word下载.doc

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与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

___________日期：

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摘要

随着我国工业生产的飞速发展，自动化程度迅速提高，工业机械手在近几十年里飞速发展。

工业机械手是工业机器人的分支，其特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器的优点，尤其体现了人的智能和机器的适应性。

本文首先介绍了工业机械手的概念以及国内外的发展状况，然后描述了机械手的组成和分类，机械手的自由度和坐标形式，并进行了手部结构的设计与校核，最后阐述了机械手的气动技术与继电器控制。

该机械手是用于多工位冲床上加工零件，用机械手向冲床自动上、下料，并实现半成品零件在七个工位之间的转换。

机械手主要由气缸驱动，使手臂进行伸缩、横移和升降运动，并分别用液压缓冲器实现缓冲。

本文在对机械手进行总体方案设计时，确定了机械手的坐标形式和自由度及其技术参数，同时设计了机械手的夹持式手部结构，机械手的手腕和手臂结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩。

该机械手采用PLC系统进行控制，在设计中绘制出了气压系统工作原理图和PLC控制器的控制程序。

此种方式的机械手可以使不同工位进行同时加工，从而提高了劳动效率，而且也提高了生产精度，还降低了人员需求数量，从而减轻了劳动强度，并保证了劳动安全。

关键词：

机械手；

多工位；

气动；

电气控制

Abstract

With 

the 

rapiddevelopment 

of 

China'

s 

industrialproduction, 

degreeofautomationisincreasingrapidly,the 

industrial 

robot,therapiddevelopment 

inrecentdecades.Industrialrobotis 

a 

branch 

robot 

canbeprogrammedtocompleteavarietyofexpectedoperatingtasks,bothmanandmachineonthestructureandperformanceoftheirrespectiveadvantages,especiallyhumanintelligenceandadaptability.

First,thisarticleofallintroducetheindustrialmechanicalhandoftheconceptaswellasdomesticandinternationaldevelopmentstatus,thendescribethemanipulatorconstituteandclassificationofmanipulatordegreesoffreedomandcoordinatestheformofahandstructuredesignandchecking,thelastdescribedtherobot'

spneumatictechnologyandrelaycontrol.

Therobotisusedforpunchingprocessingparts,automaticrobottopunchmaterials,andtoachievesemi-finishedpartsintheconversionbetweensevenworking.Therobotisdrivenbythecylinder,armstretching,shifting,andliftingmovementandhydraulicshockabsorberbuffer.Theoverallprogramdesignoftherobottodeterminetherobot’scoordinateformsanddegreesoffreedomanditstechnicalparameters,atthesametimedesignamanipulatorclamphandstructuremanipulatorwristandarmstructure,computingoutoftheturnofthewrist,therequireddrivingtorqueandrotarycylinderdrivetorque.

TheelectricalcontrolleroftherobotadoptsPLCcontrol,drawinginthedesignofapneumaticsystemschematicandPLCcontrollercontrolprogram.Thiswaytherobotcanmakethedifferentstationsatthesametimeprocessing,therebyimprovingtheefficiencyoflabor,butalsoimprovetheaccuracyofproduction,andalsoreducesthenumberofpersonnelrequirements,therebyreducingthelaborintensity,andtoensurelaborsafety.

KeyWords：

Manipulator；

Multi-station；

Pneumatic；

ElectricalControl

目录

摘要 I

Abstract II

一、绪论 1

（一）工业机械手 1

1．工业机械手概述 1

2．工业机械手的应用与意义 1

（二）机械手的组成和分类 2

1．机械手的组成 2

2．机械手的分类 3

（三）工业机械手的发展 4

1．工业机械手的发展历史 4

2．工业机械手的发展方向 5

二、机械手总体设计方案 7

（一）机械手的坐标形式与自由度 7

1．直角坐标机械手结构 7

2．圆柱坐标机械手结构 7

3．球坐标机械手结构 7

4．关节型机械手结构 8

（二）机械手手部结构总体方案设计 8

1．机械手的手爪结构方案设计 8

2．机械手的手腕结构方案设计 9

3．机械手的手臂结构方案设计 10

4．机械手驱动方案的选择 11

5．机械手气压驱动系统总体设计 13

6．机械手导向装置的选择 14

7．机械手平衡装置的选择 14

8．机械手的缓冲方案设计 15

9．机械手的主要参数 16

三、手部结构设计 18

（一）手指结构的设计 18

1．手指的形状和分类 18

2．设计时需注意的问题 18

（二）手部夹紧气缸的设计 19

1．手部驱动力计算 19

2．气缸直径的计算 20

3．缸筒壁厚的设计 21

四、手臂伸缩，升降，横移的尺寸设计与校核 23

（一）手臂伸缩气缸的尺寸设计与校核 23

1．手臂伸缩气缸的尺寸设计 23

2．手臂伸缩气缸的尺寸校核 23

（二）手臂升降气缸的尺寸设计与校核 24

1．手臂升降气缸的尺寸设计 24

2．手臂升降气缸的尺寸校核 24

（三）横移气缸的尺寸设计与校核 25

1．横移气缸的尺寸设计 25

2．横移气缸的尺寸校核 25

五、机械手的定位与平稳性 27

（一）常用的定位方式 27

（二）影响平稳性和定位精度的因素 27

1．定位方式 27

2．定位速度 27

3．精度 27

4．刚度 27

5．运动件的重量 27

6．驱动源 27

7．控制系统 28

（三）机械手运动的缓冲装置 28

1.选择最大加速度 28

2．计算沿运动方向作用在活塞上的外力 28

3.计算残余速度 28

六、机械手的电气控制系统设计 29

（一）机械手的气压传动系统 29

（二）机械手的电气控制系统 30

1．环形时序步进器 31

2．二极管矩阵 32

结论 35

参考文献 36

致谢 37

-V-

一、绪论

（一）工业机械手

1．工业机械手概述

机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的，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、搬运或操作的一种新型装置。

在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，而工业机器人的高速研制更是促进了机械手的发展，使得机械手能更好的实现机械化与自动化的有机结合。

在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”，它可以提高生产的自动化水平和劳动生产率，也可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产，尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大[1]。

机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力量大的特点。

因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。

2．工业机械手的应用与意义

机械工业中，机械手在铸、焊、铆、冲、压、热处理、机械加工、装配、检验、喷漆、电镀等工种都有应用的实例，尤其是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍，在其他部门如轻工业、建筑业、国防工业等也均有所应用。

目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。

把机床设备和机械手相结合，构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适用于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，使加工系统或制造单元结构紧凑，适应性更强。

当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新换代，适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。

综上所述，在机械工业中应用机械手的意义可以概括如下：

（1）提高生产过程中的自动化程度。

机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等，使生产线的自动化程度提高，从而降低生产成本，提高劳动生产率。

（2）改善劳动条件，避免人身事故。

在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直