毕业论文多工位冲床专用机械手及送料机构设计 推荐.docx

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毕业论文多工位冲床专用机械手及送料机构设计推荐

辽东学院本科毕业论文（设计）

多工位冲床专用机械手及送料机构设计

DesignofspecialManipulatorandFeedingmechanismformultistationpunch

学生姓名：

学院：

机电学院

专业：

机械设计制造及其自动化

EasternLiaoningUniversity

独创性说明

作者郑重声明：

本毕业论文（设计）是我个人在指导教师指导下进行的研究工作及取得研究成果。

尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业论文（设计）中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得辽东学院或其他单位的学位或证书所使用过的材料。

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：

____

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

DesignofspecialManipulatorandFeedingmechanismformultistationpunch

Abstract

With the rapiddevelopment of China's industrialproduction, the degreeofautomationisincreasingrapidly,the industrial robot,therapiddevelopment inrecentdecades.Industrialrobotis a branch of the industrial 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

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，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而机械手可部分或全部代替人工，安全的完成作业，使劳动条件得以改善。

在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。

（3）减轻人力，便于有节奏的生产。

机械手代替人进行工作，可直接减少人力，同时由于机械手可以连续的工作，这也是减少人力的一种体现。

因此，在自动化机床的综合加工线上，更适合机械手的加入，而且机械手可以更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的生产。

目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发将直接影响到我国自动化生产水平，从经济与技术方面考虑都十分必要。

所以，有效的应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。

（二）机械手的组成和分类

1．机械手的组成

机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置组成。

各系统相互之间的关系如图1.1所示。

图1.1机械手的组成方框图

（1）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。

手部，即与物件接触的部件。

由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式，在本次设计中我采用了夹持式手部结构。

夹持式手部由手指（或手爪）和传力机构构成。

手指是与物件直接接触的部件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。

回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。

平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。

手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位（是外廓或是内孔）和物件的重量及尺寸，手指有外夹式和内撑式，常用的指形有平面、V形面和曲面，指数有双指式、多指式和双手双指式等。

传力机构通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务，其型式较多，有滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。

手腕是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位。

手臂是支撑被抓物件、手部、手腕的重要部件。

手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置。

工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件（如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等）与驱动源（如液压、气压或电机等）相配合，以实现手臂的各种运动。

立柱是支撑手臂的部件，它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的联系。

机械手的立柱因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。

当工业机械手需要完成较远距离的操作或扩大使用范围时，可在机座上安装行走机构以实现工业机械手的整机运动。

行走机构大体可分为滚轮式与轨道式两种，而滚轮式亦分有轨和无轨两种