100吨冲床自动上下料机械手三维设计说明书
冲床上下料机械手的结构设计
冲床上下料机械手的结构设计本文将探讨冲床上下料机械手的结构设计，首先确定文章类型为论述文，通过对关键词的梳理，阐述机械手结构设计的基本原则，最后举例说明机械手结构设计的方法和技巧。
确定文章类型本文旨在探讨冲床上下料机械手的结构设计，属于工程技术领域。
因此，本文的文体类型为论述文，旨在说明和推导冲床上下料机械手结构设计的原理和方法。
梳理关键词本文的关键词包括冲床、上下料机械手、结构设计、原则、方法等。
通过对这些关键词的分析，我们将整理出冲床上下料机械手结构设计的相关信息，为后续的论述打下基础。
机械手结构设计原则冲床上下料机械手的结构设计应遵循以下原则：承载能力：机械手必须具备足够的承载能力，以适应冲床生产过程中可能出现的各种重量和尺寸要求。
运动精度：机械手的运动精度直接影响生产效率和质量。
因此，结构设计应确保机械手在运动过程中具有高精度和高稳定性。
耐用性：机械手在长期使用过程中必须具备良好的耐用性，以降低维修和更换成本。
为此，结构设计应充分考虑材料的选用、耐磨性的提高以及结构强度的优化。
易操作性：机械手应具备简单的操作界面和便捷的维护方式，以方便工人使用和维护。
经济性：在满足上述要求的同时，结构设计还应考虑制造成本，以降低整个设备的价格。
机械手结构设计举例以下是一个冲床上下料机械手的结构设计示例：手臂设计：采用伸缩式手臂结构，可根据冲床模具的高度调节手臂长度。
手臂材料选用耐磨性较强的合金钢，以提高使用寿命。
抓取装置：设计夹持式抓取装置，通过气动或电动方式实现抓取。
抓取装置应具备自锁功能，以确保在冲床运行过程中不会发生松动或脱落现象。
运动系统：采用滚动丝杠传动，实现手臂的直线运动。
滚动丝杠具有高精度和高稳定性，可确保机械手的运动精度。
控制系统：采用PLC控制系统，实现机械手的自动化控制。
工人可通过触摸屏或遥控器对机械手进行操作和维护。
安全防护：在机械手周围设置安全防护栏，以保障操作人员的安全。
同时，设置急停按钮，以便在紧急情况下迅速停机。
冲床自动机械手方案6
设备布局与工作流程如以下二图： 设备布局与工作流程如以下二图：
二、自动冲压机械手方案
二 号 压 一 由此可以看出，二台设备的衔接是由二个独立、自由旋 机 号 转90°的机械臂和四个两组气动夹持机械手、180°旋转气缸、 压 机 二个升降气缸、给料旋转电机及机械臂回转电机构成。
二、自动冲压机械手方案
五、所使用重要部件
夹持气缸 旋转180度气缸
二、自动冲压机械手方案
（三）定位监测 1、计算机可根据加工的对象进行角 度和位置设定，再通过位置编码器进行判 断和修正，以达到精确的定位。 2、与设备的位置、行程传感器采用 高可靠非接触式的霍尔传感器，以确保运 二 行过程中的精准与可靠。 号
压 机 一 号 压 机
三、机械手改造布局图
设备布局方案如下图所示： 设备布局方案如下图所示：
（一）各部件的基本功能
1、给料转动盘 、 给料转动盘可以同时上12个工件，每个工件位设有定 位杆，工件间隔30°，转盘通过伺服电机由电脑指令来执 行控制。 2、机械手臂A 、机械手臂 机械手臂A分为A1臂和A2臂，A1臂的功能是将旋转料 二 盘的工件取出后放入设备A的磨具内，让位45°后设备冲 号 压 压六个小孔，再由A2臂将第一工序冲压的工件取出，交给 一 机 号 B1臂。
图一 图二
小孔冲压示意图
大孔冲压示意图
一、零件的特征及工艺
（三）改进工艺
要求：对如图所示工件进行自动化批量加工
（四）目的
采用自动化的设备或者机械手臂进行自动冲压，减 少工人工作强度， 提高生产效率，降低人工成本和 杜绝安全隐患的发生。
二、自动冲压机械手方案
根据零件的特征、加工工艺及现有设备的可改造性，任然采用 两台冲压设备，一台冲压小孔，另一台翻面冲压大孔。为确保工件 二次冲压定位的准确性，两台设备的机械臂就必须同步，定位交接。 因此，设备的安放必须平行。
冲床上下料气动机械手的设计
冲床上下料气动机械手的设计摘要机械手在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配、轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用。
本文的机械手用于冲床上下料，介绍它的组成和分类、自由度和座标型式、气动技术的特点、PLC控制的特点及国内外的发展状况，对机械手进行总体方案设计，确定机械手的座标型式和自由度，确定机械手的技术参数，设计机械手的手臂结构，设计出机械手的气动系统，绘制机械手气压系统工作原理图。
利用可编程序控制器对机械手进行控制，选取合适的PLC型号，根据机械手的工作流程制定可编程序控制器的控制方案，画出机械手的工作时的顺序功能图和梯形图，并编制可编程序控制器的控制程序。
关键词：机械手设计；冲床上下料；气动；PLCPunch discharging pneumatic manipulator designAbstractMechanical hand in machining, stamping, casting, forging, welding, heat treatment, plating, painting, assembly and light industry, transportation industry has been more and more widely applied.In this paper, the mechanical hand for punching baiting, introduces its composition and classification, degree of freedom and coordinate type, the characteristics of pneumatic technology, PLC control characteristics and the domestic and foreign development condition of the manipulator, the overall scheme design, the manipulator to determine the coordinate type and degree of freedom, identifying the mechanical the technical parameters, the design of the manipulator arm structure, design of manipulator pneumatic system, rendering the manipulator pneumatic system working principle diagram. Using programmable controller to control the mechanical hand, the appropriate selection of PLC models, according to the manipulator workflow developed programmable controller control scheme, draw the mechanical hand work order function diagram and ladder diagram, and the preparation of PLC control program.Key words:Design of manipulator; Punch blanking; Pneumatic; PLC目录1 前言 (1)1.1选题背景 (1)1.2设计目的..................................... 错误！未定义书签。
上下料机械手设计说明书
编号：（ ）字 号本科生毕业设计（论文）题目：姓名： 学号：班级：二〇一四六月上下料机械手 徐洪枫 03101231 机械工程及自动化20100班中国矿业大学本科生毕业设计姓名：徐洪枫学号：031047 学院：机电工程学院专业：机械工程及自动化设计题目：上下料机械手专题：指导教师：钱继国职称：副教授二O一四六月徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院机电学院专业年级机自10-10学生姓名徐洪枫任务下达日期：2014年2月21日毕业设计日期：2014年3月1日至2014年6月15日毕业设计题目：上下料机械手毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：一、主要设计参数：（自选参数）1．抓重：25kg2．工件直径d mm100。
3．驱动方式：液压驱动。
4．工作自由度：腕回转、腕转动、臂上仰、臂回转二、设计要求1：拟定机械手的总体设计，确定其运动形式，2：作业空间及有关规格参数，进行各零件的设计与计算3：设计与绘制机械手的总体图、装配图及零件图4：机械手运动分析院长签字：指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：指导教师签字：年月日评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；④工作量的大小；⑤取得的主要成果及创新点；⑥写作的规范程度；⑦总体评价及建议成绩；⑧存在问题；⑨是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；④工作量的大小；⑤取得的主要成果及创新点；⑥写作的规范程度；⑦总体评价及建议成绩；⑧存在问题；⑨是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩摘要本篇主要是液压型-自动上下料机械手的结构设计，主要完成的动作有腕回转、腕转动、臂上仰、臂回转。
机床上下料机械手设计 说明书(65页)
第1章绪论1.1 选题背景机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。
近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。
机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。
机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。
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共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。
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。
而目前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，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。
因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。
1.2 设计目的本设计通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科四年的所学知识进行整合，完成一个特定功能、特殊要求的数控机床上下料机械手的设计，能够比较好地体现机械设计制造及其自动化专业毕业生的理论研究水平，实践动手能力以及专业精神和态度，具有较强的针对性和明确的实施目标，能够实现理论和实践的有机结合。
目前，在国内很多工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，劳动强度大、生产效率低。
为了提高生产加工的工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统,适应现代自动化大生产,针对具体生产工艺,利用机器人技术，设计用一台装卸机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。
数控机床上下料机械手设计
数控机床上下料机械手设计2.3机械手手腕结构的设计机械手手腕是机械手操作机的最末端，与手爪相连接，它与机械手手臂配合，使手爪在空间运动，完成所需要的作业动作。
2.3.1手腕结构的设计要求１、由于手腕安装在机械手末端，因此要求手腕设计应尽量小巧轻盈，结构紧凑。
２、根据作业需要，设计机械手手腕的自由度。
一般情况下，自由度数目愈多，腕部的灵活性愈高，对对作业的适应能力也愈强。
但自由度的增加，必然使腕部结构更复杂，控制更困难，成本也会相应增加。
因此，手腕的自由度数，应根据实际作业要求来确定。
３、为实现腕部的通用性，要求有标准的连接法兰，以便于和不同的机械手手爪进行连接。
４、为保证工作时力的传递和运动的连贯，腕部结构要有足够的强度和刚度。
５、要设有可靠的传动间隙调整机构，以减小空回间隙，提高传动精度。
６、手腕各关节轴转动要有限位开关，并设置硬限位，以防止超限造成机械损坏。
2.3.2具体设计方案通过对数控机床上下料作业的具体分析，考虑数控机床加工的具体形式及对机械手上下料作业时的具体要求，在满足系统工艺要求的前提下提高安全和可靠性，为使机械手的结构尽量简单，降低控制的难度，本设计手腕不增加自由度，实践证明这是完全能满足作业要求的，3个自由度来实现机床的上下料完全足够。
具体的手腕（手臂手爪联结梁）结构见图2-4。
2.4机械手手臂结构的设计2.4.1手臂结构的设计要求机械手的手臂在工作时，要承受一定的载荷，且其运动本身具有一定的速度，因此，机械手手臂的设计需要遵循以下设计要求：１、工作空间的形状和大小与机械手手臂的长度，手臂关节的转动范围有密切的关系，因此手臂尺寸设计应合理，一般满足其工作空间即可。
２、为了提高机械手的运动速度与控制精度，应在保证机械手手臂有足够强度和刚度的条件下，尽可能在结构上、材料上设法减轻手臂的重量。
３、应尽可能使机械手手臂各关节轴相互平行；相互垂直的轴应尽可能相交于一点，这样可以使机械手运动学正逆运算简化，有利于机械手的控制。
冲压上下料机械手
冲压上下料机械手介绍冲压上下料机械手是由深圳市鑫台铭机械设备有限公司最新研发的一整套自动化液压切边设备，是压铸周边自动化机械设备生产制造的生产企业。
冲压上下料机械手又称冲压机械手，冲床机械手。
冲压机械手特点：1、主要驱动由高性能伺服电机来实现；2、可实现快速定位、升降、移动等动作；3、采用特殊设计的横向平移结构和辅助升降结构；4、整机采用微电脑进行控制与冲床的联锁操控，通过触摸屏进行操作及参数设定。
简介：冲压上下料机械手是在自动化设备的基础上，根据冲压生产特点，专门为实现冲压自动化无人生产而研发的设备。
能取代人工在各个冲压工位上进行物料冲压、搬运、上下料等工作，整条生产线效率达到5秒。
本自动化设备对于冲压等重复性、危险性、节拍高的加工行业，在节约人力劳动成本，提高人工及设备安全性，保持产品产能、质量、工艺稳定性等方面是现代化工业化“开拓创新”的重要精神体现。
柔性冲压自动线大多由一台双动拉伸压力机或多连杆单动拉伸压力机和4～5台单动压力机组成流水线，生产大型车身覆盖件，安全性高，冲压质量好。
生产线上布置自动化上下料系统。
结构数据：由拆垛机、清洗涂油机、对中上料机、上下料机械手臂（机器人）、穿梭（翻转）传送自动输送机组成，从毛坯的上料到冲压件下线全部自动完成。
生产节拍最高为6～9次/min。
整条冲压线长60～80m左右，约需6～7名操作工人。
有些采用的是国际先进的高速紧凑型冲压线，能快速提高冲压机的生产效率。
板料对中采用当今先进的光学摄像系统进行定位。
拉伸压力机选用数控液压拉伸垫，先进的每个自动化单元配一个机械手臂，省去了穿梭传送装置，缩短输送距离，减少压力机的间距，生产节拍可达10件/min。
功能特点：1、功能：冲床上下料机械手为适应柔性化的生产要求，压力机的所有控制功能应做到集成化，从而实现全套模具的菜单化管理，主要包括滑块行程调整、平衡器气压的调整、气垫行程调整以及自动化控制系统等各个环节的参数设定。
上下料机械手课程设计说明书
专业课程设计任务书一、目的与要求《专业课程设计》是机械设计及自动化专业方向学生的重要实践性教育环节,也是该专业学生毕业设计前的最后一次课程设计。
拟通过《专业课程设计》这一教学环节来着重提高学生的机构分析与综合的能力、机械结构功能设计能力、机械系统设计的能力和综合运用现代设计方法的能力,培养学生的创新与实践能力。
在《专业课程设计》中,应始终注重学生能力的培养与提高。
《专业课程设计》的题目为工业机械手设计,要求学生在教师的指导下，独立完成整个设计过程。
学生通过《专业课程设计》,应该在下述几个方面得到锻炼：1．综合运用已学过的“机械设计学”、“液压传动”、“机械系统设计”、“计算机辅助设计”等课程和其他已学过的有关先修课程的理论和实际知识,解决某一个具体设计问题，是所学知识得到进一步巩固、深化和发展。
2．通过比较完整地设计某一机电产品，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力,掌握机电产品设计的一般方法和步骤。
3．培养机械设计工作者必备的基本技能,及熟练地应用有关参考资料,如设计图表、手册、图册、标准和规范等。
4．进一步培养学生的自学能力、创新能力和综合素质。
二.主要内容（1)根据以上相关设计参数及要求,完成精锻机上料机械手方案设计、结构设计及控制系统设(２）撰写专业课程设计报告一份，不少于1０000字。
三、进度计划1.机械手总装图1张(0号图纸）、部件图若干张(0号图纸);2．全部非标零件图(图纸类型是零件类型及复杂程度而定）；3．液压原理图和电器控制原理图各一张;４.撰写专业课程设计报告一份,不少于1000０字。
五、考核方式专业课程设计的成绩评定采用四级评分制,即优秀、良好、通过和不通过。
成绩的评定主要考虑学生的独立工作能力、设计质量、答辩情况和平时表现等几个方面,特别要注意学生独立进行工程技术工作的能力和创新精神，全面衡量学生的真实质量。
学生姓名：安蕾刘国威刘欣磊彭澎孙赫俊指导教师:杨晓红、花广如、杨化动2011年1２月3０日一机械手动作过程和主要设计参数介绍１．1 任务概述本次专业课程设计的任务是设计精锻机上料机械手。
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摘要现代制造业技术的进步，进了冲压生产向高速化、自动化和智能化方向的发展。
传统的冲压生产多采用专机操作和人工上下料,而这种生产方式已不能满足日益快速发展的工业要求。
如今,在冲压生产中引进自动化生产单元和建立柔性自动化生产线, 不仅可以实现冲压设备的高效、高速化,还可以提高产品加工的质量和精度,同时也开辟了冲压生产技术的一个重要发展方向。
冲床机械手是在自动化设备的基础上,专门为实现冲压自动化无人生产而研发的智能设备,它能够间接或直接地代替人工在相关冲压工位上进行物料的取放、搬运和冲压上下料等工作,从而极大地提高生产效率和质量。
相比于电机驱动、液压驱动，气压传动与控制的机械手在响应速度以及自动化控制上具有很大的优势。
气动技术使用气体为动力传输介质。
首先，气源来源广泛，可直接从空气中汲取，廉价便捷。
其次，气动传动迅速，稳定可靠，结构简单，质量也较其他机构更轻。
在末端执行效果来看，使用气动可使执行机构具有很好的柔性，这样在使用过程中更加的安全，对所工作对象的损伤也较小。
另外，由于气体无害，清洁，其在维修、检查等方面都较为方便。
机械技术与电子技术相结合已经成为当前装备制造业的主流和发展趋向，机电一体化是现代化机械和技术的重要特征之一，为适应机电一体化的应用，气压传动与控制技术更应顺应时代的发展。
气动机械手的探索创新将是一个很好的拓展方向。
根据 100 吨冲床自动上下料机械手设计要求,对总体方案设计和驱动方式进行对比选优。
着重针对机械手末端执行机构，对轴类工件以及薄板工件的抓取方式进行对比选择。
对于机械手对工件的搬运、翻面等工序有针对性的采用伸缩气缸以及摆动马达，并对其进行设计计算、校核对于满足设计要求的元件优先采用标准件。
在机械手结构设计计算的基础上，用 SolidWorks 软件完成了机械手手腕回转结构、机械手臂伸缩升降结构以及导向机构的三维建模。
关键词：机械手，气压传动，Solidworks 三维建模，冲压。
ABSTRACTThe progress of modern manufacturing technology has promoted the development of stamping production in the direction of high speed, automation and intelligence. The traditional stamping production uses the special machine operation and the manual loading and unloading, but this kind of production method cannot meet the increasingly rapid development of the industrial requirements. Nowadays, the introduction of automated production units and the establishment of flexible automated production lines in stamping production can not only achieve high efficiency and high speed of stamping equipment, but also improve the quality and precision of product processing. And at the same time, it also opens up an important development direction of stamping production technology. The punch manipulator is a smart device developed specifically for automation of unpressurized stamping on the basis of automation equipment. It can directly or indirectly replace the manual picking and placing, handling and punching of materials on the relevant stamping stations, so the production efficiency and product quality have been greatly increased. Compared to the motor-driven, hydraulically-driven pneumatic transmission and control manipulators, it has great advantages in response speed and automation control. Pneumatic technology uses gas-powered transmission media. First of all, the source of gas is wide and it can be directly extracted from the air, which is cheap and convenient. Second, pneumatic transmission is rapid, stable, reliable, simple in structure, and lighter in quality than other mechanisms. In the end of the implementation of the effect of view, the use of pneumatic actuators can have a very good flexibility, so that in the use of more secure, less damage to the work of the object. In addition, because the gas is harmless and clean, it is convenient for maintenance, inspection.The combination of mechanical technology and electronic technology has become the current mainstream and development trend of the equipment industry. Mechanical and electrical integration is one of the important features of modern machinery and technology. In order to adapt to the application of mechatronics, the pneumatic transmission and control technology should adapt to the times. The exploration and innovation of pneumatic robots will be a good development direction.According to the design requirements, the robot's overall program design and drive methods are compared and selected. Emphasis will be placed on the selection of thegripping method for the shaft-type workpiece and the thin-plate workpiece by the end effector of the robot. For telescopic cylinders and oscillating motors, the manipulator's handling of workpieces, turning and other processes are targeted, and their design calculations and verifications are performed. Components that meet the design requirements are given preference for standard parts. On the basis of calculation and design of manipulator structure, the three-dimensional modeling of manipulator, wrist rotation structure, telescopic lifting structure of manipulator arm and guide mechanism using SolidWorks software was completed.Key words：Robot,Pneumatic transmission Solidworks, 3D modeling,Stamping100 吨冲床自动上下料机械手三维设计目录1.绪论 (1)1.1前言 (1)1.2国内工业机械手现状 (1)1.3国外工业机器人现状 (2)1.4项目意义 (2)2.机械手结构设计 (4)2.1机械手基本形式的选择 (4)2.2驱动机构的选择 (4)2.3整体结构的设计 (4)3.手部设计 (6)3.1手部结构分类 (6)3.2夹持式手部设计的基本要求 (6)3.3手部驱动力计算 (6)3.4气缸直径计算 (9)3.5校核活塞杆强度 (11)3.6活塞杆技术要求 (11)3.7夹紧气缸缸筒壁的设计计算 (11)3.8气缸技术要求 (12)3.9活塞技术要求 (12)3.10气缸缓冲计算 (13)4.吸盘机械手 (15)4.1吸盘机械手概况 (15)4.2喷气式气流负压式吸盘原理 (16)4.3计算吸盘的直径 (17)5.手腕设计 (18)5.1机械手手腕结构设计 (18)5.2叶片式摆动马达结构原理 (18)5.3手腕摆动气缸的驱动力矩计算 (19)5.4手腕转动所需的实际驱动力 (19)100 吨冲床自动上下料机械手三维设计6.手臂设计 (22)6.1机械手臂结构设计 (22)6.2机械手臂伸缩设计 (22)6.3机械臂的导向设计 (23)6.4机械手臂驱动力计算 (23)6.5伸缩气缸校核计算 (25)6.6缸筒壁厚计算 (26)6.7活塞杆直径的计算 (26)6.8机械手臂的升降以及回转结构 (27)6.9伸缩气缸驱动力计算 (28)6.10升降气缸的直径计算 (28)6.11缸筒壁厚计算 (30)7.辅助结构设计 (31)7.1机械手转动的缓冲结构示意图 (31)7.2气压控制原理 (31)7.3模拟机械手的工作流程 (32)结论 (34)参考文献 (35)附录1. 外文翻译 (36)附录2. 外文原文 (44)致谢 (55)1.绪论1.1前言机械手的组成部件通常是动力驱动，执行机构和控制系统。