浅议数控机床上下料机械手设计的流程
数控机床上下料机械手设计的流程
数控机床上下料机械手设计的流程摘要本文首先对机械手的发展情形和动向进行了分析和总结，接着对数控机床上下料机械手的设计进行了分析，同时对机械手的优势和运用做了简单的介绍。
最后得出结论：将机械手与机床设备合为一个柔性体，在很大程度上能够节省工件输送装置，架构比较紧凑，同时适应能力较强，在技术和经济上对机械手进行考虑都是有必要的。
关键词数控机床；机械手；设计中图分类号tg659 文献标识码a 文章编号1674-6708（2012）68-0071-02在数控机床的各项性能指标和整体布局上，输送技术对其有着直接性的影响。
在缸体加工过程中，发动机缸体的三轴孔加工是一项十分重要的程序和环节，该环节在很大程度上确保了三轴孔在加工过程中的精确度；在缸体的纵向上，应当配置若干个固定的导向设施，用于支撑镗杆；传统意义上的三轴孔镗床，其架构复杂，同时存在防护难度大、输送速度较慢等诸多问题，在很大程度上给数控机床的生产节拍造成了影响。
为了解决上述困难，大连机床企业首次研究并设计了空中布局的数控机床上下料机械手，这不仅强化了数控机床的刚性，同时也解决了数控机床在排屑过程中所面临的一系列难题，实现了转机缸体在输送过程中所表现出的柔性；通过对伺服驱动技术，在很大程度上减少了输送机床在输送过程中的时间，同时实现了工序的分解，致使数控机床的节拍从原来的6min下降到现在的3.2min；在一定意义上达到了用户在节拍方面的一些要求，与此同时，在很大程度上也提高了数控机床的自动化。
1 机械手的发展情形与动态从国内外所有机械手的发展现状来看，在现阶段，对机械手的研究和开发已趋于高潮，机械手的发展现状与动态，可以总结为：第一，模块化与可重构化是现阶段机械架构发展的主要动向；其二，pc机的开放型控制器是机械手体系发展的一个主要方向，其目的就是为了完善机械手，使其逐渐走向网络化和标准化；器件集成度得以强化，架构设计玲珑，同时运用过了模块化架构；在很大程度上强化了机械手体系的安全性和可靠性，同时也满足机械手在维修和防护方面的一些便捷性；第三，传感器在机械手中发挥了十分重要的作用，不仅运用了传统的速度传感器、位置传感器等，同时也引进了先进的视觉传感器、触觉传感器和听觉传感器，促使机械手逐渐向智能化方向发展和推进；第四，装配、焊接等机械产品逐渐向模块化、标准化及系列化方向推进和发展，及系统动态的仿真等。
数控机床机械手上下料设计
数控机床机械手上下料设计近年来，全球制造业的竞争越来越激烈，如何提高生产效率、降低成本便成为制造业关注的焦点。
而数控机床作为其中的重要组成部分，已经成为生产制造的主力工具。
而数控机床机械手上下料设计就是其中的一个重要环节。
下面将从技术、市场等方面对数控机床机械手上下料设计进行详细探讨。
一、技术分析1、数控机床机械手简介数控机床机械手是一种智能化的控制系统，具有先进的传输技术和高效的控制系统，可以实现自动化控制，实现特定生产需要。
数控机床机械手一般由机械臂、夹具和控制系统组成。
2、数控机床机械手上下料设计优势数控机床机械手上下料设计不仅提高了生产效率，减少了人工成本，同时也提升了成品质量，消除了人为因素对质量的影响。
3、数控机床机械手上下料设计应用范围数控机床机械手上下料设计主要应用于制造行业，以及需要高精度加工的领域。
比如，汽车、电子、机械、医疗、航空等领域。
同时，这种设计也适用于大规模连续生产、批量生产的企业。
二、市场分析随着国内制造业对自动化生产的不断追求，智能制造已逐渐成为未来制造业的发展方向。
截至2019年，我国数控机床行业年产值近千亿元，其中数控机床机械手应用广泛，占据了整个市场的重要地位。
据最新数据显示，目前全球机械手市场规模已经超过了50亿美元，未来5年内预计将达到70亿美元，市场需求增长迅猛，可见数控机床机械手上下料设计的未来市场前景良好。
三、设计方案在进行数控机床机械手上下料设计时，应该结合实际生产情况，以实现生产效率、产品质量、生产成本等综合考虑。
下面列出以下设计方案：1、机械手运动设定根据需要加工的工件，制定机械手的运动路线，例如加工不规则工件时，机械手应该根据不同的形状自动控制其运动。
2、工件夹具设计对于各种形状的工件，设计不同的夹具来固定工件，以便机械手顺利上下料，在夹具安装单元中应设计相应的传感器和制动器。
3、自动调整功能由于不同工件的尺寸不同，需要自动调整夹具的升降高度，不同工件铺设位置也会影响机械手的工作效率，因此需要设计自监测功能，通过传感器等接口信息实现自适应调整。
数控机床上下料机械手的机械结构设计
161中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2017.08 （上）1 数控机床上下料机械手发展意义首先，上下料机械手是数控机床科学化、模块化和可重构化项目发展的前提条件，能够对数据进行有效的分析和进行综合处理。
其次，数控机床上下料机械手是一种现代化的操作手段，它主要是PC 机开放型控制器的运维方向，可以有效的提高机床整体的操作效率和水平。
同时，它具有较强的集成性，能够加强系统安全性能的管理和控制，从而达到最优效果。
另外，可以对数据进行整合，实现机床的网络化和标准化控制。
最后，数控机床上下料机械手设备中的传感器在整体设备中发挥着重要的作用，使得相对应的速度参数得到了不断的优化，而在焊接和装配方向能够实现集中处理和综合管理控制，更加提升了设备的仿真效果和动态运行的优化。
2 机械手的主要优势和运用数控机床上下料机械手具有很多优势，在机械运行中起到关键的作用。
机械手在实施过程中，具有较快的速度，工作效率高，具有很强的负载能力。
同时，在进行移位时，也具有很好的精准性，在很大程度上减低了故障发生率，其优势非常明显。
当前，机械手已经得到了广泛的应用，特别在DK050机床上的成功应用，大大提高了数控机床的工作效率，也是数控机床柔性输送方面的巨大创新。
随着制造业的快速发展，机械手将会得到不断的完善和发展，并更加广泛的应用到制造业中，在最短的时间内创造出最大的工作效率，有利于企业获得更多的经济效益。
3 上下机械手手爪架构的流程设计数控机床上下料机械手存在多种类型，在实际操作中，必须根据数控机床实际作业和装置情况进行严格选择，针对不同的操作要求，选择与之相适应的机械手。
最为常见的机械手包括三种，分别为测量式手抓，搬用式手抓和加工式手抓，这几种机械手存在很多差异，也有自己相应的用途。
在机械式手抓设计和使用中必须符合每种样式具体的使用要求，遵循相应的原则进行施工，在符合它运转和作用具体要求下进行合理的设计和开发，如图1。
浅议数控机床上下料机械手的机械结构设计
有一定 的速度 ， 其 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
大 的夹紧力 ， 其通常与弹簧联合使用 。手爪 的具体 结构形式如
１ ４ ０
ｓ ｎ ｅ ｊ ｔ ｙ ｕ ｅ ｎ ｘ ● ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ● 主 ● ■ ■ ■ ■ 坌 ■ ■ ■ ■ 堑 ■ ■ ■ ● 雾 ● 一
满 足其工作 空间要求 。同时， 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 ； 为提高机 械手 手
图２ 所示 。
满 足不 了生产 自动化 的发展趋势 。为了提高工作效率 ， 降低成
本， 并使 生产 线 发 展 成 为 柔 性 制 造 系 统 ， 适应 现代机械行 业 自
动化生产 的要求 ， 本文针对 具体生产 工艺 ， 结合 机床 的实际结
构， 利 用 机械 手 技 术 ， 设 计 了一 台上下 料机 械手 ， 代 替人 工工
的设计 进行 了介绍 。 关 键词 ： 数 控机 床 ； 机 械手 ； 机 械结构 ； 设计
１ 设 计 目 的
我 国大 多数 １ 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 ， 而且具有一 定的危 险性 ， 已 经
的强 度 和 刚度 。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 。手腕 各关节轴转 动要有 限位开关 ， 并 设
数控机床上下料机械手设计
数控机床上下料机械手设计前言随着工业的不断发展和升级，机械制造产业已经成为了各国经济发展不可或缺的重要组成部分。
数控机床则是机械制造产业中的重要设备之一。
而数控机床上下料机械手，作为数控机床的附属设备，它的功能是在机床的输入、输出端之间自动输送加工件，减少了人力，提高了加工效率，为制造行业带来了极大的便利和效益。
本文将介绍数控机床上下料机械手的设计过程。
设计思路首先，在设计机械手之前，我们需要了解机械手的结构和工作原理。
1.机械手结构数控机床上下料机械手的结构一般分为机械手臂、机械手控制系统、夹手器、传感器和运动轴等主要部分。
其中，机械手臂是机械手的核心部件，它的结构一般采用铝合金或者碳纤维材料制作，具有较高的强度和刚度，能够承受较大的载荷；机械手控制系统则是机械手的智能核心，能够根据预设的程序进行自动化控制；夹手器则是机械手的末端执行器，用于夹持加工件；传感器则可以对加工件的位置、形状等进行检测和反馈；而运动轴则是机械手的实际运动部分，能够实现机械手的动作。
2.机械手工作原理数控机床上下料机械手的工作原理是通过控制机械手臂的运动轴和夹手器的打开、关闭，来实现机械手夹取、放置加工件的过程。
在机械手的控制系统中，我们可以预设机械手的运动轨迹和夹手器的运动规律，当接收到工艺指令后，机械手会按照预设的程序自动地执行加工件的夹取和放置操作。
在了解了机械手的结构和工作原理之后，我们可以开始设计机械手的具体实现方案。
设计方案1.机械手臂结构设计机械手臂的结构设计是机械手整体设计中的核心环节之一。
在设计机械手臂时，我们需要考虑以下几个方面：•材料的选择。
由于机械手臂需要具备较强的承载能力和刚度，因此在材料的选择上，我们可以考虑采用铝合金或者碳纤维等高强度材料，来满足机械手的结构要求。
•结构的设计。
机械手臂的结构设计需要采用工程力学理论，考虑机械手的承重和刚度等因素。
在结构设计中，需要确定机械手臂的长度、形状和悬挂方式等关键参数，保证机械手的稳定运行和准确夹取加工件的能力。
数控车床自动上下料机械手结构设计
数控车床自动上下料机械手结构设计摘要：本课题针对于数控车床而设计了结构圆柱坐标型的自动上下料机械手，通过对机械手的传动机构，驱动系统、液压系统以及控制系统进行了理论分析和计算。
同时对机械手整体结构进行了详细的设计，主要包括机械手的机身机座，机械手手臂，机械手手爪等部分。
并分析了数控车床自动上下料机械手的操作流程，主要采用液压缸、步进电机等元件实现机械手的运动部分。
关键词：数控车床；机械手；传动机构:液压系统；驱动系统1、数控车床自动上下料机械手的设计方案1.1机械手结构的设计工业机器人的结构形式主要包括直角坐标型机器人、圆柱坐标型机器人、球坐标型机器人、关节型坐标机器人四种。
其对应的特点如表1。
表1工业机器人结构类型球坐标型机器人两个回抬运动以及一个直线运动结构简单.造价成本较低、精度较差搬运机器人关节型机器人三个回转运动动作灵活、结构疑凌焊接机器人、喷漆机器人、搬运1.2数控车床自动上下料机械手手部设计1.2.1机械手手部的设计要求本课题机械手手爪开闭范围需够大。
在机械手工作时，其中一个手爪张开夹紧角度的最大变化量为开闭范围。
手爪开闭范围的要求与工件的形状以及尺寸等因素都有关联。
通常情况下，机械手手爪的开闭范围越大越好。
1.2.2手爪结构的采用方案结合具体的工作要求，综上所述，本课题采用的是齿轮齿条式。
通过活塞往返带动齿条完成手爪张开或夹紧的动作。
1.3数控车床自动上下料机械手腕部设计机械手手腕主要功能是可以使被夹持工件的方位产生变化，此时机械手手腕需做回转运动，即只存在一个回转自由度。
结合本课题，本设计手腕不加自由度以便于机械手结构简单，操作简单。
1.4数控车床自动上下料机械手手臂设计考虑到操纵器在工作中的稳定性和安全性，将两个平行的导向杆添加到该对象的水平框架中，使其与运动活塞杆截面形成等腰三角形结构，以保证其结构更加稳定牢靠。
垂直手臂添加四个导杆其截面为正四边形，每个导杆都选用空心结构以保证机械手整体重量。
数控机床上下料机械手的机械结构设计
机械结构设计原则
数控机床上下料机械手的机械结构设计需要遵循以下原则：
1、机械强度：机械手在搬运和装载工件时需要承受一定的重量和力矩，因 此其结构件应具有足够的强度和刚度，以避免产生形变和损坏。
2、耐久性：机械手需要长时间、高频率地工作，因此其结构件应具有较好 的耐久性，以延长机械手的使用寿命。
此外，还需考虑机械手的夹持机构和电气控制等因素，以确保机械手的安全 性和稳定性。
2、自动化生产线设计
自动化生产线设计是实现数控车床自动上下料的重要环节。通过将数控车床 与机械手连接起来，能够使整个生产过程更加协调和高效。在设计中，我们需要 根据生产节拍和生产工艺要求，合理规划机械手的运动路径和抓取速度，以确保 生产线的顺畅运行。此外，还需采用先进的数控技术，实现生产线的自动化和智 能化，提高生产效率和产品质量。
1、手臂：手臂是机械手的主要承载部件，通常采用轻质高强的材料制造， 以减小运动阻力。同时，手臂应具有足够的刚度和精度，以确保工件搬运和装载 的稳定性。
2、手腕：手腕是连接手臂和手部的关键部件，它不仅需要传递动力和运动 信息，还需确保手部姿态的精确控制。
3、手部：手部是机械手直接与工件接触的部分，它的结构设计需要根据所 搬运工件的形状和尺寸进行定制化设计。
4、驱动系统：驱动系统是机械手的动力来源，它可采用电动、气动或液压 等多种形式，根据实际需求进行选择。
5、控制系统：控制系统是机械手的“大脑”，它负责接收指令并控制机械 手的运动轨迹和姿态，以确保工件的精确搬运和装载。
机性能和降低成本，可采取以下优化 措施：
未来研究方向和意义：
1、进一步优化设计：通过对自动上下料机械手进一步研究和优化设计，提 高其性能表现、稳定性和使用寿命。
数控机床上下料机械手设计
本科毕业设计（论文）题目数控机床上下料机械手设计姓名专业机械设计制造及自动化一班学号指导教师机械工程学院二○一四年五月目录摘要IABSTRCTIII前言IV1.机械手概况11.1国内外发展状况11.2研究意义31.2.1机械手研究现状31.2.2机械手研究方向31.3本课题意义和目的51.3.1本课题的意义51.3.2本课题的目的62.机械手的组成分类及设计分析62.1机械手的组成62.2机械手的分类72.2.1 按使用范围分类：72.2.2按驱动方式分类：82.2.3按运动坐标型式分类：92.3机械手的设计分析102.3.1机械手工作环境分析102.3.2机械手直角运动结构分析102.3.3驱动机构分析112.3.4控制系统分析123 总体设计133.1原始数据133.2方案初步设计133.2.1 方案拟定133.2.2 驱动方式选择143.2.3 传动方式选择163.2.4 电动机及联轴器选择173.3方案评估分析214 机械手系统设计及计算224.1机械手的结构设计224.2直角坐标运动机构设计234.2.1传动丝杠的设计234.2.2轴承选择及校核324.2.3导轨的设计334.2.4 驱动系统校核374.3支撑架设计404.3.1支撑部件的合理安排414.3.2支撑部件的截面形状425 运动结构仿真435.1数控机床机械手运动机构仿真445.1.1建立一个X方向的导轨支撑架445.1.2建立整个运动系统的仿真485.2上下料机械手整体机构仿真49总结50致谢51参考文献51数控机床上下料机械手设计摘要在现今我国大规模的生产制造产业中，企业为了降低成本，提高产品的生产效率以及产品的质量，大多数企业已经普遍重视产品生产过程的自动化程度，因此，工业机械手也随之诞生，成为自动化生产流水线上的一个重要成员，并逐渐被企业所认同并采用。
工业机械手的整体性能以及在企业中的应用程度在一定的程度上也反映了一个国家在机械行业的发展水平。
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浅议数控机床上下料机械手设计的流程
作者：张伟
来源：《中国新技术新产品》2015年第18期
摘要：随着社会经济、技术的迅猛发展，我国的制造业得到了飞速发展，机械手设计作为上下料开工的关键手段，受到了人们的广泛关注。
提高上下料机械手的设计准确性，还能够更好的保证数控机床运转施工，提高数控机床运转的效率。
因此，数控机床上下料机械手在设计过程中，一定要安排好相关流程，将其与机床融合为一个整体，最大限度的节省工件输送装置，提高架构之间的紧凑性，并使其具有更好的适应能力，全面提升机械手的设计能力，提高它的运作能力。
关键词：数控机床；上下料；机械手；设计；流程
中图分类号：TP241 文献标识码：A
输送技术是数控机床运转的主要技术手段，对机床的各项性能指标具有非常重要的意义。
发动机缸体的三轴孔加工在缸体运行过程中，还是提高运转精确度的关键。
过去的三轴孔镗床具有复杂的架构，在防护时的难度较高，输送速度相对很慢，生产时难免不能促进机床有效运转。
采用数控机床上下料机械手设计方法，能够最大限度的避免这些不足，进一步强化数控机床的刚性能力，增强转机缸体在输送中表现出的柔性特点，并降低运转的时间，提高运行效率，切实提高它的机械化水准。
下面本文就结合我国数控机床施工的实际情况，简单阐述一下如何有效提高机床上下料机械手设计的能力，完善其运转流程，发挥技术优势。
一、数控机床上下机械手的发展与动态情况
经过调查研究发现，我国目前数控机床上下机械手的研究和发展较为突出，它的动态特征也相对明显。
一是，模块化与可重构化成为了动态发展的基础；二是，PC机的开放型控制器变为了上下料机械手体系发展的主要方向，网络化和标准化态势异常突出。
器件的集成度不断强化，设计出的架构也更加灵巧，系统安全性和可靠性更为有效；三是，机械手中的传感器发挥了巨大的优势，位置传感器和速度传感器得到了进一步应用，视觉、触觉传感器的加入使用，更是将上下料机械手推向了更为先进的方向；最后，以焊接和装配为代表的机械产品也走向了模块化方向，其仿真效果和动态特征异常突出。
二、上下机械手手爪架构的流程设计
数控机床上下机械手的样式多样，类型丰富，在操作过程中对作业和装置的要求严格，根据不同的操作需求，机械手的选择也不尽相同。
最常见的机械手是测量式手爪、搬用式手爪以及加工式手爪，它们的差异明显，作用不同。
机械式手爪设计流程必须符合要求，遵循具体原则实施施工，根据其运转和作用的内容进行相关设计和开发。
为了避免它与万能手爪方式存在矛盾，还要将工业应用作为设计的基础，将重点放在机械手设计过程中，实现和健全它的工作职能，考虑设计流程的经济效益。
另外，机械手爪架构还必须具备通用特征，能够使用有限数量的手爪适应不同要求的机械手，在末端执行器开展工作的时候，还应该配置一个标准的机械接口，保证执行过程的标准化特征。
所谓搬用式手爪，即为多种类型的夹持装置，其主要用于对物体的搬用和抓取；加工式手爪，即为附有焊枪、铣刀等工具的机械手附加设备，其主要用于对作业的加工。
在对上下料机械手进行设计的过程中，一定要首先分辨用途，然后在结合实际设计流程，突出其使用效率。
三、上下料机械手设计方案的实际运转
数控机床上下料机械手设计流程完善规范后，还要确保其实际运行的科学性。
由于机械手手臂基本上都为直线式，它的刚度又较大，在运动过程中势必会对稳定性和安全性具有更高的要求。
因此，在实际运转过程中，一定要选用液压驱动的方式，根据液压缸表现出的直接性驱动特征，突出它的执行作用，降低控制难度，并使用计算机实施管理控制。
在此基础上，机械手手臂在具体运转过程中还具有自身的控制要求，结构设计不用过多关注长度，仅仅依赖加大液压缸的直径来提高其刚度，那么势必无法满足系统需要，设计问题也会暴露。
针对这样的现象，在具体设计过程中，要添加导杆机构在设计之中，在小臂上安装导杆两个，并使它们与活塞杆组成一个三角形，通过三角形的稳定性提高小臂的刚度性能。
在大臂上则安置四个导杆，构成一个四边形，并且保证每个导杆都为空心样式，进而最大限度的降低大臂重量，做好机械手设计流程的应用，发挥其技术能力。
四、机械手的主要优势和运用
数控机床上下料机械手的作用和优势明显，它的作用突出，具备较好的特征。
另外，机械手的实施方案具有速度快、工作效率高等优势，它的负载能力强，移位的精准性好，故障出现的频率势必会大大减小，其优势作用相当明显。
例如，机械手在DK050机床上的成功应用就是一个显著的案例，也是数控机床柔性输送方面的一个巨大的创新内容。
在未来的发展过程中，它势必会得到更加完善的运用，机械手的开发和使用也将得到前所未有的发挥，为广大使用者提供更加便捷的服务，减少施工时间，扩大经济效益。
结语
综上所述，在社会主义经济、技术飞速革新的大背景下，我国的数控机床的应用范围愈加宽广，在机械行业应用上下料机械手也必将成为一大趋势。
它的优势的凸显和发挥，能够成功运用机械零件的组装功能，做好工件装卸和搬运工作，在组合中体现机床优势，发挥它的自动化作业。
因此，数控机床在使用中一定要做好机械手的设计，保证其流程的科学化和稳定性，
将机械手与机床结合为一个有机的整体，提高它们的柔性优势，节省工件输送的运行时间，并且最大程度的加强两者的稳定性，提升其适应能力。
通过技术和经济的双重考虑，完善机械手的功效作用，切实完善其流程，确保其作用的发挥彰显。
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