五轴机械手工作原理
五轴加工工作流程及基本原理
五轴加工工作流程及基本原理摘要：简洁扼要说明五轴加工流程，并对关键节点工作原理展开详细说明。
应用齐次变换法，对五轴CAM刀位数据及后处理机床各轴运动进行数据建模求解，该方法简便易于理解。
关键词：五轴加工；CAM；程序后处理；齐次变换引言目前越来越多领域对其产品的设计要求日益提高，除了传统航天航空、汽车轮船等领域经常用到大曲率的曲线表面，以达到较高的空流体力学性能，日常用品因功能外观要求，也开始使用越来越多的自由形状。
传统3轴加工仅可加工一个单凸曲线特征的表面，对复杂曲线变化的表面（深凹或低切）无能为力，此时需要使用5轴加工。
另外对形状尺寸公差要求严格的产品，也可采用5轴一次装夹进行多面加工，避免多次装夹导致精度损失。
成功的5轴加工取决于4个不同程度互相依赖的因素：●机床（床身结构刚性、主轴稳定性、传动系统精度等）●控制硬件（电机、反馈部件、驱动器等）●控制软件（数控系统运动、插补算法等）●工艺编程软件（刀具轨迹的生成和后处理）综述所述，在5轴加工中，机床、控制系统、刀具夹具等纯技术性能并非影响最终结果的唯一因素，结果的质量在很大程度上取决于支持整个工艺的设计工具（特别是CAM软件）的正确使用。
本文就第4点展开详细说明，对5轴加工工作流程及基本原理进行简介。
1.五轴加工工作流程简介如图1所示，五轴加工工作流程大致如下[1]：1）产品3D设计根据产品的功能及外观要求，利用CAD设计软件进行3D设计，CAD设计软件提供多种自由曲面造型，主要有Coons曲面、Bezier曲面、B样条曲面等，另外3D设计软件一般可与有限元分析软件、CAM软件进行结合对接，为产品设计优化、后续加工制造提供好的支持。
常用的CAD设计软件有：UG、Pro/E、SolidWorks等。
2）刀具位置文件生成输入产品的3D造型文件，利用CAM软件对刀具类型及参数、工艺方案、刀轴控制方式、刀具路径规则等进行设置，并计算生成刀具位置文件（该计算处理称为CAM的主处理）。
五轴机械手的力学情况分析
五轴机械手的力学情况分析资源使用效率情况的重要衡量标准，即在生产材料、劳动力和生产设施等方面花费相同的成本，最终体现在能够生产多少产品。
在早期的制造行业中，企业为了提高自己生产效率，采用提高人员的使用量来增加生产效率，也就是由人组成大规模的生产流水线，人员的配用增多，这也就直接导致企业的生产成本大幅度提高。
随着科学技术的不断发展，越来越多的产品制造过程中机械人在其中扮演重要的角色，但在使用过程当中还是存在很多问题。
机械人在工作期间，主要是使用机械手臂，所以对机械人手臂的研究是非常必要的。
长期以来，归根到底困扰此项研究的根本问题是机械人手臂的力学分析问题，该问题体现在机械手的数学建模，以及复杂的计算问题等。
对机械手力学分析的方法有很多种，比如最常见的基于拉格朗日方程分析，凯恩方法，旋转代数法和牛顿欧拉方程等。
拉格朗日是方程式在牛顿力学上的一种拓展形式，在处理问题中的着眼点不同。
它参考的是整个力学系统作为自己的研究对象，通过引入广义坐标来描述质点的位形，着重于对整个系统中的能量的概念，用该方程处理问题的时候就不用考虑方向问题，采用能量变化来解决问题，这相对于用牛顿方程就大大减少了解决问题所列的方程数目，降低了问题的难度。
在建模方法上也可以直接和电脑软件对接，如ANSYS、ADAMS等，同时该方程的列出不涉及约束力，直接与主动力和运动建立关系，所以在处理此类问题时深受大家的欢迎。
1 物理学模型拉式方程分析拉格朗日方程可以根据达朗贝尔原理得出即：从上式我们可以看出，拉格朗日方程分析问题的过程当中，考虑了能量变化，以能量的变化来解决力学问题，这样就大大简化了过程当中矢量方向判断问题，从而简化了解决问题的难度。
将机械手看做为整体，那么个整体所受到的动、势能和就应该等于机械手个部分能量的综合，即：式7和式8分别为机械手系统总动能和总势能，机械手各部分的能量转化情况是不同的，但是对整个系统来说多少是不变的。
2 广义力方程的推导有了总动能和总势能，可以根据式（1）由达朗贝尔原理导出拉格朗日函数，推导出机械手整个系统的拉格朗日方程函数：最终得到是广义力的方程，利用广义力方程我们可以了解机械手在工作时期的力学情况，机械手在工作的过程当中，如果末端执行器的移动速度越快，那么他在各个关节部件所受到的力就越大，这就要求我们在这部分零件的选取予以强度和韧性的考虑。
五轴机械手运动学
五轴机械手运动学五轴机械手是一种多自由度的机械装置，它由五个旋转关节构成，可以实现复杂的运动。
运动学是研究机械手的运动规律和轨迹的数学理论。
本文将介绍五轴机械手的运动学原理和应用。
五轴机械手的五个关节分别控制机械手在空间中的位置和姿态。
它们分别是基座关节、肩关节、肘关节、腕关节和末端执行器。
这五个关节通过电机驱动，可以实现机械手的灵活运动。
机械手的运动学原理基于坐标系和旋转矩阵的理论。
坐标系是用来描述机械手在空间中位置和姿态的数学工具。
机械手的末端执行器坐标可以由基座坐标和各个关节的旋转角度来确定。
旋转矩阵是用来描述坐标系之间的变换关系的矩阵，通过旋转矩阵可以将机械手的运动转换为关节的旋转角度。
五轴机械手的运动学可以通过正运动学和逆运动学两个方面来描述。
正运动学是指根据机械手的关节角度，求解机械手末端执行器的位置和姿态。
逆运动学则是根据机械手末端执行器的位置和姿态，求解机械手各个关节的角度。
正运动学和逆运动学是机械手控制中最基本的问题，解决了这两个问题，就可以实现对机械手的精确控制。
在实际应用中，五轴机械手具有广泛的应用领域。
它可以用于工业生产线上的零部件组装、焊接和搬运等任务。
机械手的高精度和高速度使得它可以完成一些人工难以完成的工作。
此外，五轴机械手还可以应用于医疗手术、食品加工、仓储物流等领域。
然而，五轴机械手的运动控制也面临一些挑战。
由于机械手的关节角度和末端执行器的位置之间存在非线性关系，因此需要进行复杂的运动规划和控制算法。
此外，机械手在运动过程中还需要考虑避障和碰撞检测等问题，以确保工作环境的安全。
五轴机械手的运动学是研究机械手运动规律和轨迹的重要理论。
通过正运动学和逆运动学的求解，可以实现对机械手的精确控制。
五轴机械手在工业生产和其他领域具有广泛的应用前景，但也面临着一些挑战。
未来随着控制算法和传感器技术的不断发展，相信五轴机械手将在更多领域展现其巨大潜力。
五轴机械手工作原理
五轴机械手工作原理首先，五轴机械手的组成结构包括五个关节和末端执行器。
每个关节由电动驱动装置、减速器、编码器和传感器组成。
减速器通过降低电机转速并提供更大的扭矩，以满足机械手的运动需求。
编码器用于监测每个关节的角度，并将这些信息反馈给控制系统。
传感器用于检测机械手末端执行器的位置和运动状态。
其次，机械手的动作是由电控系统控制的。
电控系统接收命令，并将其转化为相应的电信号发送给各个关节的电机驱动装置。
电机驱动装置将电信号转化为机械运动，并通过传送带、链传动或齿轮实现机械手的运动。
同时，电控系统还可以根据传感器的反馈信号，对机械手进行实时调整和修正，以保证其准确的运动轨迹和位置。
另外，机械手的运动轨迹是通过机械手的关节控制实现的。
关节呈现多个旋转方向，从而可以实现多个自由度的运动。
例如，旋转关节可使机械手绕垂直或水平轴线旋转，从而实现不同角度的运动。
直线运动关节可使机械手在水平线上移动，实现平移运动。
这些关节的组合可以使机械手在三维空间中实现各种复杂的运动和操作。
此外，机械手的末端执行器还起着关键作用。
末端执行器通常是与工作环境进行物理接触的部分，用于抓取、加工或装配工件。
末端执行器的形式和功能各不相同，可以是夹爪、吸盘、电磁铁等，根据工作需要来设计和选择。
最后，五轴机械手的工作原理要求具备稳定的结构和精确的控制系统。
稳定的结构可以确保机械手在工作过程中不发生失衡或摇晃，从而保证其准确的运动轨迹。
精确的控制系统可以确保机械手能够按照预定的路径和动作进行工作，并能够根据实时的反馈信号作出相应的调整和修正。
总而言之，五轴机械手通过电控系统控制各个关节的运动，以实现三维空间内的各种复杂运动和操作。
它的工作原理包括电动驱动装置、减速器、编码器、传感器和末端执行器等多个组成部分的协同工作，要求具备稳定的结构和精确的控制系统。
五轴机械手的广泛应用于自动化生产线中，极大地提高了工作效率和生产质量。
汽车五轴变径拧紧机械手结构设计
979，速度系数zV = 0.955,工作硬化系数zW=1,尺寸
系数zX= 1o
” HP 二 ” HlimzNTzLzVzRzWzX 二
(5)
接触强度安全系数：
HP
配技术和自动化设备来提高装配效率和技术水平。从当前轮胎装配现状入手，研究设计了一种汽车五轴变径拧紧机
械手，通过可拆卸的机械手来实现不同轮胎安装过程中的自动化抓取和搬运，采用气缸与摇板结合驱动拧紧轴变径
的方式，解决在PCD不同情况下的轮胎拧紧问题，从而提高企业的经济效益。
关键词:轮胎；自动装配；变径；机械手
旋转定位机构主要采用行星轮系来实现旋转定 位。太阳轮固定,伺服电机通过联轴器将动力传递给 行星轮,行星轮转动带动与内齿圈固定的拧紧机外壳 转动，拧紧机外壳转动使得抓取机构旋转定位到轮毂 的外部凹槽上方后停止,方便进行后续的抓取工作。
考虑行星轮系的传动尺寸，太阳轮齿数za = 17, 内齿圈齿数zb = 91,行星轮齿数zc = 36,选择太阳轮 材料为20CrMnTi,热处理方式为渗碳淬火。选择行 星轮材料为20CrMnTi，内齿圈材料为38GrMoAl。
螺栓拧紧轴的设计成为四部分，伺服系统、减速 装置、扭矩传感器、拧紧装置。伺服系统设计选用松 下的交流伺服电机,型号是MSMD082G1B,电机功率 为0.75 kWo减速器中行星齿轮减速器具有精度高、 抗冲击等优点，所以设计一个总的减速比为75的三 级行星齿轮减速器。
机械手工作原理
机械手工作原理
机械手是一种可以模拟人手动作的机器设备，其工作原理主要包括以下几个方面：
1. 传感器感知：机械手通常配备了各种传感器，如视觉传感器、力传感器、触摸传感器等，用于感知外界环境和操作对象的信息。
传感器可以实时监测各种物理量的变化，并将这些变化转化为电信号。
2. 控制系统：机械手的控制系统通常由计算机和控制算法组成。
传感器感知到的信号会被传输给计算机，然后计算机通过控制算法进行数据处理和决策，生成相应的控制指令。
这些指令会通过驱动系统传递给机械手的各个关节，控制其运动。
3. 驱动系统：机械手的驱动系统主要由电动机、减速器和传动机构组成。
电动机通过电力驱动，通过减速器和传动机构将电机的旋转运动转化为机械手关节的运动。
通常采用的驱动方式有直线驱动和旋转驱动，可以实现机械手的各种运动方式，如抓取、旋转、抬升等。
4. 手指和工具：机械手的手指和工具是机械手进行操作的关键部件。
手指通常由多个关节组成，可以实现各种灵活的运动方式。
机械手可以根据任务需求更换不同的工具，如夹爪、吸盘、切割刀等，以适应不同的操作场景。
综上所述，机械手工作原理主要依靠传感器感知外界环境和操作对象的信息，并通过控制系统生成相应的控制指令，驱动系
统将指令转化为机械手的运动，实现各种操作。
机械手的手指和工具起着重要的作用，可以根据任务需求进行灵活的操作。
五自由度机械手说明书01
1 绪论1.1 工业机器人简介]1[早在20世纪初，随着机床、汽车等制造业的发展就出现了机械手。
1913年美国福特汽车工业公司安装了第一条汽车零件加工自动线，为了解决自动线、自动机的上下料与工件的传送，采用了专用机械手代替人工上下料及传送工件。
可见专用机械手就是作为自动机、自动线的附属装置出现的。
“工业机器人”这种自动化装置出现的比较晚。
但是自从世界上第一台工业机器人问世之后，不同功能的机器人也相继出现并且活跃在不同的领域，从天上到地下，从工业拓广到农业、林、牧、渔，甚至进入寻常百姓家。
机器人的种类之多，应用之广，影响之深，是我们始料未及的。
本课题所指的工业机器人，或称机器人操作臂、机器人臂、机械手等。
从外形来看，它和人的手臂相似，是由一系列刚性连杆通过一系列柔性关节交替连接而成的开式链。
这些连杆就像人的骨架，分别类似于胸，上臂和下臂，工业机器人的关节相当于人的肩关节、肘关节和腕关节。
操作臂的前端装有末端执行器或相应的工具，也常称为手或手爪。
手爪是由两个或多个手指所组成，手指可以“开”与“合”，实现抓去动作和细微操作。
手臂的动作幅度一般较大，通常实现宏观操作。
工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。
主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。
大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；圆柱坐标型工业机器人示意图控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。
由于工业机器人具有一定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生产，70年代起，常与数字控制机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造系统的组成部分。
在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。
五轴雕刻机工作原理
五轴雕刻机工作原理五轴雕刻机是一种高精度的数控设备，具有多轴联动和多功能加工的特点。
它通过在三维坐标系内移动刀具，实现对工件进行立体雕刻和切割。
五轴雕刻机的工作原理主要包括机械结构、数控系统和刀具控制三个方面。
五轴雕刻机的机械结构是实现工件加工的基础。
它由床身、横梁、立柱、工作台和主轴等组成。
床身是整个机械结构的基座，横梁和立柱支撑着工作台和主轴，使其能够在空间内进行各个方向的移动。
主轴是雕刻机的核心部件，通过高速旋转刀具来切削工件。
同时，五轴雕刻机还配备了伺服电机、滑轨、滚珠丝杆等传动装置，可以实现高速、高精度、高稳定性的运动。
五轴雕刻机的数控系统是控制机械结构运动的关键。
数控系统通过计算机软件生成的加工程序，控制伺服电机的转动，实现机械结构的各个轴向移动。
数控系统可以根据加工程序的要求，精确控制刀具在三维空间内的位置和姿态。
它能够根据工件的复杂形状，实现多轴联动、多角度的切削加工。
同时，数控系统还可以实现自动换刀、自动测量等功能，提高生产效率和加工精度。
五轴雕刻机的刀具控制是实现对工件进行切削的重要环节。
刀具控制包括刀具的选择、刀具路径的规划和切削参数的设定。
刀具的选择要根据工件的材料和形状来确定，不同的刀具具有不同的切削特性和加工效果。
刀具路径的规划是根据加工程序和工件的几何形状，确定刀具在工件表面的运动轨迹。
切削参数的设定包括切削速度、进给速度和切削深度等，要根据工件材料和加工要求来确定，以保证加工质量和工具寿命。
五轴雕刻机通过机械结构、数控系统和刀具控制三个方面的协作，实现了对工件的高精度加工。
它可以广泛应用于机械制造、航空航天、汽车零部件、模具加工等领域。
随着科技的不断进步，五轴雕刻机的性能和精度还将不断提高，为各行业的生产加工带来更多的便利和效益。
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机械手安装方式：
1.地脚安装孔
2.末端旋转B轴输出安装法兰
机械手3视图：
五轴工业机器人
• 工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即 机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构 。大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运 动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生 相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出 指令信号，并进行控制。 • 工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置， 它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种 机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代 的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。 • 工业机器人的典型应用包括焊接、刷漆、组装、采集和放置（例如包 装、码垛和 SMT）、产品检测和测试等; 所有的工作的完成都具有高 效性、持久性、速度和准确性。
5摆臂式5轴机械手工作原理
鑫台铭制
产品用途
• • • • • 1.此5轴机械手主要用于冲压行业冲床、冲压件自动上下料。 2.此5轴机械手可用于油压机自动上下料。 3. 此5轴机械手可用于车床自动上下料。 4.此5轴机械手可用于铣床自动上下料。 5.此5轴机械手还可以用于一些代替人的搬运。
• • • • • • • • • • • • • •
XTM4摆臂式4轴机械手机械参数：
J1轴（上下运动Z轴）采用滚珠丝杆+线性导轨+高速高分辨率伺服马达 J2轴（摆臂旋转A轴）采用谐波减速机+高速高分辨率伺服马达 J3轴（前后伸缩X轴）采用同步带+线性导轨+高速高分辨率伺服马达 J4轴（水平翻转B轴）采用行星减速机+高速高分辨率伺服马达 J5轴（末端旋转C轴）采用滚珠丝杆+同步带+高速高分辨率伺服马达 上下运动Z轴行程: 420MM 摆臂旋转A轴旋转角度：300° 前后伸缩X轴行程：600MM 水平翻转B轴旋转角度：300° 末端旋转C轴旋转角度：900° 摆臂活动半径：1200MM 上下运动Z轴最高速度：1.0M/S 摆臂旋转A轴最高速度：225°/S 前后伸缩X轴最高速度：0.8M/S 水平翻转B轴最高旋转速度：900°/S 末端旋转C轴最高旋转速度：900°/S 标准最大负载：6KG ( 可订做最大负载：12KG ） 输出法兰到地面高：950MM(可根据现场要求定) 重复定位精度: ±0.08MM 安装方式：落地式
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环境温度 : 0-55 ℃ 湿度 : 30% 到最大 95%，不结露 本体喷漆：电脑白（可指定其色
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控制系统参数： 基于触摸屏+PLC的冲床机器人控制系统 PTP点到点控制模式 软件版本：A3.0 全中文8寸触摸屏操作系统 内置冲床行业编程软件工艺包 支持拖动示教功能 支持多种产品程序存储 具备与任何冲床连线，互锁功能 相邻两台机器人具备通讯功能 支持从左至右或从右至左上下料切换 内部集成用户控制信号，支持外围抓手的控制 配备数显真空检测装置 所有外部连线采用快速插头连接 最大功率: 3.0KW 电控箱：标配一体式电箱、亦可加价选择分体式电箱。 配支架式可移动示教盒 示教盒电缆长度3 m 防护等级 : IP20 湿度: 最大95%，不结露 环境温度 0 - 45 °C 电源：单相变压器，单相加地线， 220V电压