403 车床上下料机械手的设计

摘 要

对工业机械手各部分机械结构和功能的论述和分析，设计了一种圆柱坐标形式机械 手。重点针对机械手的立柱、手臂、手爪等各部分机械结构以及机械手控制系统进行了 详细的设计。具体进行了机械手的总体设计，立柱结构的设计，机械手手臂结构的设计， 末端执行器（手爪）的结构设计，机械手的机械传动机构的设计，机械手驱动系统的设 计。同时对液压系统和控制系统进行了理论分析和计算。基于PLC对机械手的控制系统 进行了深入细致的设计，通过对机械手作业的工艺过程和控制要求的分析，设计了控制 系统的硬件电路，同时编制了机械手的控制程序，达到了设计的预期目标。

关键词：机械手,可编程控制器PLC,液压伺服定位,电液系统

Abstract

Integratting the knowledge of the past four years of Machine, discuss and analysis the each part and function of manipulator; design a kind of cylinderical coordinate manipulator used to pack and unload work piece for CNC machine tools. In particular, made the detailed design about base, arm, and end effector and the control system etc. including Total design, waist’s construction design, the arm’s construction design, the wrist’s construction design, the end effector’s construction design, and the drive system of manipulator. At the same time, analysis and compute the hydraulic pressure system and control system. Deeply design the manipulator’s control system, which based on PLC. After analysis about the craft process and the requests of the manipulator, the hardware circuit and the control program of the manipulator then is designed. In a word, the design of the manipulator has come to the anticipant object.

Keyways: Manipulator, Programmable Logic Controller, Hydraulic servo control, Electrohydraulic system

目 录

摘 要 (1)

Abstract (2)

1 绪论 (1)

1.1 选题背景 (1)

1.2 设计目的 (1)

1.3 国内外研究现状和趋势 (2)

1.4 设计原则 (4)

2 工业机械手的总体设计方案 (5)

2.1 工业机械手传动方案设计 (5)

2.2 工业机械手运动方案设计 (5)

3 机械手结构设计 (9)

3.1各执行部件（液压缸）的类型选择 (9)

3.2 各执行部件之间的联接和固定方式设计 (9)

3.3 手部的结构设计、计算及选型 (9)

3.4 小手臂的结构设计、计算及选型 (13)

3.5 大手臂的结构设计、计算及选型 (18)

3.6 回转缸的结构设计、计算及选型 (20)

4 液压系统设计 (25)

4.1 液压系统的组成 (25)

4.2 液压系统的特点 (26)

4.3 拟定液压系统 (26)

4.4 液压系统控制元件的选型 (27)

4.5 液压控制原理及过程说明 (29)

4.6 油缸泄露问题与密封装置 (30)

4.7 管路布置 (31)

5 PLC 控制系统设计 (32)

结 论 (34)

致 谢 (35)

参考文献 (36)

1 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。

本机械手主要与数控车床（数控铣床，加工中心等）组合最终形成生产线，实现加 工过程（上料、加工、下料）的自动化、无人化。目前，我国的制造业正在迅速发展， 越来越多的资金流向制造业，越来越多的厂商加入到制造业。本设计能够应用到加工工 厂车间，满足数控机床以及加工中心的加工过程安装、卸载加工工件的要求，从而减轻 工人劳动强度，节约加工辅助时间，提高生产效率和生产力。