加工中心机械手系统结构设计
基于三菱PLC的机械手控制系统设计毕业设计
基于三菱PLC的机械手控制系统设计毕业设计机械手是一种广泛应用于工业生产的设备。
在传统工艺中，采用继电器控制时需要使用大量的继电器，接线复杂，容易出现故障，维修困难，费时费工，增加了成本，影响了设备的工效。
因此，采用可编程控制器（PLC）对机械手进行控制是一种更加可靠、方便的方法。
本文介绍了使用XXX生产的F1/F2系列PLC对机械手进行控制的设计方案。
该方案根据机械手的运动规律进行软件编程，实现了手动操作和自动操作。
采用梯形控制直观易懂，PLC控制使接线简化，安装方便，减少了维修量，提高了工效。
第一章 PLC的技术简述1.1 PLC的定义PLC是一种可编程控制器，是一种数字计算机，可用于控制各种工业过程，包括机械手的控制。
PLC通过数字输入和输出模块与外部设备进行通信，通过编程实现对设备的控制。
1.2 PLC的特点PLC具有可编程性、可靠性、灵活性、扩展性等特点。
它可以根据不同的应用需求进行编程，可以适应不同的工业环境，具有较高的可靠性和稳定性，可以方便地进行扩展和升级。
1.3 PLC的一般结构PLC一般由中央处理器、存储器、输入模块、输出模块、通信模块等组成。
其中，中央处理器是PLC的核心部件，负责执行程序和控制设备。
存储器用于存储程序和数据。
输入模块用于接收外部设备的信号，输出模块用于控制外部设备的动作，通信模块用于与其他设备进行通信。
1.4 PLC的基本工作原理PLC的基本工作原理是通过输入模块接收外部设备的信号，经过中央处理器进行处理，然后通过输出模块控制外部设备的动作。
PLC的程序是由用户编写的，可以根据实际需求进行修改和升级。
PLC的输入和输出可以根据需要进行扩展，以适应不同的应用场合。
第二章机械手控制系统的控制要求2.1 工作对象的介绍机械手是一种用于自动化生产的设备，可以完成各种物料的搬运、装卸、组装等操作。
机械手的控制需要考虑到其运动规律和工作对象的特点。
2.2 工作原理机械手的工作原理是通过电机驱动各个关节进行运动，实现对工作对象的搬运、装卸、组装等操作。
机械手课程设计
《机电系统》课程设计说明书课程设计任务书姓名班级学号设计题目简易型机械手的设计设计任务：（1）方案论证；在其基础上进行机械手的总体设计，并绘制总体布局图。
（2）驱动系统设计：根据机械手的特点，选用舍党的驱动方式，根据总体设计要求进行电机选型。
进行电机选型相关计算。
进行驱动系统零部件的选型和设计。
绘制驱动系统布局图。
（3）控制系统设计：确定机械手的控制方式并进行控制系统的控制与编程。
绘制控制系统布局图。
（4）传感与测试系统设计：进行控制与驱动系统的传感与测试系统的设计。
（5）机械本体设计：进行机械本体零部件设计，绘制总体和零件图。
设计工作量:（1）设计说明书一份（2）CAD图纸5张（3）文档整理排版指导教师设计时间2011年1月3日～2011年1月21日目录第1章绪论 (1)1.1机械手概述 (1)1.2机械手的设计目的 (3)1.3机械手的设计内容 (4)1.4机械手的分类及其在生产中的应用 (5)1.5机械手的应用意义 (8)1.6机械手的技术发展方向 (9)第2章设计方案的论证 (10)2.1机械手的总体设计 (10)2.2机械手腰座结构的设计 (12)2.3机械手手臂结构的设计 (14)2.4工业机器人腕部的结构 (16)2.5机械手末端执行器（手爪）的结构设计 (18)2.6机械手的机械传动机构的设计 (21)2.7机械手驱动系统的设计 (26)2.8机器人手臂的平衡机构设计 (33)第3章理论分析和设计计算 (34)3.1液压传动系统设计计算 (34)3.2电机选型有关参数计算 (43)第4章控制系统的设计 (47)4.1可编程控制器PLC (47)4.2 PLC的选型 (51)4.3机械手的工艺流程 (53)4.4 机械手的PLC控制系统程序 (57)第5章机械手本体设计 (59)5.1 机械手零部件设计 (59)5.2 机械手总成和零件图................................................ . (61)致谢 (62)参考文献 (63)第1章绪论1.1机械手的概述机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。
加工中心机床结构剖析及各部分功能实验
加工中心机床结构剖析及各部分功能实验一、实验目的（1）了解加工中心机床的基本组成、结构特点；（2）了解加工中心机床的各部分功能；（3）了解加工中心机床的基本运动；（4）了解加工中心机床的加工对象及其用途。
二、实验内容（1）介绍加工中心机床的特点及类型；（2）介绍加工中心机床的基本组成及其功能；（3）介绍加工中心机床的基本运动；（4）介绍加工中心机床的典型零件及加工范围。
三、实验设备加工中心机床一台四、实验概述1. 加工中心机床的概述、组成与结构加工中心的种类繁多，按照机床形态一般可分为立式加工中心、卧式加工中心、龙门式加工中心和万能式加工中心；按照换刀的形式可分为带刀库、机械手的加工中心，无机械手的加工中心和回转刀架式加工中心。
对不同的机型，它们的操作面板和外形结构有所不同，但基本操作方法与原理相同。
本实验参考机床是日本牧野机床厂生产的立式加工中心FNC86-A，控制系统为FANUC16型，其结构和外形见图1-22。
图1-22 立式加工中心FNC86-A外形结构图2. 加工中心的组成、结构与各部件的功能立式加工中心是专门用于连续、高速、高精度加工的数控机床。
工件只需一次装夹即可完成多种工序的加工，如铣削加工、镗削加工、钻削加工和螺纹加工等。
立式加工中心主要由以下几部分组成：自动换刀装置（ATC）、床身、机床控制器（MTC）、主轴控制器（DSK）、液压系统、自动主轴温控器、数字控制器（CNC）等，如图1-22所示。
加工中心有各种类型，虽然外形结构各异，但总体上都是由以下几部分组成。
（1）基础部件。
基础部件由床身、立柱和工作台等大件组成，是加工中心结构中的基础部件。
这些大件有铸铁件，也有焊接的钢结构件，它们要承受加工中心的静载荷以及加工时的切削负载，因此必须具备更高的静、动刚度，也是加工中心质量和体积最大的部件。
工作台尺寸与外形如图1-23所示。
图1-23 工作台尺寸与外形（2）主轴部件。
主轴部件是由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零件组成。
加工中心换刀机械手设计
加工中心换刀机械手设计摘要在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，机械手作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。
机械手的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，机械手主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。
本文将设计一台四自由度的机械手，主要的功用就是自动换刀。
首先，本文将设计机器人的底座、机身、臂部和手爪的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计设计了机械手的夹持式手部结构；以及机械手的总体结构，以实现机械手伸缩，升降，回转和俯仰四个自由度及手爪的开合。
运用了FX 系列可编程序控制器（PLC）对换刀机械手进行控制, 论述了电气控制系统的硬件设计, 控制软件结构以及手动控制程序和自动控制程序的设计。
关键词：机械手，可编程序控制器，液压DESIGN FOR AUTOMATIC TOOL CHANGEROF MACHINING CENTERABSTRACTIn the modern large-scale manufacturing industry, enterprises pay more attention on the automation degree of the production process in order to enhance the production efficiency, and guarantee the product quality. As an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. The technique level and the application degree of industrial robots reflect the national level of the industrial automation to some extent, currently, industrial robots mainly undertake the jops of welding, spraying, transporting and stowing etc. , which are usually done repeatedly and take high work strength, and most of these robots work in playback way.In this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used to carry material for a punch. First I will design the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot. On this foundation, I will design manipulator's clamp type hand structure; As well as has designed manipulator's gross structure, realizes the manipulator to expand and contract, the fluctuation, rotates three degrees-of-freedom and hand fingernail's opening and closing. The drive type realizes the arm expansion and the fluctuationby the air cylinder, the asynchronous machine realizes manipulator's revolving.The paper illustrates that the control of the automatic tool changer by means of the PLC and also includes the hardware design of the electric control system, the control software structure and the design of the manual and automatic control program.KEY WORDS: robot，plc，hydraulic pressure第一章引言机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。
卧式加工中心自动换刀机械手设计开题报告 (141)
2、撰写开题报告第8周
3、总体设计第9周
4、部件装配图设计，撰写毕业设计说明书，英文翻译，第10、11、12、13周
5、整理毕业设计资料，交指导教师评阅第14周
6、准备答辩第15周
7、答辩第16周
指导教师意见
2006年4月14日
注：本表由学生填写，指导教师审核
河南工业大学
毕业设计（论文）开题报告
学院：机电工程学院
题目
卧式加工中心自动换刀机械手设计源自国内外研究现状据不完全统计，全世界在役的工业机器人中大约有将近一半的工业机器人用于各种的加工中心自动换刀领域。目前用得最多的是模仿人的手臂功能的多关节式的机器人，其手臂灵活性最形式大，可以使换刀卡爪的空间位置和姿势调至任意状态，满足换刀需求。我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究。德国的CLOOS、REIS、KUKA公司；瑞典的ABB公司、奥地利的IGM公司、意大利的CAMAU公司。日系有OTC、Panasonic、FANUC公司作的比较好。从机器人技术发展趋势看，自动换刀机器人和其它工业机器人一样，不断向智能化和多样化方向发展。
设计思想及准备
用PLC控制的卧式加工中心自动换刀机械手设计及它的驱动装置
拟解决的主要问题
该设计方案采用独特的结构设计，具有操作方便，效率高，制造成本低等优点。
拟研究的主要内容
参照设计项目要求及技术指标确定机械手结构设计和驱动装置所要选用等技术参数，确定结构方案，绘制部件装配图及主要零件图纸。
进度安排
卧式加工中心生产线桁架机械手设计
摘要机械手是工业制造上不可缺少的一部分，作灵活、运动惯性小、通用性强、能抓取靠近机座的工件，并能绕过机体和工作机械之间的障碍物进行工作，这些优点就是机械手能够快速良好发展的根本，机械手能够代替人力，更能够准确的去完成工作。
在现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。
化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。
专用机床是大批量生产自动化的有效的办法；控制机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。
但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化,工业机械手就是为实现这些工序的自动化而生产的。
机械手是能够模仿人体上肢的部分功能，可以对其进行自动控制使其按照预定要求输送制品或操持工具进行生产操作的自动化生产设备。
通过对卧式加工中心生产线的加工布局的分析，确定了桁架机械手输送的方案，即桁架机械手输送缸体的输送程序，输送方法和桁架机械手的结构；实现了桁架机械手在专机输送上的应用，达到了快速，柔性输送缸体的目的，提高了机床的性能、可靠性、和自动化程度；从根本上解决卧式加工中心生产线的生产节拍长的难题。
关键词：卧式加工中心生产线；桁架机械手；伺服驱动；生产节拍ABSTRACTManipulator is an integral part of industrial manufacturing, flexible, small motion inertia, high universality, can grab workpiece near the base, and can work around an obstruction between the body and working machinery, these advantages is fundamental for the development of a manipulator can quickly good, robots can replace human, can more accurate to get the job done. In the modern industry, the production process of mechanization, automation has become a prominent theme. Chemical industry such as the continuity of the production process automation has been basically solved. Special machine tool is a effective way to mass production automation; Control machine tools, CNC machine tools, machining center and automation machinery is effective important way to solve the many varieties of small batch production automation. But in addition to cutting process itself outside, still have a lot of loading and unloading, handling, assembly, etc., subject to further realize the mechanization, industrial robots is to realize the automation of these processes and production. Manipulator is part can imitate human body upper limb function, and can automatically control the products or running tools according to the predetermined requirement for the operation of automated production equipment.Through the analysis on machining layout of Horizontal machining center production line,set the plan to use gantry robot for material transfer,i.e. transfer sequence,transfer method and structure of gantry robot so as to realize the use of gantry robot in material transfer of special purpose machine,achieve the aim of quick and flexible cylinder block transfer,improve the performance,reliability and automation level of the machine,as well as completely solve the problem of long cycle time of Horizontal machining center production line．Key words：Horizontal machining center production line；gantry robot；servo drive；cycle time目录摘要 (1)ABSTRACT (2)目录 (3)第1章绪论 (4)1.1毕业设计的目的 (5)1.2毕业设计的基本要求 (6)1.2.1毕业设计的知识储备要求 (6)1.2.2毕业设计的软件技能要求 (6)1.2.3毕业设计的课题要求 (6)1.3对毕业设计课题的认识 (6)1.3.1对创新设计的认识 (6)1.3.2机械手的分类 (7)1.3.3对机械手发展的认识 (10)1.3.4对上下料机械手的认识 (10)第2章问题的提出 (12)2.1问题的提出 (12)2.2问题的解决 (12)第3章产品设计 (13)3.1设计任务 (13)3.1.1 设计要求 (13)3.1.2 产品设计参数 (13)3.2设计过程 (13)3.2.1桁架机械手的整体布局 (13)3.2.2桁架机械手的工作过程设计 (15)3.2.3桁架机械手的设计 (15)3.2.4 Y轴驱动及导向设计 (20)3.2.5心杆驱动系统设计 (21)3.2.6优势和局限性 (22)第4章双工位桁架机械手 (23)4.1双工位桁架机械手的思考 (23)总结 (24)参考文献 (25)致谢 (26)第1章绪论1.1毕业设计的目的大学生活就要结束在即，毕业设计就是完整的大学生活的句号。
机械手电气控制系统设计说明
机械手电气控制系统设计摘要在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。
自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。
机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。
机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。
机械手是工业机器人的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机器人。
工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。
广泛采用工业机器人，不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。
可编程控制器是继电器控制和计算机控制出上开发的产品，逐渐发展成以微器处理为核心把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。
本文应用三菱公司生产的可编程控制器FX系列PLC实现机械手搬运控制系统，该系统充分利用了可编程控制器 (PLQ 控制功能。
使该系统可靠稳定，时期功能范围得到广泛应用。
关键字：机械手；自动化装备；可编程控制器；PLC摘要前言 (2)第1章设计目的及主要内容 (3)1.1 设计目的 (3)1.2.主要内容 (3)第2章机械手的操作要求及功能 (4)2.1.操作要求 (4)2.2操作功能 (5)第3章PLC及机械手的选择和论证 (6)3.1PLC (6)3.1.1 PLC 简介 (6)3.1.2 PLC的结构及基本配置 (6)3.1.3 PLC 的选择 (7)3.2机械手 (7)3.2.1机械手简介 (7)3.2.2机械手的选择 (8)第4章硬件电路设计及描述 (8)4.1操作方式 (10)4.2输入与输出分配表及I/O分配接线 (10)第5章软件电路设计及描述 (12)5.1机械手的操作系统程序 (12)5.2回原位程序 (12)5.3手动单步操作程序 (13)5.4自动操作程序 (14)5.5机械臂传送系统梯形图 (14)5.6指令语句表 (16)18第6章总结 (17)参考文献大二的学习即将结束，课程设计是其中一个重要环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。
多自由度关节式机械手的结构设计
目录1前言 (1)1.1 设计题目的背景及目的 (1)1.2 概述 (1)1.3. 机械手发展简史 (2)1.5 机械手应用概况 (3)1.6 发展趋势 (4)2 工业机械手设计概述 (5)2.1机械手设计目的及意义 (5)2.2 本次机械手的设计内容 (5)3 设计要求及方案论证 (6)4总体设计及分析 (8)4.1 系统原理介绍 (8)4.2 系统结构论述 (9)4.2.1机械手结构设计的特点 (10)5机械手各部分设计及计算 (10)5.1驱动系统的选择 (10)5.2 机械手基座部分设计 (12)5.2.1机械手基座结构的设计原则 (12)5.2.2 基座部分的设计计算 (13)5.2.3计算传动装置的运动和动力参数 (16)5.2.4主要传动尺寸的确定 (16)5.3 机械手手臂部分设计及计算 (23)5.3.1机械手手臂结构设计的原则： (23)5.3.2机械手手腕部分设计及其计算 (32)6 直接示教轻动化设计 (36)7 总结 (37)参考文献 (38)谢辞 (39)1前言1.1 设计题目的背景及目的机器人是近30年来发展起来的一种高科技自动化生产设备。
机械手是机器人的一个重要分支。
它的特点是可通过变成完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其是体现了人的智能和适应性，机器作业的准确性和在各种环境完成作业的能力。
本设计完成了多自由度关节式机械手的运动方案设计和驱动方式选择，并对机座，手臂及末端执行器等机械装置进行了结构设计。
本次设计的内容是多自由度关节式机械手的结构设计，属于工业机械手机械部分设计，本次设计的机械手属于专业机械手，主要附属于某一主机，如自动机床或生产线上，用以解决机床的上下料及工件的传输等任务，动作比较单一，只能完成某些特定的任务。
1.2 概述机器人是一种人类很早就梦想制造的、具有仿生性且处处听命于人的自动化机器，它可以帮助人类完成很多危险、繁重、重复的体力劳动或者进入各种服务领域。
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毕业设计（论文）
题目加工中心机械手系统结构设计
专业机械设计制造及其自动化
班级
学生
指导教师王慧武
职称副教授
高科学院
2013 年
任务书填写要求
1．毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经学生所在专业的负责人审查、学院（系）领导签字后生效。
此任务书应在毕业设计（论文）开始前一周内填好并发给学生；
2．任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴；
3．任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及学院（系）主管领导审批后方可重新填写；
4．任务书内有关“学院（系）”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。
学生的“学号”要写全号（如020*******,为10位数），不能只写最后2位或1位数字；
5．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。
如“2004年3月15日”或“2004-03-15”。
6．毕业设计任务书、毕业论文及其它相关的报告书，要求一律用16K纸书写或打印。
系
系主任西安理工大学高科学院批准日期
毕业设计（论文）任务书
系机械设计制造及其自动化专业 09机械1 班学生
一、毕业设计(论文)课题加工中心机械手系统结构设计
二、毕业设计(论文)工作
自 2013 年 02 月 25 日起至 2013 年 06 月 14 日止
三、毕业设计(论文)进行地点高科学院
四、毕业设计(论文)的内容要求
加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控镗铣床，主要用于加工单件、小批量的箱体零件或棱形零件等精密复杂零件。
工件在一次装夹后，加工中心可以自动更换刀具，连续对零件的各加工面自动地完成高精度的铣、钻、铰、镗及攻丝等多种工序。
按其主轴布置方式可分为卧式和立式加工中心两大类。
要求针对卧式加工中心，完成其机械手系统（即自动换刀装置）的方案设计、结构设计计算和图纸绘制。
1.卧式加工中心自动换刀装置的主要设计指标为：
⑴刀库容量：60把；
⑵送刀方式：任意；
⑶刀具尺寸（最大）：长400 mm，直径Φ125 mm；
⑷刀具重量：约12 Kg；
⑸主轴前端孔锥度：7:24。
2.设计任务：
⑴完成机械手装卸刀及升降方案设计；
⑵完成装刀、卸刀机械手结构设计与计算；
⑶进行机械手夹紧特性分析与计算；
3.工作量应达到以下要求：
⑴完成机械手手架装置、升降机构装配图及主要零件工作图共计2.5张A0图纸。
⑵编写开题报告一份。
⑶编写文献综述一份（5000字）。
⑷翻译英文资料一份（2000单词）。
⑸撰写毕业设计说明书（论文）一份（15000字）。
负责指导教师
指导教师
接受设计论文任务开始执行日期2013-02-25
学生签名
毕业设计（论文）进度表
系
指导教师(签名) 学生(签名)
年月日年月日。