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设计的流程
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。
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。
浅议数控机床上下料机械手的机械结构设计
浅议数控机床上下料机械手的机械结构设计摘要：当下，想要推动整个行业的进一步发展，就需要通过优化对数控机床上下料机械手的机械结构设计来提升其运转效率以及准确性。
基于此，本文将简要阐述数控机床上下料机械手的机械结构设计，旨在借此来为相关工作人员提供理论参考，从而全面提升机械手的设计能力，进而提高其运作质量与效率。
关键词：数控机床；上下料；机械手；机械结构设计引言基于数控机床上下料机械手在当下机械制造业中的重要地位以及其在现今制造业发展过程中所存在的不足，本文首先将简要阐述数控机床上下料机械手的意义，然后将围绕着机械手中各个结构的机械结构设计的具体内容展开简要阐述，以期能够借此来提升数控机床的机械水平。
1、机械手的概述机械手，顾名思义，其是以人类的手臂为设计原型，然后通过输入特定的操作编程指令来操作机械手臂，让其完成相应的动作。
机械手的诞生，让各个零部件的自动化抓取、搬运等动作成为了可能，这样机械制造业的从业人员便可以从繁重的劳动中解脱，这样既提升机械制造的效率，同时也保障了相关从业人员的人身安全，所以机械手在各个领域内都能得到切实的应用。
而现如今的数控机床上下料机械手，主要是依靠PLC技术来完成相关操作，借助PLC技术所具有的优势，机械手整体结构相较于以往而言更加简洁且反应时间也得到了一定的提升，此外，机械手在运行过程中，抗干扰能力也得到了不同程度的提升，这样维修的频率得到了大幅降低，且在维修过程中也会更加便捷高效。
正因如此，在对现阶段的数控机床上下料机械手进行结构设计时，设计人员也应当在设计过程中充分地展现这些优势。
2、数控机床上下料机械手的具体结构设计2.1手爪结构设计机械手手爪是整个数控机床上下料机械手中最重要的部分，其主要负责进行各项操作的实施作业。
而由于其具体操作以及作业方式的不同，机械手手爪也被分成了不同的种类，例如若是按照其抓取位置以及抓取工件的特征，可以将机械收手爪分为三指手爪和两指手爪，其中三指手爪主要用于抓取、操作圆盘类的机械零部件，而两指手爪则适用于抓取轴类零件。
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浅议数控机床上下料机械手设计的流程
全自动机械手是一种可编程的智能型自动化设备，是应用计算机进行控制的替代人进行工作的高度自动化系统。
它具有一些对外部信息进行反馈的能力，诸如力觉、触觉、视觉等。
全自动机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置，机械手主要由手部和运动机构组成。
手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。
运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势，运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。
1、发展现状和趋势
目前，国内外各种机械手和机械手的研究成为科研的热点，其研究的现状和大体趋势如下：(1)机械结构向模块化、可重构化发展；(2)工业机械手控制系统向基于PLC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，结构小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性，而且维修方便；(3)机械手中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，还引进了视觉、听觉、接触觉传感器，使其向智能化方向发展；(4)关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机械手产品标准化、通用化、模块化、系列化设计；柔性仿形喷涂机械手开发，柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规划研究，控制系统开发；(5)焊接、搬运、装配、切割等作业的工业机械手产品的标准化、通用化、模块化、系列化研究；以及离线示教编程和系统动态仿真。
总的来说，大体是两个方向：其一是机械手的智能化，多传感器、多控制器、先进的控制算法、复杂的机电控制系统；其二是与生产加工相联系，性价比高，在满足工作要求的基础上，追求系统的经济、
简洁、可靠，大量采用工业控制器，市场化、模块化的元件。
2、机械手手爪结构设计
手爪是用来进行操作及作业的装置，其种类很多，根据操作及作业方式的不同，分为搬运用、加工用、测量用等。
搬运用手爪是指各种夹持装置，用来抓取或吸附被搬运的物体；加工用手爪是带有喷枪、焊枪、砂轮、铣刀等加工工具的机械手附加装置，用来进行相应的加工作业；测量用手爪是装有测量头或传感器的附加装置，用来进行测量及检验作业。
机械手手爪设计有如下要求：(1)机械手手爪是根据机械手作业要求来设计的。
既根据其应用场合设计手爪，在满足作业要求的前提下，机械手手爪还要求体积小、重量轻、结构紧凑；(2)机械手手爪的万能性与专用性是矛盾的。
万能手爪在结构上很复杂，甚至很难实现，从工业实际应用出发，应着重开发各种专用的、高效率的机械手手爪，加之以快速更换装置，以实现机械手的多种作业功能，而不主张用一个万能的手爪去完成多种作业，以考虑设计的经济效益；
(3)机械手手爪的通用性。
通用性是指有限的手爪，可适用于不同的机械手，这就要求末端执行器要有标准的机械接口(如法兰)，使末端执行器实现标准化。
3、具体设计方案的实施
由于机械手手臂运动为直线运动，且考虑到搬运工件的重量较大(质量达30KG)，以及机械手的动态性能及运动的稳定性，安全性和较高的刚度要求，因此选择液压驱动方式，通过液压缸的直接驱动，液压缸既是驱动元件，又是执行运动件，因此不用再额外设计执行件，而且液压缸实现直线运动，控制简单，易于实现计算机的控制。
同时，因为控制和具体工作的要求，机械手的手臂的结构不能太大，若仅仅通过增大液压缸的直径来增大刚度，是不能满足系统刚度要求的。
因此，在设计时另外增设了导杆机构，小臂增设了两个导杆，与活塞杆一起构成等边三角形的截面形式，尽量增加其刚度；大臂增设了四个导杆，成正四边形布置，为减小质量，各个导杆均采用空心结构。
通过增设导杆，能显著提高机械手的运动刚度和稳定性，比较
好的解决了结构、稳定性的问题。
4、工艺过程与控制要求
机械手的动作有腰座的旋转、垂直手臂的升降、水平手臂的伸缩及手爪的夹紧与松开。
手臂垂直升降和水平伸缩由液压实现驱动；手爪的夹紧与放松，通过柱塞缸与齿轮来实现；腰座旋转通过步进电动机与齿轮来实现。
实现执行手爪夹紧与放松的柱塞缸，由单线圈的电磁阀(夹紧电磁阀)来控制，当线圈不通电时，柱塞缸不工作，当线圈通电时，柱塞缸工作冲程，手爪张开，柱塞缸工作回程，手爪闭合。
当机械手旋转到机床上方，并准备下降进行上下料工作时，为了确保安全，必须在机床停止工作并发出上下料命令时，才允许机械手下降进行作业，同时，从工件料架上抓取工件时，也要先判断料架上有无工件可取。
本设计通过对机械设计制造理论知识及实践进行整合，完成一个特定功能、满足特殊要求的数控机床上下料机械手的设计，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，实现了理论和实践的有机结合。
机械手采用可编程序控制器控制，可以实行手动调整、手动及自动控制；系统结构紧凑、工作可靠，设计周期短且造价较低；PLC有较高的灵活性，当机械手工艺流程改变时，只要对I／0点的接线稍作修改，或对I／0重新分配，在控制程序中作简单修改，补充扩展即可。
经过重新编制相应的控制程序，就能够比较容易的推广到其他类似的加工情况。