1、 第一章引 言 畢 業 設 計課題名稱工業機械手結構的設計姓 名張世貞學 號0701160220所在系機電工程系專業年級機械制造于自動化指導教師 劉建國 職 稱 副教授 二OO九 年 5 月 8 日機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯合控制公司研制出第一臺機械手。它的結構是：機體上安裝一個回轉長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機構，控制系統是示教形的機械工業是國民的裝備部，是為國民經濟提供裝備和為人民生活提供耐用消費品的產業。不論是傳統產業，還是新興產業，都離不開各種各樣的機械裝備，機械工業所提供裝備的性能、質量和成本，對國民經濟各部門技術進步和經濟效益有很大的和直接的影響。機械工業的規

2、模和技術水平是衡量國家經濟實力和科學技術水平的重要標志。因此，世界各國都把發展機械工業作為發展本國經濟的戰略重點之一。工業機械手是近幾十年發展起來的一種高科技自動化生產設備。工業機械手的是工業機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優點，尤其體現了人的智能和適應性。機械手作業的準確性和各種環境中完成作業的能力，在國民經濟各領域有著廣闊的發展前景。機械手是在機械化，自動化生產過程中發展起來的一種新型裝置。在現代生產過程中，機械手被廣泛的運用于自動生產線中，機械人的研制和生產已成為高技術鄰域內，迅速發殿起來的一門新興的技術，它更加促進了機

3、械手的發展，使得機械手能更好地實現與機械化和自動化的有機結合。機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應用。機械手技術涉及到力學、機械學、電氣液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨學科綜合技術。機械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機器，它有多個自由度，可用來搬運物體以完成在各個不同環境中工作。1.1 機械手的分類機械手一般分為三類：第一類是不需要人工操作的通用機械手。它是一種獨立的不附屬于某一主機的裝置。它可以根據任務

4、的需要編制程序，以完成各項規定的操作。它的特點是具備普通機械的性能之外，還具備通用機械、記憶智能的三元機械。第二類是需要人工才做的，稱為操作機。它起源于原子、軍事工業，先是通過操作機來完成特定的作業，后來發展到用無線電訊號操作機來進行探測月球等。工業中采用的鍛造操作機也屬于這一范疇。第三類是用專用機械手，主要附屬于自動機床或自動線上，用以解決機床上下料和工件送。這種機械手在國外稱為“Mechanical Hand”，它是為主機服務的，由主機驅動；除少數以外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。在國外，目前主要是搞第一類通用機械手，國外稱為機器人。本課題所做的機械手是屬于第三類機械手。1、簡史機

5、械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯合控制公司研制出第一臺機械手。它的結構是：機體上安裝一個回轉長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機構，控制系統是示教形的。1962年，美國聯合控制公司在上述方案的基礎上又試制成一臺數控示教再現型機械手。商名為Unimate（即萬能自動）。運動系統仿照坦克炮塔，臂可以回轉、俯仰、伸縮、用液壓驅動；控制系統用磁鼓作為存儲裝置。不少球坐標通用機械手就是在這個基礎上發展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司,專門生產工業機械手。1962年美國機械制造公司也實驗成功一種叫Vewrsatran機械手。該機械手的中央立柱可以回轉、升降采用液壓驅動控制系統也是

6、示教再現型。雖然這兩種機械手出現在六十年代初，但都是國外工業機械手發展的基礎。1978年美國Unimate公司和斯坦福大學，麻省理工學院聯合研制一種Unimate-Vicarm型工業機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業，定位誤差小于1毫米。聯邦德國機械制造業是從1970年開始應用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設備的上下料等作業。聯邦德國KnKa公司還生產一種點焊機械手，采用關節式結構和程序控制。日本是工業機械手發展最快、應用最多的國家。自1969年從美國引進兩種機械手后大力從事機械手的研究。前蘇聯自六十年代開始發展應用機械手，至1977年底，其中一半是國產，一半是進口。目前，工業

7、機械手大部分還屬于第一代，主要依靠工人進行控制；改進的方向主要是降低成本和提高精度。第二代機械手正在加緊研制。它設有微型電子計算控制系統，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，是機械手具有感覺機能。第三代機械手則能獨立完成工作中過程中的任務。它與電子計算機和電視設備保持聯系，并逐步發展成為柔性制造系統FMS和柔性制造單元FMC中的重要一環。2、 應用簡況現代工業中，生產過程的機械化，自動化已成為突出的主題。化工等連續性生產過程的自動化已基本得到解決。但在機械工業中，加工、裝配等生產是不連續的。因此，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業機械手就是為實現這些

8、工序的自動化而產生的。有資料統計：美國偏重于毛坯生產，日本偏重于機械加工。隨著機械手技術的發展，應用的對象還會有所改變。機械手在鍛造工業中的應用能進一步發展鍛造設備的生產能力，改善熱、累等勞動條件。國內機械手工業、鐵路工業中首先在單機、專機上采用機械手上下料，減輕工人的勞動強度。國外鐵路工業中應用機械手以加工鐵路車軸、輪等大、中批零件。并和機床共同組成一個綜合的數控加工系統。采用機械手進行裝配更始目前研究的重點，國外已研究采用攝象機和力傳感裝置和微型計算機連在一起，能確定零件的方位達到鑲裝的目的。3、 發展趨勢目前工業機械手主要用于機床加工、鑄造、熱處理等方面，無論數量、品種和性能方面還是不能

9、滿足工業發展的需要。在國內主要是逐步擴大應用范圍，重點發展鑄造、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業條件，在應用專用機械手的同時，相應的發展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合機械手等。將機械手各運動構件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構以及根據不同類型的加緊機構，設計成典型的通用機構，所以便根據不同的作業要求選擇不同類型的基加緊機構，即可組成不同用途的機械手。既便于設計制造，有便于更換工件，擴大應用范圍。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發揮機械手的作用。此外還應大力研究伺服型、記憶再現型，以及具有觸覺、視覺等性能的機械手，并考慮與計算機連

10、用，逐步成為整個機械制造系統中的一個基本單元。在國外機械制造業中工業機械手應用較多，發展較快。目前主要用于機床、橫鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業，它可按照事先指定的作業程序來完成規定的操作。此外，國外機械手的發展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應的變更。如位置發生稍許偏差時，即能更正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經取得一定成績。視覺功能即在機械手上安裝有電視照相機和光學測距儀（即距離傳感器）以及微型計算機。工作是電視照相機將物體形象變成視頻信號，然后送給計算機，以便分析物體的種類、大小、顏色和位置，并發出指令控制機

11、械手進行工作。觸覺功能即是在機械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內的壓力敏感元件產生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通過裝在手指內的敏感元件來控制，達到自動調整握力的大小。總之，隨著傳感技術的發展機械手裝配作業的能力也將進一步提高。更重要的是將機械手、柔性制造系統和柔性制造單元相結合，從而根本改變目前機械制造系統的人工操作狀態。 機械手的組成機械手主要由執行機構、驅動機構和控制系統三大部分組成。其組成及相互關系如下圖：1、執行機構( 如圖1.2-1所示 )（1） 手部手部安裝在手臂的前端。手臂的內孔裝有轉動軸，可把動作傳給手腕，以轉動、

12、伸屈手腕，開閉手指。本課所指的機械手僅需開閉手指。機械手手部的機構系模仿人的手指，分為無關節，固定關節和自由關節三種。手指的數量又可以分為二指、三指和四指等，其中以二指用的最多。可以根據夾持對象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應操作需要。本課所做的機械手采用二指形狀。（2） 手臂手臂有無關節和有關節手臂之分本課所做的機械手的手臂采用無關節臂手臂的作用是引導手指準確的抓住工件，并運送到所需要的位置上。為了使機械手能夠正確的工作，手臂的三個自由度都需要精確的定位。本課題所做的機械手在手臂的上升、下降、前伸、后退、左轉、右轉三個方向的定位均采用行程開關控制，以保證定位的精度。總括機械手的運

13、動離不開直線移動和轉動二種，因此，它采用的執行機構主要是直線油缸、擺動油缸、電液脈沖馬達、伺服油馬達、直流伺服馬達和步進馬達等。軀干是安裝手臂、動力源和執行機構的支架。2、 驅動機構驅動機構主要有四種：液壓驅動、氣壓驅動、電氣驅動和機械驅動。其中以液壓氣動用的最多，占90%以上，電動、機械驅動用的較少。液壓驅動主要是通過油缸、閥、油泵和油箱等實現傳動。它利用油缸、馬達加上齒輪、齒條實現直線運動；利用擺動油缸、馬達與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實現回轉運動。液壓驅動的優點是壓力高、體積小、出力大、運動平緩，可無級變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點是需要配備壓力源，系統復雜成本較高

14、。氣壓驅動所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達、氣閥等。一般采用4-6個大氣壓，個別的達到8-10個大氣壓。它的優點是氣源方便，維護簡單，成本低。缺點是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實現中間位置的停止，只能用于點位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統容易生銹。為了減少停機時產生的沖擊，氣壓系統裝有速度控制機構或緩沖機構。電氣驅動采用的不多。現在都用三相感應電動機作為動力，用大減速比減速器來驅動執行機構；直線運動則用電動機帶動絲杠螺母機構；有的采用直線電動機。通用機械手則考慮用步進電機、直流或交流的伺服電機、變速箱等。電氣驅動的優點是動力源簡單，維護，使用方便。驅動機構和控制系統可以采用統一形式

15、的動力，出力比較大；缺點是控制響應速度比較慢。機械驅動只用于固定的場合。一般用凸輪連桿機構實現規定的動作。它的優點是動作確實可靠，速度高，成本低；缺點是不易調整。本課題所做的機械手采用電動機帶動絲杠螺母機構來實現手臂的上升、下降方面。采用手臂的左轉、右轉、手臂的夾緊、放松方面。3、 控制系統機械手控制系統的要素，包括工作順序、到達位置、動作時間和加速度等。控制系統可根據動作的要求，設計采用數字順序控制。它首先要編制程序加以存儲，然后再根據規定的程序，控制機械手進行工作。1.3 應用機械手的意義隨著科學技術的發展，機械手也越來越多的地被應用。在機械工業中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機械加工、裝

16、配、檢驗、噴漆、電鍍等工種都有應用的實理。其他部門，如輕工業、建筑業、國防工業等工作中也均有所應用。在機械工業中，應用機械手的意義可以概括如下：一、以提高生產過程中的自動化程度應用機械手有利于實現材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化的程度，從而可以提高勞動生產率和降低生產成本。二、以改善勞動條件，避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，而應用機械手即可部分或全部代替人安全的完成作業，使勞動條件得以改善。在一些簡單、重復，特別是較笨重的操作中，以機械手代替人進行工作，可

17、以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。三、可以減輕人力，并便于有節奏的生產應用機械手代替人進行工作，這是直接減少人力的一個側面，同時由于應用機械手可以連續的工作，這是減少人力的另一個側面。因此，在自動化機床的綜合加工自動線上，目前幾乎都沒有機械手，以減少人力和更準確的控制生產的節拍，便于有節奏的進行工作生產。綜上所述，有效的應用機械手，是發展機械工業的必然趨勢。第二章 總體技術方案及系統組成2.1 原始數據負載重量：10kg重復定位精度：1mm自由度：3（Z的移動，R軸的平動，軸的轉動）Z：大臂的升降R：大臂的伸縮：腰軸各軸最大運動速度： Z軸上下：200mm/s 軸回轉：30/s R軸伸

18、縮：200mm/s各軸最大運動范圍： Z軸上下：550mm 軸回轉：90 R軸伸縮：400mm2.2工作要求：機械手的工藝流程：機械手原位機械手前伸機械手上升機械手抓取并夾緊機械手后退機械手前進（小車）小車停止機械手左轉90機械手前伸機械手松開機械手后退（小車）機械手下降機械手右轉90小車后退退至原位機構簡圖2.3 系統組成本基械手系統由機體，傳送機構，動力源和控制裝置四部分組成。其中機體由小車及本體等部分組成；傳送機構主要由伸縮臂及抓緊機構所組成；動力源由液壓驅動和機械驅動兩種形式構成控制裝置主要由自動控制和手動控制兩部分組成。2.4 總體技術方案畢業設計的目的就是要把我們所學的比較分散的知

19、識綜合起來，并進行靈活運用。現在的發展趨勢是機電一體化，因此，我們的畢業設計是要我們將“機”、“電”、“液”三者合并起來。“機”即是指機械，機械手的動作過程可以分五部分，即機械手的上升下降、機械手的前伸后縮、機械手的加緊放松、機械手的左轉右轉、小車的前進后退。這五部分中我們靠機械完成機械手的上升下降動作，即本課題所做的機械手采用電動機帶動絲杠螺母機構來實現手臂的上升、下降方面。滾珠螺旋傳動是在絲杠和螺母滾道之間放入適量的滾珠，使螺紋間產生滾動摩擦。絲桿傳動是帶動滾珠沿螺紋軌道滾動。滾珠螺旋傳動與滑動螺旋傳動或者其他直線運動副相比，有以下特點：1） 傳動效率高 一般滾珠絲杠副的傳動效率達85%-

20、98%，為滑動絲杠副的3-4倍。2） 運動平穩 滾動摩擦系數接近常數，啟動與工作摩擦力矩差別很小。啟動時無沖擊，低速時無爬行。3） 能源預緊 預緊后可消除間隙產生過盈，提高接觸剛度和傳動精度。同時增加的摩擦力矩相對不大。4） 工作壽命長 滾珠絲杠螺母副的摩擦表面為高硬度、高精度，具有較長的工作壽命和精度保持性。壽命約為滑動絲杠副的4-10倍以上.5） 定位精度和重復定位精度高 由于滾珠絲杠副摩擦小、溫升小、無爬行、無間隙，通過預緊進行預拉伸的補償的膨脹，因此，可以達到較高的定位精度和重復定位精度。6） 同步性好 用幾套相同的滾珠絲杠副同時傳動幾個相同的運動部件。可以得到較好的同步運動。7） 可

21、靠性高 潤滑密封裝置結構簡單，維修方便。8） 不自鎖 用于垂直運動，必須在系統中附加自鎖或制動裝置。9） 經濟性差，成本高 由于結構工藝復雜，故制造成本高價格往往以 mm計。經過計算，選擇如下：電動機型號： Y802-2絲杠型號： Tr407 動作分析工業機械手的機械機構是指它的執行系統，是機械手抓持工件、進行操作及各種運動的機械部件。機械部件主要包括手部，手臂前后伸縮部分，手臂上下升降部分腰轉部分以及機座和行走機構。 手部手部：包括杠桿手指，單向作用式握緊油缸等。其工作原理：物體進入手指后，拉桿手油缸作用，通過拉桿帶動杠桿手指回轉，實現握緊或松開動作。1) 手臂的前后伸縮部分手臂的前后伸縮部

22、分由直線油缸帶動實現。當直線油缸工作時通過活塞桿行程的變化，完成手臂的伸縮運動。2) 手臂的上下升降部分手臂的上下升降部分是由電動機、絲桿傳動副、立柱等部分組成。當電動機工作時，通過聯軸器轉動絲桿，由于絲桿螺母周受到立柱的徑向轉動限制，使得螺母及手臂架只能作上下運動。3) 腰轉部分腰轉部分主要由轉盤和回轉油缸組成。當壓力油進入回轉油缸時，回轉油缸的回轉軸回轉，通過活塞桿的伸縮帶動轉盤的轉動，從而實現機械手的左右轉動，4) 行走機構行走機構主要是由電動機、齒輪、帶輪等組成。當電動機工作時，通過齒輪、帶輪的傳動，帶動小車的輪子轉動，從而實現行走。第三章 機械手的液壓部分“機、電、液”中的“液”即指

23、液壓系統。液壓系統相對于機械傳動來說，是一門新興的技術。人類使用水力機械及液壓技術雖然已有很長的歷史，但是液壓技術在機械領域中得以應用并取得迅速發展則是本世紀，特別是第二次世界大戰以來的事。由于液壓傳動具有許多突出的優點，因而目前已廣泛的應用在工、農業機械、機床、交通運輸、路地行走設備、船舶控制、火炮控制、飛機、導彈等各方面。3.1 液壓系統的工作原理所謂液壓系統就是以液體為介質，依靠運動者的液體的壓力能來傳遞力的。液壓系統工作是，液壓泵把電動機傳來的回轉式機械能轉變成油液的壓力能：油液被輸送到液壓缸（或液壓馬達）后，又由液壓缸（或液壓馬達）把油液的壓力能變為直線式（或回轉式）的機械能輸出。液

24、壓系統中的油液在受調節、控制的狀態下進行工作的因此液壓傳動和液壓控制在這個意義上來說難以截然分開。液壓系統必須滿足起執行元件在力和速度方面的要求。3.2 液壓傳動的工作特性液壓系統工作是，外界負載越大（在有效承壓面積一定的前提下）所需要的壓力也越大，反之亦然。因此液壓系統的由壓力（簡稱系統的壓力，下同）大小取決于外界負載。負載大，系統壓力大；負載小，系統壓力小；負載為零，系統壓力為零。另外，活塞或工作臺的運動速度（簡稱系統的速度，下同）取決于單位時間通過節流閥進入液壓缸中油液的體積即流量。流量越大（在有效承壓面積一定的前提下）系統的速度越快，反之亦然。流量為零，系統的速度亦為零。液壓系統的壓力

25、和外在負載，速度和流量的這兩個關系稱作液壓傳動的兩個工作特性。3.3 液壓系統的組成液壓系統由以下五個部分組成：1）動力元件 它是將原動機輸入的機械能轉換為液壓能的裝置。液壓泵即為動力元件。2）執行元件 它是將液體的壓力能轉換為機械能的裝置，以驅動部件。液壓缸和液壓馬達即為執行元件。3）控制調節元件 控制調節元件是指各種閥類元件，它們的作用是控制液壓系統中油液的壓力、流量和方向，以保證執行元件完成預期的工作運動。4） 輔助元件 輔助元件是指油箱、油管、管接頭、濾油器、壓力表、流量表等。5）工作介質 在液壓系統中使用液壓油（通常為礦物油）。3.4 液壓系統的優、缺點液壓系統與機械、電力等傳動相比

26、。有以下特點：1） 能方便的進行無級調速，調速范圍大。2） 體積小，、重量輕、功率大。一方面，在相同輸出功率的前提下，其體積小、重量輕、慣性小、動作靈敏，這對于液壓自動控制系統有重要的意義。另一方面，在體積或重量相近的情況下，其輸出功率大，能傳遞較大的扭矩或推力（如萬噸水壓力等）。3） 控制和調節簡單、方便、省力，易實現自動化控制和過載保護。4） 可實現無間隙傳動，運動平穩。5） 因為傳動介質為油液，故液體元件有自我潤滑作用，使用壽命長。6） 液壓元件實現了標準化、系列化、通用化、便于設計、制造和推廣使用。7）可以采用大推力的液壓缸和大扭矩的液壓馬達直接帶動負載，從而失去了中間的減速裝置，使傳

27、動簡化。液壓傳動的主要缺點：1） 漏 由于作為傳動介質的液體是在一定的壓力下，有時是在較高的壓力下工作的，因此在有相對運動的表面間不可避免要產生泄漏。同時，由于油液并不是不可以壓縮的，油管等也回產生彈性變形，所以液壓傳動不宜用在傳動比要求較嚴格的場合。2） 震 液壓傳動中的“液壓沖擊和空穴現象”會產生很大的震動和噪聲。3） 熱 在能量轉換和傳遞過程中，由于存在機械摩擦、壓力損失、泄漏損失，因而易使油液發熱，總效率降低，故液壓傳動不宜遠距離轉動。4） 液壓傳動性能對溫度比較敏感，故不宜在高溫及低溫下工作。液壓傳動裝置對油液的污染也較敏感，故要求有良好的過濾設施。5） 液壓元件加工要求高一般情況下

28、又要求有獨立的能源（如液壓泵站），這些可能使產品成本提高。6） 液壓系統出現鼓故障時不宜追查原因，不宜迅速排除。綜上所述，液壓傳動由于其優點比較突出，故在工、農業各個部門獲得廣泛的應用。它的某些缺點隨著生產技術的不斷發展、提高，正在逐步得到克服。由于液壓傳動相對于機械傳動有以上幾個突出的優點，所以確定機械手的前伸后退、左轉右轉、夾緊放松著三部分動作用液壓傳動來實現。第四章 回轉裝置的總體組成及結構設計回轉裝置主要由執行件、傳遞件、驅動件及控制系統四大部分組成。 執行件本設計選用的是回轉臺與傳遞件鏈輪共用的一個長平鍵的心軸。驅動件驅動傳遞件鏈輪傳動，鏈輪通過共用件將回轉運動直接傳遞給與心軸件聯接

29、的回轉臺，并使之旋轉。 傳遞件本課題中機械手要求作間歇往復回轉運動，因此，考慮采用回轉曲線傳動。回轉傳動可分為齒輪傳動、帶傳動和鏈傳動。齒輪傳動雖然效率高，工作可靠，壽命長，結構緊湊，圓周速度及功率范圍廣，但制造和安裝精度要求較高，不能緩沖，無過載保護，低精度時噪聲大。由于本課題中機械手回轉精度要求不高，因此，不予考慮。鏈傳動無彈性滑動和打滑現象，工作可靠，具有準確的平均傳動比，傳動效率較高，在傳動相同功率的情況下，結構較為緊湊，鏈條張緊力小，作用于鏈輪軸的力也較小，故鏈傳動能夠在低速重載的條件下使用。與齒輪傳動相比，鏈傳動制造和安裝精度要求較低鏈傳動的主要缺點是不能保持恒定的瞬時傳動比，傳動

30、平穩性較差，工作時有沖擊和噪聲，磨損后易發生跳齒，傳動中有周期性的重載荷和嚙合沖擊，不適合載荷變化很大和急速反向轉動的場合。帶傳動是一種應用很廣的機械傳動，雖然結構簡單，制作成本低，傳動平穩，無需潤滑，制造和安裝精度要求不高，噪聲小，能緩沖吸震，有過載保護作用。同步帶傳動是一種嚙合型帶傳動。它具有齒輪傳動和摩擦帶傳動的特點。還具有傳遞功率大，傳動比準確等特點。故多用于要求傳動平穩，傳動精度較高的場合。因此回轉裝置中的運動傳遞本設計使用同步帶傳動。 驅動件驅動件主要有四種：氣動驅動、電氣驅動、機械驅動和液壓驅動。其中以液壓、氣動用的最多，占90%以上；電動、機械驅動用的較少。氣壓驅動所采用的元件

31、為氣壓缸、氣壓馬達、氣閥等。一般采用4-6個大氣壓，個別的達到8-10個大氣壓。它的優點是氣源方便，維護簡單，成本低。缺點是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實現中間位置的停止，只能用于點位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統容易生銹。為了減少停機時產生的沖擊，氣壓系統裝有速度控制機構或緩沖機構。氣驅動采用的不多。現在都用三相感應電動機作為動力，用大減速比減速器來驅動執行機構；直線運動則用電動機帶動絲杠螺母機構；有的采用直線電動機。通用機械手則考慮采用同一種形式的動力，出力比較大；缺點是控制響應速度比較慢。機械驅動只用于固定的場合。一般用凸輪連桿機構實現規定的動作。它的優點是動作確實可靠，速

32、度高，成本低；缺點是不易調整液壓驅動主要是通過油缸、閥、油泵和油箱等實現傳動。它利用油缸、馬達加上齒輪、齒條實現直線運動；利用擺動油缸、馬達與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實現回轉運動。液壓驅動的優點是壓力高、體積小、出力大、運動平緩，可無級變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點是需要配備壓力源，系統復雜成本較高。本課題設計采用液壓驅動。利用液壓缸帶動帶動鏈輪、鏈條實現回轉運動。設計配有液壓總站，與回轉裝置并排置于小車之上。 控制系統機械手控制系統的要素，包括工作順序、到達位置、動作時間和加速度等。控制系統可根據動作的要求，設計采用數字順序控制。它首先要編制程序加以存儲，然后再根據規

33、定的程序，控制機械手進行工作。本課題采用電機驅動。利用電動機帶動帶輪、帶輪傳動通過齒輪和軸的公用件實現小車的行走運動。第五章 機械傳動方案的設計與計算5.1 小車的主要組成部分1、 驅動系統采用步進電動機帶動同步帶與帶輪驅動小車沿導軌作徑向往復運動。2、 執行機構交換工作臺的送出采用液壓送出方式，交換工作臺應沿相應的軌道送出。3、 控制部分采用PLC可編程控制器來實現小車各個運動狀態的控制。5.2 同步帶傳動方式優缺點（一）優點1、 傳動比準確，同步帶是嚙合傳動，工作時無滑動。2、 傳動效率高，效率可達96%，與V帶相比可節能10%以上。3、 傳動平穩，能吸收振動，噪聲小。4、 使用范圍廣，傳

34、動比可達10，且帶輪直徑比V帶小得多，也不需要大的張緊力，結構系統高速大50m/s ，傳遞功率300KW5、 傳動比準確，對軸及軸承的壓力小，耐油耐磨性好，允許采用較小的帶輪直徑，較短的中心距和較大是速比。6、 維護保養方便，能在高溫，灰塵、水及、腐蝕，介質的惡劣環境中工作，不需潤滑。（二）缺點：1、 安裝要求高。要求二帶輪軸線平行。同步在與二帶輪軸線垂直的平面內運行。帶輪中心距要求較嚴格。安裝不當易發生干涉，爬齒，跳齒等現象。2、 帶與帶輪的制造工藝比較復雜，成本受批量影響。5.3 驅動動力源步進電動機是一種把脈沖信號變換成直線位移或角位移的執行元件，也可以說是一種機械式的數模轉換器，每輸入

35、一個脈沖，步進電動機就前進一步，因此稱作脈沖電動機，步進電動機的種類繁多，主要分三大類：反應式步進電動機、機床磁式步進電動機以及永磁感應式步進電動機，本是合計采用反應式步進電動機，因為其結構簡單，是應用最廣泛的一種。步進電動機能成為現代數字控制系統重要的執行元件。是因為步進電動機本身也在不斷發展，性能也在不斷完善。其優點如下：1、 可直接實現數字控制。2、 控制性能好3、 無接觸式元件，沒有電刷和轉換器，運行平穩可靠，在步進電動機的負載范圍內，步距值不受電源電壓的大小，負載大小，波形及周圍環境溫度變換的影響，抗干擾能力強，能保持運行轉速。4、 誤差不長期積累。5、 反應式步進電動機在一相繞組通

36、電的情況下，具有自鎖能力，永磁式步進電動機在不通電的情況下也能保持轉矩。5.4 機械傳動方案的設計計算本設計計算參照(下冊機械工業出版社出版)中的第十章鏈傳動和帶傳動中第五節多楔帶和同步帶傳動中的同步帶傳動章節。設計數據確定因為設計車速為3km/h，考慮到實際車速有所以車速也應等于輪子的切向速度因為 V=dn/601000V車輪切向速度 V=/sd車輪直徑 d=130mmn車輪轉速所以經計算得n=601000V/d =601000130=184rpm因為車輪轉速也等于驅動軸轉速所以n轉驅=n=184rpm n轉驅=184rpmP驅/n T驅動轉矩 T=9NM P驅驅動軸功率 n驅動軸轉速 n=

37、184rpm所以經計算得9P驅/184 P驅=因為 =n電/n驅 n驅驅動軸轉速 n驅=184rpm n電電機軸轉速 傳動比所以計算得n電=184=276rpm 記n電=276rpm電壓為12/80V相電流為10A最大轉距為9.31N.m空載起動頻率為3000步/S，空載運行頻率為16000步/S的反應式步進電動機P電/n電 T電 n電電機軸轉速 n電=276rpm P電電機功率所以計算得P電=T電=0.26km P電=因為 總=帶聯滾總總的傳動效率帶同步帶的傳動效率 聯聯軸器的傳動效率 滾滾動軸承的傳動效率 所以0.99=0.99 因為P驅=P實電總P驅總總機械傳動功率 總=0.99 P實電

38、電動機實際功率 所以計算得 P實電=P驅/因為P實電 P電 所以符合工作要求 同步帶結構的設計計算1）求出設計功率因為Pd=PmK。 Pd設計功率 Pm K。載荷修正系數 實用機械設計手冊（下）表10.5-9載荷修正系數K。取1.8又因為傳動裝置未及張緊裝置和系統為減速運動 所以其附加修正系數為零2）、選擇帶的節距因為Pd=0.5kw n電=276rpm=n1小帶輪轉速 3）、確定帶輪直徑和帶節線長查實用機械設計手冊表10.5-8 得H 型帶，小帶輪轉速n1=276rpm小于900rpm所以小帶輪最少齒數Z1應為14Z1取22 因為 =Z2/Z1 傳動比 Z2大帶輪齒數 Z1小帶輪齒數 Z1=

39、22所以 =Z122=33查機電一體化機械系統設計表3-11大帶輪齒數Z2取標準值32 Z2=32 小帶輪節圓直徑因為1=PbZ1/ Pb同步帶節距 Pb= Z1小帶輪齒數 Z1=22 選擇帶長 LP初定中心距a 因為 0.7(d2d1)a2(d2d1) d2大帶輪節圓直徑 d2= d1小帶輪節圓直徑 d1= a取 420mm a=420mm因為 Lp=2aCOS(d2d1)/2(d2d1)/180 定角因為=arcsin(d2d1/2a)所以=arcsin420)=3所以a=420mm =3所以Lp=2420COS3(129.3688.94)/23）/180 =8393432 =1184mm

40、節線長 Lp=1184mm查實用機械設計手冊（下）表10.5-5 取整后選用長度代號為510 Lp=1295.4mm 齒數Zb=102的同步帶4)、傳動中心距a的確定 因為M=Pb/8(2Zb-Z1-Z2) M修正系數 Pb同步帶節距 Pb= Zb同步帶齒數 Zb=102 Z1大帶輪齒數 Z1=22 Z2小帶輪齒數 Z2=32所以計算得M=12.7/8(21102-22-32)=238.125 M=因為 a=M+ 238.125=476mm a=476mm所以節線長Lp=1295.4mm 傳動中心距a=476mm5)、選擇標準帶寬確定小帶輪齒數Z1=22 小帶輪轉速n1=184rpm確定實際帶

41、寬bs因為 bsbs。（Pd/k2P。） bs。 bs。= Pd K2嚙合齒數系數K2 據實際工作要求 K2=1所以bs2.7)確定帶寬系數Kw因為Kw=(bs/bs。)）確定額定功率P因為P=K2KwP。 K2嚙合齒數系數 k2=1 Kw P。因為 PPd 所以滿足設計要求帶的圓周速度V的確定因為V= PbZ1n1/601000Pb帶的節距Pb=Z1小帶輪齒數Z1=22n1小帶輪轉速n1=276r/mm22276/60工作能力驗算因為P=(K2kwTa-bsmv/bs。)V10 K2嚙合齒數系數 K2=1 Kw Tam單位長度質量查實用機械設計手冊表10.5-9 m=0.448/m所以P=1

42、(25.4/76.2)/76.2因為PPd所以額定功率大于設計功率故帶的傳動能力足夠。最小軸徑的確定因為dminA修正系數查簡用機械設計手冊表14-13軸的材料為45鋼 A為118 Pn驅動軸轉速為184r/mm所以dminA=118=13mm d取30mm6)結果整理 選用H型同步帶 Pb= Lp=Bs=傳動的中心距 a=476mm帶的長度帶號為510 寬度帶號為100最小軸徑為30mm第六章 零件加工編程61數控車床加工程序編制基礎數控車床是目前使用最廣泛的數控機床之一。數控車床主要用于加工軸類、盤類等回轉體零件。通過數控加工程序的運行，可自動完成內外圓柱面、圓錐面、成型表面、螺紋和端面等

43、工序的切削加工，并能進行車槽、鉆孔、擴孔以及鉸孔等工作。車削中心可在一次裝夾中完成更多的加工程序，提高加工精度和生產效率，特別適合于復雜形狀回轉類零件的加工。由于數控車床的加工對象多為回轉體，一般使用通用三爪卡盤夾具。數控車床的編程特點：加工坐標系 加工坐標系應于機床坐標系的坐標方向一致，X軸對應徑向，Z軸對應軸向，C軸（主軸）的運動方向則以從機床尾架向主軸看，逆時針為+C向，順時針為-C向。直徑編程方式 采用直徑尺寸編程與零件圖樣中的尺寸標注一致，這樣可避免尺寸換算過程中可能造成的錯誤，給編程帶來很大方便。進刀和退刀方式 切削起點的確定與工件毛坯余量大小有關，應以刀具快速走到該點時刀尖不與工

44、件發生碰撞為原則。S 功能 （1）恒線速切削 G96 S 其中S后面的數字表示的是恒定的線速度，單位為m/min. (2)恒線速取消 G97 S 其中S后面的數字表示恒線速度控制取消后的主軸轉速，如S未指定，將保留G96的最終值。T 功能 編程格式 T 其中T后面通常有兩位數表示所選擇的刀具號碼。但也有T后面用四位數字，前兩位是刀具號，后兩位是刀具長度補償號，又是刀尖圓弧半徑補償號。M 功能 M00：程序暫停；M3：主軸順時針旋轉；M04：主軸逆時針旋轉；M05：主軸旋轉停止；M08：冷卻液開；M09：冷卻液關；M30：程序停止，程序復位到起始位置。G 功能 G00 快速點定位；G01 直線插

45、補指令；G02 為按指定進給速度的順時針圓弧插補；G03 為按指定進給速度的逆時針圓弧插補；G04暫停；G90 外圓切削循環；G94端面切削循環；G96 恒線速切削；G97恒線速切削；G76 為螺紋切削循環。刀具半徑補償指令 在零件輪廓銑削加工時，由于刀具半徑尺寸影響，刀具的中心軌跡與零件輪廓往往不一致。為了避免計算刀具中心軌跡，直接按零件圖樣上的輪廓尺寸編程，數控系統提供了刀具半徑補償功能。其中G41為左偏刀具半徑補償，G42為右偏刀具半徑補償，G40是撤消刀具半徑補償指令。子程序的調用：M01 表示段落結束選擇停止；M02 段落結束不回程序開頭；M03主軸順時針旋轉；M04主軸逆時針旋轉；

46、M05主軸停止；M07 切削液打開成霧狀；M08切削液打開成水柱狀；M09 切削液關閉；M30 鍛煉結束回程序開頭；M98 P 其中：P表示子程序調用情況。P后共有8位數字，前四位為調用次數，省略時為調用一次；后四位為所調用的子程序號。M99表示子程序結束，并返回到調用子程序的主程序中。確定走刀路線和安排加工順序應注意以下幾點：1、尋求最短加工路線；2、最終輪廓一次走刀完成；3、選擇合理的切入切出方向。62程序編制圖見附表二1）加工時所用刀具一號車刀：端面車刀二號車刀：外圓車刀（刀尖圓弧R0.2）三號車刀：割刀（刀寬5）四號車刀：鏜刀五號車刀：中心鉆（直徑6）六號車刀：麻花鉆（直徑28）七號車

47、刀：外圓車刀（反刀）八號車刀：30度螺紋車刀2）程序O0046G28 U0 W0 ；G00 T0100 ；G00 T0101 ；G97 M03 S1200 ；M08 ；G00 Z2. X90. ；G00 Z0. ；G01 X-1. H0.08 ；G00 Z2. ；G28 U0 W0 ；M01 ；N2G00 T0200 ；G00 T0202 ；G97 M03 S1300 ；G71 P10 Q50 U0.5 W0.02 D1.5 F0.08 ；N10 G00 Z1. X90. ；N20 G01 Z0. X86.3 F0.06 ；N30 A135. X88.3 ；N40 Z-57. ；N50 X90

48、. ；G00 Z2. ；G00 Z2. ；G28 U0 W0 ；M01 ；N5G00 T0500 ；G00 T0505 ；G97 M03 S1200 ；G00 Z2. X0. ；G01 Z-2. F0.08 ；G00 Z2. ；G28 U0 W0 ；M01 ；G00 T0600 ；G00 T0606 ；G97 M03 S700 ；G00 Z2. X0. ；G01 Z-10. F0.05 ；G00 W-3. ；G00 Z-8. ；G01 Z-20. ；G00 W-3. ；G00 Z-18. ；G01 Z30. ；GOO W-5. ；G00 Z-28. ；G01 Z-40. ；G00 W-5. ；

49、G00 Z-38. ；G01 Z-50. ；G00 W-5. ；G00 Z-48. ；G01 Z-60. ；G00 Z2. ；G28 U0 W0 ；M01 ；N4G00 T0400 ；GOO T0404 ；G97 M03 S1000 ；G71 P10 Q80 U0.5 W0.02 D1.2 F0.08 ；N10 G00 Z1. X37. ；N20 G01 Z0. X37. ；N30 A195. X35. ；N40 Z-25. ；N50 X32. ；N60 A225. X28. ；N70 W-4. ；N80 X26. ；G28 U0 W0 ；M01 ；N3GOO T0300 ；GOO T0303

50、 ；G97 M03 S700 ；G00 X90. Z-42.7 ；G01 X86.8 F0.05 ；G00 X90. ；W4.5. ；G01 X71. ；G00 X90. ；G00 W-4.5. ；G01 X71. ；G00 X90. ；W-4.5 ；G01 X71. ；G00 X90. ；W-4.5 ；G01 X71. ；G00 X90. ；W-4.5 ；G01 X71. ；G00 X90. ；W-2.9 ；G01 X71. ；G00 X90. ；W-4.5 ；G01 X86.8 ；G00 X90. ；G28 U0 W0 ；M01 ；N7G00 T0700 ；G00 T0707 ；G97 M

51、03 S1300 ；G00 X90. Z-28.3 ；GOO X73. ；G01 X70. ；G01 Z-16.3 ；G01 X84.15 ；G01 W6.35 ；G01 X90. ；G28 U0 W0 ；G00 T0200 ；G00 T0202 ；G00 X90. Z-26.3 ；G00 X73. ；G01 X70. ；G01 Z-38.7 ；G01 X84.15 ；G01 W-6.35 ；G01 X90. ；G28 U0 W0 ；G00 T0300 ；G00 T0303 ；G97 M03 S600 ；GOO Z-56. ；G01 X29. ；G00 X90. ；G28 U0 W0 ；M01

52、 ；M05 ；M09 ；M30 ；O0146G28 U0 W0 ；G00 T0100 ；G00 T0101 ；G97 M03 S1200 ；M08 ；G00 Z2. X90. ；G00 Z0. ；G01 X-1. F0.08 ；G00 Z2. ；G28 U0 W0 ；M01 ；N2G00 T0200 ；G00 T0202 ；G97 M03 S1300 ；G00 Z2. X86.3 ；G01 Z0 X86.3 ；G01 A135. X88.3 ；G01 Z-0.5 ；G01 X89. ；G00 Z2. ；G28 U0 W0 ；N4G00 T0400 ；G00 T0404 ；G97 M03 S1000 ；G00 X32. ；G01 Z0. X30. F0.06 ；G01 A225. X28.4 ；G01 Z-33. ；G01 X26. ；G00 Z2. ；G28 U0 W0 ；M01 ；N8G00 T0800 ；G00 T0808 ；G97 M03 S1200 ；G00 Z3. X27. ；G92 X