立式精鍛機自動上料機械手設計含9張CAD圖,立式,精鍛機,自動,機械手,設計,cad 一、選題依據 1、論文（設計）題目 立式精鍛機自動上料機械手三維設計 2、研究領域 三維設計，機械設計，液壓傳動 3、論文（設計）工作的理論意義和應用價值 我國國家標準(GB/T 12643-90)對機械手的定義：具有和人手臂相似的動作功能， 可在空間抓放物體，或進行其它操作的機械裝置。 機械手技術是綜合了計算機、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術，是當代研究十分活躍，應用日益廣泛的領域。 理論意義：其一，對于機器人的研制，尤其仿人機器人的研究應用，必將對機器人行業(yè)起到積極的促進作用；其二，仿人機械手的研發(fā)隸屬于制造業(yè)，其研制成功與推廣，可以增加就業(yè)，創(chuàng)造經濟價值；其三，其技術的實現可以促進制造業(yè)的信息化、自動化和產品的智能化，提升產品技術含量和附加值，從而促進我國制造業(yè)相關技術領域的發(fā)展。 應用價值：機械手是最早出現的工業(yè)機器人，也是最早出現的現代機器人，它可代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。隨著我國經濟的騰飛，國家在工業(yè)方面也得到了迅猛發(fā)展，機械手作為工業(yè)生產中非常重要的一種工具，對其技術的不斷突破也變得日趨重要。目前，機械手的種類大至可按驅動方式分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。隨著工業(yè)自動化發(fā)展的需要，機械手在工業(yè)應用中越來越重要。特別是在高溫、高壓、多粉塵、易燃、易爆、放射性等惡劣環(huán)境中，以及笨重、單調、頻繁的操作代替人作業(yè)。 本課題研究的機械手主要用于立式精鍛機，針對軸類零件精鍛自動生產線，將加熱后的坯料從運輸車上取下搬運到立式精鍛機上。機械手固定安裝在 JD100 立式精鍛機前，要求機械手抓取工件時，滿足被握持的工件形狀、尺寸大小、重量、材料性能、表面狀況等要求。 4、目前研究的概況和發(fā)展趨勢 工業(yè)機械手的第一次迅猛發(fā)展是在第二次世界大戰(zhàn)，最早應用在美國橡樹嶺國家實驗室的搬運核原料的遙控機械操作手研究，時間大約是在上世紀 40 年代，它是一 10 種主從型的控制系統。1958 年美國聯合控制公司研制出第一臺機械手。控制系統有別于 40 年代的主從型而是示教型的；1962 年，美國聯合控制公司在上述方案的基礎上， 研制出一種更新興的機械手，運動系統仿造坦克炮塔，臂可以回轉、俯仰、伸縮，用液壓驅動；控制系統用磁鼓做儲存裝置。這個機械手對機械手的發(fā)展有著深遠的意義， 日后的不少球面坐標式機械手就是在這個基礎上發(fā)展起來的；同一年該公司和普曼公司合并成重組為萬能制動公司，專門生產工業(yè)機械手。雖然上述機械手出現在六十年代初，但都是國外機械手發(fā)展的重要基礎。在機械手得到一定程度的發(fā)展后，從 60 年代后期起，噴漆、弧焊工業(yè)機器人相繼在生產中開始應用。1978 年美國 Unimate 公司和斯坦福大學、麻省理工學院聯合研制出一種 Unimation-Vic.arm 型工業(yè)機械手， 裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業(yè)。聯邦德國機器制造業(yè)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(yè)。 我國工業(yè)機械手的研究與開發(fā)起步較晚，比歐美要晚 30 年左右，起步于上世紀 70 年代，1972 年我國第一臺機械手在上海開發(fā)成功，隨之全國各省都開始研制和應用機械手。從第七個五年計劃開始，我國政府更加加大了對工業(yè)機器人的重視程度， 并且為此項目投入了大量的資金，在眾多學者及研究人員的參與下，研究開發(fā)并且制造了一系列的工業(yè)機器人，其中有由北京機械自動化研究所設計制造的噴涂機器人， 廣州機床研究所和北京機床研究所合作設計制造的點焊機器人，大連機床研究所設計制造的氬弧焊機器人，沈陽工業(yè)大學設計制造的裝卸載機器人等等。這些機器人的控制器，都是由中國科學院沈陽自動化研究所和北京科技大學機器人研究所開發(fā)的。與此同時，一系列的機器人關鍵部件也被開發(fā)出來，如機器人專用軸承，減震齒輪，直流伺服電機，編碼器等。 目前工業(yè)機械手在國內主要是逐步擴大應用范圍，重點發(fā)展鑄造、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件，在應用專用機械手的同時，相應的發(fā)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(yè)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，又便于更換工件，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(fā)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(yè)中工業(yè)機械手應用較多，發(fā)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(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定 的操作。此外，國外機械手的發(fā)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(fā)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。工作時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(fā)出指令控制機械手進行工作。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(fā)展機械手裝配作業(yè)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(tài)。 隨著機械手的發(fā)展，人們也對機械手的應用與發(fā)展提出了更高的要求，一是重復高精度，精度是指機械手到達指定點的精確程度，它與驅動器的分辨率以及反饋裝置密切相關。重復精度是指如果動作重復多次，機械手到達同樣位置的精確程度。顯然， 重復精度比精度更重要；二是模塊化，有的公司把帶有系列導向驅動裝置的氣動機械手稱為簡單的傳輸技術，而把模塊化拼裝的氣動機械手稱為現代傳輸技術。模塊化拼裝的氣動機械手比組合導向驅動裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及氣管的導向系統裝置，使機械手運動自如。由于模塊化氣動機械手的驅動部件采用了特殊設計的滾珠軸承，使它具有高剛性、高強度及精確的導向精度。優(yōu)良的定位精度也是新一代氣動機械手的一個重要特點。模塊化氣動機械手使同一機械手可能由于應用不同的模塊而具有不同的功能，擴大了機械手的應用范圍，是氣動機械手的一個重要的發(fā)展方向；三是無給油化，無給油化是個新提出的概念，主要是為了適應食品、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的無污染要求，不加潤滑脂的不供油潤滑元件已經問世。隨著材料技術的進步，新型材料（如燒結金屬石墨材料）的出現， 構造特殊、用自潤滑材料制造的無潤滑元件，不僅節(jié)省潤滑油、不污染環(huán)境，而且系統簡單、摩擦性能穩(wěn)定、成本低、壽命長；四是機電氣一體化，機電氣一體化的核心思想在于發(fā)展與電子技術相結合的自適應控制氣動元件，使氣動技術從“開關控制” 進到高度的“反饋控制”，大大提高了系統的可靠性。 二、論文（設計）研究的內容 1.重點解決的問題 機械手總裝結構設計，機械手驅動結構的設計，機械手手部、腕部、臂部結構設計，機械手升降機構的結構設計，機械手的驅動控制。 2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路） （1）選擇機械手基本形式； （2）采用合適的坐標式實現相關功能； （3）設計自動上料機械手的驅動機構； （4）選定機械手手部抓取的方案、腕部的回轉范圍、速度及機構的選定，臂部回轉，升降，伸縮的方案及結構的選定； （5）對總體的布局及裝配設計； （6）對機械手內的零件進行疲勞強度以及接觸應力的安全系數校核。 3.本論文（設計）預期取得的成果 （1）一套完整的立式精鍛機自動上料機械手三維模型以及其二維零件圖、裝配圖 （2）一份立式精鍛機自動上料機械手的設計說明書 （3）一篇外文文獻翻譯 三、論文（設計）工作安排 1. 擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數）； 采用三維設計軟件完成立式精鍛機自動上料機械手的設計，包括機械手總裝結構設計、機械手手部、腕部、臂部結構設計、機械手升降機構的結構設計。 本設計的機械手用于軸類零件精鍛自動生產線上，將加熱后的坯料從運輸車上取下搬運到立式精鍛機上。機械手固定安裝在 JD100 立式精鍛機前。設計參數： （1）抓重：60 公斤 （2）坐標形式：圓柱坐標 （3）自由度數：4 個 （4）最大工作半徑：1700mm （5）手臂最大中心高：2300mm （6）手臂運動參數： 手臂伸縮范圍 0-500mm 手臂伸縮速度 伸出 176mm/s 縮回 233mm/s 0-600mm 手臂升降速度 上升 100mm/s 下降 150mm/s 手臂升降范圍 0-600mm 手臂回轉范圍 0-200（實際使用為 95 ） 手臂回轉速度 60°/s （7）手腕運動參數： 手腕回轉范圍：0-180° 手腕回轉速度：201°/s 2. 論文（設計）進度計劃 第 1 周：布置畢業(yè)設計任務確定立式精鍛機自動上下料機械手三維設計的選題 第 2 周：根據立式精鍛機自動上下料機械手三維設計的課題查閱相關參考文獻 第 3 周：準備自動上下料機械手開題報告材料 第 4 周：撰寫本課題開題報告，準備開題答辯 第 5 周：查閱關于機械手的文獻并進行自動上下料機械手的方案設計 第 6 周：根據方案完成自動上下料機械手的結構設計 第 7 周：自動上下料機械手中部分零件三維設計和建模 第 8 周：自動上下料機械手中部分零件三維設計和建模 第 9 周：自動上下料機械手中部分零件三維設計和建模 第 10 周：將完成的機械手的三維零件進行裝配，完成自動上下料機械手裝配圖 第 11 周：完善并修改自動上下料機械手的裝配圖及其零件圖 第 12 周：完成自動上下料機械手的設計說明書和英文文獻的翻譯 第 13 周：完善并修改自動上下料機械手的設計說明書和英文文獻的翻譯 第 14 周：上交自動上下料機械手說明書，英文文獻的翻譯及其三維裝配圖、零件圖等所有材料，并進行論文答辯 四、需要閱讀的參考文獻 [1] 張俊.基于視覺定位的自動上下料機械手系統研究[D].石家莊:石家莊鐵道大學,2012. [2] 郭洪武.淺析機械手的應用和發(fā)展趨勢[J].中國西部科技,2012,11(10):3+12. [3] 馮崇.工業(yè)機器人運動分析及控制研究[D].洛陽:河南科技大學,2015. [4] 吳振彪,王正家.工業(yè)機器人第二版[M].武漢:華中科技大學出版社,2006. [5] 劉奇.淺談工業(yè)機械手的設計措施[J].技術與市場,2017,24(11):178. [6] 張 金 萍 . 基 于 自 動 上 料 機 械 手 的 液 壓 傳 動 系 統 設 計 [J]. 制 造 業(yè) 自 動化,2013,35(21):153-156. [7] 歐洋,高禎,李連強.工業(yè)機械手結構設計分析[J].工業(yè)控制計算機,2017,30(06):81-82. [8] 丁錦宏,張慧.可編程控制器在數控車床自動上料機械手中的應用[J].常州信息職業(yè)技術學 院學報,2014,13(05):17-19. [9] 龔仲華.論工業(yè)機器人、數控機床和機械手[J].機床與液壓,2016,44(15):30-32+91. [10]熊幸明,曹才開.一種工業(yè)機械手的 PLC 控制[J].微計算機信息,2006,22(11):120-122. [11]李斌.鈑金沖壓自動上下料機械手的研究與開發(fā)[J].現代制造技術與裝備,2017(02):49-50. [12]濮良貴,陳國定,吳立言.機械設計第九版[M].北京:高等教育出版社,2006. [13]王戰(zhàn)中,張俊,季紅艷.自動上下料機械手運動學分析及仿真[J].機械設計與制造,2012(05)： 244-246. [14]趙罘,楊曉晉,劉玥.SolidWorks 機械設計從零開始 2014 中文版[M].北京:電子工業(yè)出版社,2014. [15] Alberto Brunete,Ernesto Gambao,Jukka Koskinen,Tapio Heikkil?,Stefan Anton.Hard material small-batch industrial machining robot[R].Robotics and Computer-Integrated Manufacturing.In press,corrected proof.Nov.17th,2017. [16] Ali Marwan,Milan Simic,Fadi Imad.Calibration method for articulated industrial robots[R].Procedia Computer Science.Volume 112,2017,1601-1610. [17] Alexandr Klimchik,Alexandre Ambiehl,Sébastien.Efficiency evaluation of robots in machining applications using industrial performance measure[R].Robotics and Computer-Integrated Manufacturing.Volume 48,December 2017,12-29. 附：文獻綜述或報告 文獻綜述 機械制造自動化是制造業(yè)在長期發(fā)展中追求的目標之一，采用自動化技術，不僅可以大大降低勞動強度，還可以提高產品質量，讓企業(yè)更加適應市場，提高競爭力。因此，機械手便是機械制造自動化所追求的一種高科技自動生產設備。 機械手是指能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。機械手是最早出現的工業(yè)機器人，也是最早出現的現代機器人，它可代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。目前， 機械手的種類大至可按驅動方式分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。隨著我國經濟的騰飛，國家在工業(yè)方面也得到了迅猛發(fā)展， 機械手作為工業(yè)生產中非常重要的一種工具，對其技術的不斷突破也變得日趨重要， 隨著制造業(yè)發(fā)展,機器人技術的應用越來越普遍,勞動成本的增高和制造業(yè)自動化、智能化的進程加快進一步加快了工業(yè)機器人的研究和應用。機械手由三大部分（機械部分，傳感部分，控制部分）及六個子系統（驅動系統，機械結構系統，感受系統，機器人-環(huán)境交互系統，人機交互系統，控制系統）所組成。 從 1960 年由通用電氣公司設計制造的造型為兩只手指的爪狀物開始，即為以后的各類機械手打下了基礎，到現在為止美國的宇航局(NASA)、哈佛大學和耶魯大學， 日本的東京大學在機械手的研究上都取得了不小的突破。我國機械手的研究比較晚但是也做了很多工作，國防科技大學、哈爾濱工業(yè)大學也研制出了多指靈巧手。尤其是哈爾濱工業(yè)大學機器人研究所研制的“仿人型機器人靈巧手”，2006 年 5 月亮相德國慕尼黑國際機器人及自動化展覽會，以其精美的外觀、可靠的軟硬件系統等贏得了眾多參觀者的贊賞，并率先進入了國際市場。由此可見，目前多數國家和企業(yè)高校都在對仿人機械手進行研究與設計。 在對機械手進行設計時，首先要根據所得的參數進行設計。不同的驅動方式會有不同的使用功能，所產生的壓力大小，安全性能，氣動元件工作壓力高低也有差異。此外，還要充分考慮到維修便捷性，造價成本，操作產生的噪音等問題。傳統機械手大多采用機械傳動方式，由于機械式傳動系統中包含變速箱、驅動橋等體積較大部件使得機械手體積大、運動不穩(wěn)定。驅動方式一般分為液壓驅動和氣壓驅動兩種，液壓傳動系統因具有體積小、重量輕、可以實現無級變速且調速范圍寬、低速穩(wěn)定性好等特點。但液壓驅動也存在缺點如密封問題較大、只適用于重載、低俗驅動的機器人等。氣壓驅動系統具有輸出功率大、響應速度較高、控制簡單直接的優(yōu)點，便于減少可能錯誤環(huán)節(jié)，減少誤差，提高精準度。但其精度低，阻尼效果差，低速、控制難度過大， 控制成本過高，實現高精度控制不易。 白城職業(yè)技術學院張金萍教授在對自動上料機械手的液壓傳動系統設計中，基于自動上料機械手作業(yè)環(huán)境特點，從經濟性、可控性、可靠性等角度考慮，采用了雙泵供油四輪對稱驅動方案。系統主要由 1 個變量軸向柱塞雙聯泵和 4 個斜盤式軸向柱塞變量馬達和行星減速器組成的車輪馬達組成。采用 X 型連接。該液壓系統主要由雙聯變量泵、變量馬達、補油泵、變量油缸、安全閥、單向閥、溢流閥等組成。作為閉式回路，當液壓馬達進行正反轉轉換時，工作油路的高低壓也將會發(fā)生互換，因此在油路的兩個方向都必須設置安全閥，用來雙向限制系統的最高工作壓力。此外，系統中還設置了壓力切斷閥，當閉式回路中出現異常高壓時，壓力切斷閥將高壓端與油箱連通，保證液壓系統的安全。因此，其可靠性、穩(wěn)定性較高，可以自動實現前進、后退、 快慢的控制、無級變速且調速范圍寬。由于組成此系統零件都較為常見，因此，降低了制造成本與控制成本。 在控制系統上，工業(yè)機器人一般都有獨立的控制器、驅動系統和操作界面，可進行手動、自動操作和編程，因此，它是一種可獨立運行的完整設備，可通過自身的控制系統來實現所需的功能。整個機械手的控制，可以根據該機械手的工作特點,采用步進順序控制方式,使程序簡化,便于調試。 常州信息職業(yè)技術學院的丁錦宏，張慧在《可編程控制器在數控車床自動上料機械手中的應用》一文中，介紹了數控車床自動上料機械手的工作要求和結構，分析了步進電機的控制原理和實現方法，提出了基于 PLC 的控制系統方案。根據機械手的工作過程，設計了順序控制功能圖。機械手在送料位置時，手爪中心( 即工件中心) 的位置精度取決于轉臂的旋轉精度和氣缸的位置精度。一般，氣缸的位置控制是利用行程開關來實現，但這種方法的定位精度較差。 該機械手使用步進電機定位系統控制轉臂的旋轉，提高手爪的定位精度。PLC 對步進電機的控制有三個方面。一是電機轉角控制，轉角與所輸入的控制脈沖數成正比; 二是電機轉速控制，該機械手轉臂的旋轉速度等于步進電機的轉速，而步進電機的轉速取決于輸入脈沖的頻率;三是電機旋轉方向控制，步進電機的轉向通過改變步進電機各繞組的通電順序來實現。因此，根據實際情況，選取合適的轉速，從而確定 PLC 輸出的脈沖頻率。系統選用三菱 FX1N-14MR-0001 PLC 作為控制器，選用安川 CA4050 步進驅動器、安川 42HD0402 步進電機作為控制對象；用三菱 PLC 作為控制核心， 采用步進電機以及氣缸實現了數控機床上料機械手的控制方案。在車床加工的同時進行取料，并在靠近上料位置等待取料結束，從而縮短上料時間。操作人員只需在計算機控制界面完成相關工作參數的設置即可對機械手進行控制。利用機械手來實現自動上下料功能，進而實現整個生產線的自動化，提高生產效率，節(jié)約人力資源。 李斌在《鈑金沖壓自動上下料機械手的研究與開發(fā)》一文中，通過利用齒輪齒條傳動機構來代替其自動滑塊機構，配備有傳送帶、電機來實現左右移動的功能。將電機固定在機架傳動側，通過齒輪齒條傳動借助導軌，實現機械手在水平和豎直方向上的運動。目前該系統可以完成對 2mm 厚、3kg 重的板料完成沖壓工作。整個生產線在運行過程中送料精度高，同時運行過程較為平穩(wěn)，并無太大噪音產生。由此可以看出，機械手運行自動化程度高，性能可靠，穩(wěn)定性，效率高，操作簡便，控制精準， 有著良好的動態(tài)性能。 基于機械手的作用及功能，需要詳細分析機械手的結構，并運用 D-H 參數法建立該機械手的運動學方程。與此同時，對于材料的疲勞強度以及接觸強度進行安全校核，機械中各零件力的傳遞，總是通過兩零件的接觸來實現。除了共形面相接觸的情況外，大量存在著異性曲面相接觸的情況；同時，由于機械手內零件材料疲勞強度的特性，因此需要對零件的材料極限應力進行安全系數的校核以及接觸應力的校核。對機械手進行正運動學和逆運動學分析,通過計算驗證并校核。同時利用 SolidWorks 進行三維建模。Solidworks 的配置功能可以開發(fā)和管理一組有著不同尺寸、零部件或者其他參數的模型，運用配置可以的單一的文件中對零件或者裝配圖生成多個設計變化。系列零件設計表可以通過所提供的制定參數，對配置進行驅動，以構建多個不同配置的零件或裝配體。 隨著我國工業(yè)化進程的加快，物料的移動、材料上下搬運、零部件的組裝已經成為各個行業(yè)都普遍存在的加工環(huán)節(jié)。以自動上料機械手實現這些環(huán)節(jié)的自動化對提高所有行業(yè)的加工效率都具有重要作用。不過現在還存在一系列問題，例如：價格昂貴， 實時性不理想，設備笨重，并且大都停留在實驗階段，這些都制約其在實際當中的應用。目前，工業(yè)機械手主要用于機床加工、鑄造、熱處理等方面，但是無論數量、品 種和性能方面還是不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要。這也是我國目前工業(yè)機械手還需改進之處。 11 指導教師評閱意見（對選題情況、研究內容、工作安排、文獻綜述等方面進行評閱） 審 核 簽字： 年 月 日 意 見 教研室主任意見 簽字： 年 月 日 學院教學指導委員會意見 簽字： 年 月 日公章：