數(shù)控鏜銑床換刀機(jī)械手升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)含SW三維及7張CAD圖,數(shù)控,銑床,機(jī)械手,升降,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì),sw,三維,cad 一、選題依據(jù) 1．論文（設(shè)計(jì)）題目 數(shù)控鏜銑床換刀機(jī)械手升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2．研究領(lǐng)域機(jī)械手 3．論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值 數(shù)控臥式鏜銑床是一種具有自動(dòng)換刀裝置和任意分度數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的數(shù)字控制機(jī)床， 工件在一次裝夾后能自動(dòng)完成幾個(gè)側(cè)面的多種工序的加工。鏜銑床加工特點(diǎn)是在加工過程中工件不動(dòng)，讓刀具移動(dòng)，并使刀具轉(zhuǎn)動(dòng)，在實(shí)踐中具有“萬能機(jī)床”的稱號(hào)。通常，刀具旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，刀具或工件的移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。它主要是用來加工高精度孔或一次定位完成多個(gè)孔的精加工，此外還可以從事與孔精加工有關(guān)的其他加工面的加工[1] 。 現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于 20 世紀(jì) 50 年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化產(chǎn)品。工業(yè)機(jī)械手是在新技術(shù)革命中迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，它在傳統(tǒng)的科技領(lǐng)域與工業(yè)部門中獲得應(yīng)用，并顯示出強(qiáng)大的生命力，成為人類不可或缺的幫手。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。 機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象，機(jī)械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛。在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動(dòng)化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機(jī)械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險(xiǎn)的工作?？稍跈C(jī)械工業(yè)中， 加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。據(jù)資料介紹，美國(guó)生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中， 有 75%是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在 50 件以下，零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的 5%。從這里可以看出，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。 工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。工業(yè)機(jī)械手是提高生產(chǎn)過程自動(dòng)化、改善勞動(dòng)條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國(guó)，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。 自上世紀(jì)六十年代，機(jī)械手被實(shí)現(xiàn)為一種產(chǎn)品后，對(duì)它的開發(fā)應(yīng)用也在不斷發(fā)展， 利用機(jī)械手搬運(yùn)物體、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛?，F(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用在了機(jī)械制造、冶金、化工、電力、采礦、建材、輕工、食品、環(huán)保等各行各業(yè)之中。隨著技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)械手的設(shè)計(jì)已經(jīng)實(shí)破了單一試劑、加熱及濾光片的束縛。隨著社會(huì)的快速發(fā)展，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械手的要求將越來越高，其技術(shù)也越來越成熟。 機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率，可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等 6 惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。 4．目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì) 4.1 數(shù)控臥式鏜銑床 4.1.1 國(guó)外研究概況和發(fā)展趨勢(shì) 國(guó)外數(shù)控臥式鏜床和臥式加工中心均有突飛猛進(jìn)的發(fā)展。其表現(xiàn)在于機(jī)床的結(jié)構(gòu)、精度和壽命，以及自動(dòng)化水平、生產(chǎn)效率等方面都有很大的提高。在產(chǎn)品開發(fā)工作上，采用模塊化設(shè)計(jì)和家算計(jì)輔助設(shè)計(jì)等現(xiàn)代化設(shè)計(jì)方法，在確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量和技術(shù)水平的前提下，產(chǎn)品品種大量涌現(xiàn)，變形產(chǎn)品也越來越多，除了可滿足市場(chǎng)的需求外，并獲得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。一些科學(xué)技術(shù)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家，已由生產(chǎn)臥式鏜床轉(zhuǎn)向生產(chǎn)更高水平的自動(dòng)化機(jī)床，并已產(chǎn)生和研制出更高一級(jí)的現(xiàn)代化水平的設(shè)備， 從而為實(shí)現(xiàn)無人化工廠奠定了基礎(chǔ)。國(guó)外數(shù)控臥式鏜床及臥式加工中心的形成、演變過程，一種是以普通臥式鏜床為基礎(chǔ)，配以控制系統(tǒng)，而成為數(shù)控臥式鏜床；進(jìn)而在配以刀庫及機(jī)械手等獨(dú)立部件后，演變成為臥式加工中心；另一種是與普通臥式鏜床無關(guān)，獨(dú)立設(shè)計(jì)而成。很多機(jī)床廠家已不生產(chǎn)一般的普通臥式機(jī)床，已將其擴(kuò)散到發(fā)展中國(guó)家去生產(chǎn)，而把主要精力集中到更高級(jí)的數(shù)控臥式鏜床和臥式加工中心，并進(jìn)行大量的科學(xué)研究工作，因而取得了較大技術(shù)和經(jīng)濟(jì)利益[2] 。 4.1.2 國(guó)內(nèi)研究概況和發(fā)展趨勢(shì) 我國(guó)臥式鏜床生產(chǎn)時(shí)在 1954 年由仿制開始的。目前已由 13 個(gè)省、一個(gè)自治區(qū)、 三個(gè)直轄市的二十六個(gè)廠，臥式鏜床的年產(chǎn)量到 1971 年，已經(jīng)超過一千臺(tái)。臥式鏜 床的品種，第一個(gè)五年計(jì)劃期間，只能生產(chǎn)主軸直徑 85 毫米的臥式鏜銑床，現(xiàn)在已經(jīng)能生產(chǎn)主軸直徑 63、85、125、150 等毫米的臥式鏜床及主軸直徑 110 毫米的加大主軸直徑和移動(dòng)式鏜床。從只能根據(jù)國(guó)外圖紙生產(chǎn)單一產(chǎn)品，發(fā)展到資興設(shè)計(jì)試制并采用一定先進(jìn)技術(shù)的多種產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家在相關(guān)領(lǐng)域取得了快速增長(zhǎng)，相關(guān)設(shè)備廠家在國(guó)家政策的扶持下取得了不少成果，與國(guó)際同行的差距越來越小，甚至有所超越。具有高精度、高效率及卓越的加工能力。采用絕對(duì)坐標(biāo)，不需要長(zhǎng)距離的原點(diǎn)回歸操作，有效縮短非加工時(shí)間。五軸（X,Y,Z,W,B 軸）控制，四軸同動(dòng)控制，任意角度定位工作臺(tái)（B 軸功能）。適合工件的書面加工，只需一次安裝工件及調(diào)整，配置回轉(zhuǎn)式工作臺(tái)，定位精準(zhǔn)，確保各加工面之間相互精度。配置刀庫就升級(jí)為加工中心。適用于各類大型箱體、缸體的加工[4] 。當(dāng)代臥式鏜銑床與落地式鏜銑床技術(shù)發(fā)展非?？欤饕w現(xiàn)在設(shè)計(jì)理念的更新和機(jī)床運(yùn)行速度及制造工藝水平有很大的提高，另一方面是機(jī)床結(jié)構(gòu)變化大，新技術(shù)的應(yīng)用層出不窮。臥式鏜銑床的結(jié)構(gòu)向高速電主軸、多軸聯(lián)動(dòng)、結(jié)構(gòu)形式多樣化的發(fā)展態(tài)勢(shì)，這將是今后一個(gè)時(shí)期技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)[5] 。 4.2 機(jī)械手 4.2.1 國(guó)外研究概況和發(fā)展趨勢(shì) 機(jī)械手首先是從美國(guó)開始研制的。1958 年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu)。 1962 年，美國(guó)聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī) 械手。商名為 Unimate（即萬能自動(dòng)）。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲(chǔ)裝置。不少球坐標(biāo)通用機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動(dòng)公司,專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。 1962 年美國(guó)機(jī)械制造公司也實(shí)驗(yàn)成功一種叫 Vewrsatran 機(jī)械手。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降采用液壓驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國(guó)外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。 1978 年 美 國(guó) Unimate 公 司 和 斯 坦 福 大 學(xué) ， 麻 省 理 工 學(xué) 院 聯(lián) 合 研 制 一 種Unimate-Vicarm 型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于±1 毫米。聯(lián)邦德國(guó)機(jī)械制造業(yè)是從 1970 年開始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。 聯(lián)邦德國(guó) KnKa 公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。 日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。自 1969 年從美國(guó)引進(jìn)兩種機(jī)械手后大力從事機(jī)械手的研究。 前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應(yīng)用機(jī)械手，至 1977 年底，其中一半是國(guó)產(chǎn)，一半是進(jìn)口。 第一代機(jī)械手主要依靠工人進(jìn)行控制；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。第二代機(jī)械手設(shè)有微型電子計(jì)算控制系統(tǒng)，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(jī)械手具有感覺機(jī)能。 第三代機(jī)械手則能獨(dú)立完成工作中過程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) FMS 和柔性制造單元 FMC 中的重要一環(huán)。 4.2.2 國(guó)內(nèi)研究概況和發(fā)展趨勢(shì) 在國(guó)內(nèi)，應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際的工業(yè)機(jī)械手特別是示教再現(xiàn)性機(jī)械手不斷增多，而且計(jì)算機(jī)控制的也有所應(yīng)用。國(guó)內(nèi)近年來在移動(dòng)機(jī)械手控制方面也開展了許多研究工作，如清華大學(xué)徐文立教授在考慮了動(dòng)力學(xué)耦合的情況下，設(shè)計(jì)了急于 Lyanpov 穩(wěn)定性理論的魯棒控制器設(shè)計(jì)方法，保證了全部狀態(tài)漸進(jìn)跟蹤期望軌跡。中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所的易建強(qiáng)教授對(duì)移動(dòng)機(jī)械手的視覺定位和導(dǎo)航、冗余度運(yùn)動(dòng)分析進(jìn)行了研究。北京科技大學(xué)的余達(dá)太教授提出了優(yōu)化準(zhǔn)則，利用遺傳算法求解移動(dòng)載體的運(yùn)動(dòng)代價(jià)、機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)代價(jià)、機(jī)械手偏離優(yōu)化位姿勢(shì)所需的運(yùn)動(dòng)代價(jià)。 在國(guó)外應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際的工業(yè)機(jī)械手多為示教再現(xiàn)型機(jī)械手，而且計(jì)算機(jī)控制的工業(yè)機(jī)械手占有相當(dāng)比例。帶有“觸覺”，“視覺”等感覺的“智能機(jī)械手”正處于研制開發(fā)階段。帶有一定智能的工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展方向。國(guó)外還在高完整性機(jī)器人、遙控移動(dòng)機(jī)器人、環(huán)境與移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的集成等方面作了大量的研究。 隨著科技及計(jì)算機(jī)發(fā)展步伐的進(jìn)一步加快,機(jī)械手仍具有非常廣闊的發(fā)展前景, 今后的機(jī)械手會(huì)向更加小型化、高科技化、多功能化、以人為本化方向發(fā)展。 二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容 1.重點(diǎn)解決的問題 （1）數(shù)控臥式鏜銑床自動(dòng)換刀機(jī)械手-升降機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； （2）機(jī)械手升降機(jī)構(gòu)的電氣動(dòng)控制原理設(shè)計(jì)； （3）運(yùn)用 SolidWorks 軟件進(jìn)行升降機(jī)構(gòu)的零部件、裝配后結(jié)構(gòu)的三維建模。 2.擬開展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路） （1）查閱相關(guān)數(shù)控臥式鏜銑床自動(dòng)換刀機(jī)械手-升降機(jī)構(gòu)產(chǎn)品的資料，了解產(chǎn)品的理論意義和應(yīng)用價(jià)值以及國(guó)內(nèi)外研究概況和發(fā)展趨勢(shì)； （2）分析各主要組件的特點(diǎn)，確定數(shù)控臥式鏜銑床自動(dòng)換刀機(jī)械手-升降機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)方案； （3）數(shù)控臥式鏜銑床自動(dòng)換刀機(jī)械手-升降機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算； （4）數(shù)控臥式鏜銑床自動(dòng)換刀機(jī)械手-升降機(jī)構(gòu)的三維實(shí)體建模； （5）動(dòng)態(tài)演示。 3.本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果 （1）數(shù)控臥式鏜銑床自動(dòng)換刀機(jī)械手-升降機(jī)構(gòu)的總體方案，包括機(jī)械手升降機(jī)構(gòu)的電氣動(dòng)控制部分； （2）數(shù)控臥式鏜銑床自動(dòng)換刀機(jī)械手-升降機(jī)構(gòu)的三維實(shí)體模型，包括零件圖、裝配體； （3）數(shù)控臥式鏜銑床自動(dòng)換刀機(jī)械手-升降機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)演示。 三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)） 通過查閱文獻(xiàn)、類比方法進(jìn)行研究，用 SolidWorks 軟件進(jìn)行三維建模和動(dòng)態(tài)演示。規(guī)格參數(shù)（機(jī)械手）： --抓 重：20 公斤 --自由度數(shù)：4 個(gè) --坐標(biāo)形式：圓柱坐標(biāo) --手指夾持刀柄的直徑：f100 毫米 --驅(qū)動(dòng)方式：液壓 --手架運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 升 降 行 程 （ 即 找 刀 排 Y）： 3x420 毫米(刀排間垂直方向距離為 420 毫米，共四排) --控制方式：數(shù)字控制 --位置檢測(cè)與定位方式： 手架升降運(yùn)動(dòng)采用無觸點(diǎn)行程開關(guān)進(jìn)行位置檢測(cè)，并控制三位四通閥適時(shí)“關(guān)閉” 來定位。 --緩沖方式： 手架升降運(yùn)動(dòng)采用無觸點(diǎn)行程開關(guān)發(fā)信，切斷油路減速緩沖。 2.論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃第 1 周：布置畢設(shè)任務(wù) 第 2 周：根據(jù)題目查閱文獻(xiàn) 第 3 周：準(zhǔn)備開題報(bào)告材料 第 4 周：撰寫開題報(bào)告，準(zhǔn)備開題 第 5 周：查閱文獻(xiàn)，初步進(jìn)行方案設(shè)計(jì) 第 6 周：方案設(shè)計(jì) 第 7 周：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)完善設(shè)計(jì)方案 第 8 周：根據(jù)方案完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 9 周：零件三維建模 第 11 周：零件圖裝配 第 12 周：完善裝配圖和零件圖 第 13 周：設(shè)計(jì)說明書 第 14 周：修改設(shè)計(jì)說明書 第 15 周：上交設(shè)計(jì)成果，準(zhǔn)備答辯 四、需要閱讀的參考文獻(xiàn) [1] 徐寧安.從 CIMT2005 看數(shù)控臥式鏜銑床與落地式銑鏜床的發(fā)展[J].世界制造技術(shù)與裝備市場(chǎng),2005(6):98-100. 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