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（答辩稿）机床上下料机械手设计（CAD图纸+DOC论文）

率三极管作为开关元件，以固定的开关频率动作，但其脉冲宽度可以随电路控制而改变，改变了脉冲宽度也就可以改变加在电机电枢两端的平均电压，从而改变了电机的转速。这种伺服驱动器般由电流内环和速度外环组成。末级采用大功率三极管构成桥式开关电路。伺服驱动器具有调速范围宽低速特性好，响应快效率高过载能力强等特点。目前已广泛应用于各类数控机床工业机器人及其它机电体化产品中用做直流伺服电机的驱动。步进电机驱动器步进电机的控制装置主要包括脉冲发生器，环行分配器和功率放大器等几部分组成。脉冲发生器可以按照起制动及调速要求改变频率以控制步进电机。环行分配器是控制步进电机各绕组按定的次序通过的环节。它的作用是把脉冲发生器送来的系列脉冲信号按照定的循环规律依次分配给各绕组，以使步进电机按着定的规律运动。功率放大器的作用是将环行分配器输出的毫安级电流放大成安培级电流以驱动步进电机。目前功率放大器多采用高低压驱动电路。这种电路有高低压二组电源。当绕组刚通电瞬间让绕组接通高电压，从而使各相电流迅速建立。而当达到步进电机额定电流时仅以低电压给各相绕组供电。高电压加入的时间长短由控制电路来实现。设计具体采用方案具体到本设计，在分析了具体工作要求后，综合考虑各个因素。机械手腰部的旋转运动需要定的定位控制精度，故采用步进电机驱动来实现因为采用液压执行缸来做水平手臂和垂直手臂，故大小臂均采用液压驱动同时考虑随着机床加工的工件的不同，水平手臂伸出长度是不同的。因此，要求水平手臂具有伺服定位能力，故采用电液伺服液压缸进行驱动。而手爪的张开和夹紧通过液压柱塞缸活塞与中间齿轮和扇形齿轮配合来实现，即手爪在柱塞缸推力作用下通过活塞杆端部齿条中间齿轮及扇形齿轮使手指张开和闭合。.机器人手臂的平衡机构设计直角坐标型圆柱坐标型和球坐标型机器人可以通过合理布局，优化设计结构，使得手臂本身可能达到平衡。关节机器人手臂般都需要平衡装置，以减小驱动器的负荷，同时缩短启动时间。机器人平衡机构的形式通常，机器人所采用的平衡机构主要有以下几种.配重平衡机构这种平衡装置结构简单，平衡效果好，易于调整，工作可靠，但增加了机器人手臂的惯量与关节轴的载荷。般在机器人手臂的不平衡力矩比较小的情况下采用这种平衡机构。.弹簧平衡机构弹簧平衡机构，机构简单造价低工作可靠平衡效果好易维修，因此应用广泛。.活塞推杆平衡机构活塞式平衡系统有液压和气动两种液压平衡系统平衡力大，体积小，有定的阻尼作用气动平衡系统，具有很好的阻尼作用，但体积比较大。活塞式平衡需要配备有专门的液压或气动装置，系统复杂，因此造价高，设计安装和调试都增加了难度，但是平衡效果好。用于配重平衡弹簧平衡满足不了工作要求的场合。设计具体采用的方案因为本设计机械手采用圆柱坐标型的结构，而且在手臂的结构设计以及整个机械手的设计和布局中都重点考虑了机械手手臂的平衡问题，通过合理布局，优化设计结构，使得手臂本身尽可能达到平衡。若实际工作中平衡结果不满足，则设置弹簧平衡机构进行平衡。第章理论分析和设计计算.液压传动系统设计计算确定液压系统基本方案液压执行元件大体分为液压缸和液压马达，前者实现直线运动，后者实现回转运动。二者的特点及适用场合见表表名称特点适用场合双活塞杆液压缸双向对称双向工作的往复场合单活塞杆液压缸有效工作面积大双向不对称往返不对称的直线运动，差动连接可实现快进柱塞缸结构简单单向工作，靠重力或其它外力返回摆动缸单叶片式小于双叶片式小于小于的摆动小于的摆动齿轮马达结构简单价格便宜高转速低转矩的回转运动叶片马达体积小转动惯量小高速低转矩动作灵敏的回转运动摆线齿轮马达体积小输出转局大低速小功率大转矩的回转运动轴向柱塞马达运动平稳转矩大转速范围宽大转矩的回转运动径向柱塞马达转速低，结构复杂，输出转矩大低速大转矩回转运动本设计因为机械手的形式为圆柱坐标形式，具有个自由度，个转动，两个移动自由度。同时考虑机械手的工作载荷和工作现场环境对机械手布局以及定位精度的具体要求以及计算机的控制的因素，腰部的回转用电机驱动实现，剩下的两个运动均为直线运动。因此，机械手的水平手臂和垂直手臂都采用单活塞杆液压缸，来实现直线往复运动。拟定液压执行元件运动控制回路液压执行元件确定后，其运动方向和运动速度的控制是液压回路的核心问题。方向控制是用换向阀或是逻辑控制单元来实现。对于般中小流量的液压系统，通过换向阀的有机组合来实现所要求的动作。对高压大流量的系统，多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。相应的调速方式有节流调速容积调速以及二者结合的容积节流调速。本设计的方向控制采用电磁换向阀来实现，而速度的控制主要采用节流调速，主要方式是采用比较简单的节流阀来实现。液压源系统的设计液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。节流调速系统般用定量泵供油，在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。容积调速系统多用变量泵供油，用安全阀来限定系统的最高压力。油液的净化装置是液压源中不可缺的元件。般泵的入口要装粗滤油器，进入系统的油液根据要求，通过精滤油器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁过滤器。根据液压设备所处的环境及对温升的要求，还要考虑加热冷却等措施。本设计的液压系统采用定量泵供油，由溢流阀来调定系统压力。为了保证液压油的洁净，避免液压油带入污染物，故在油泵的入口安装粗过滤器，而在油泵的出口安装精过滤器对循环的液压油进行净化。绘制液压系统图本机械手的液压系统图如图所示，它拥有垂直手臂的上升下降，水平伸缩缸的前伸后缩，以及执行手爪的夹紧张开三个执行机构。其中，泵由三相交流异步电动机拖动系统压力由溢流阀调定的得失电决定了动力源的投入与摘除。考虑到手爪的工作要求轻缓抓取迅速松开，系统采用了节流效果不等的两个单向节流阀。当得电时，工作液体经由节流阀进入柱塞缸，实现手爪的轻缓抓紧当失电时，工作液体进入柱塞缸中，实现手爪迅速松开。另外，由于机械手垂直升降缸在工作时其下降方向与负荷重力作用方向致，下降时有使运动速度加快的趋势，为使运动过程的平稳，同时尽量减小冲击振动，保证系统的安全性，采用构成的平衡回路相升降油缸下腔提供定的排油背压，以平衡重力负载。图机械手的液压系统原理图确定液压系统的主要参数液压系统的主要参数是压力和流量，他们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。压力决定于外载荷，流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。.计算液压缸的总机械载荷根据机构的工作情况液压缸所受的总机械载荷为式中，为外加的载荷，因为水平方无外载荷，故为为活塞上所受的惯性力为密封阻力为导向装置的摩擦阻力为回油被压形成的阻力的计算式中，为液压缸所要移动的总重量，取为为重力加速度，为速度变化量启动或制动时间，般为，取.将各值带入上式，得.的计算式中，克服液压缸密封件摩擦阻力所需空载压力，如该液压缸工作压力，查相关手册取.为进油工作腔有效面积启动时运动时的计算机械手水平方向上有两个导杆，内导杆和外导套之间的摩擦力为式中，为机械手和所操作工件的总重量，取为为摩擦系数，取.带入数据计算得的计算回油背压形成的阻力按下式计算式中，为回油背压，般为，取.为有杆腔活塞面积，考虑两边差动比为将各值带入上式有，分析液压缸各工作阶段受力情况，作用在活塞上的总机械载荷为。.手爪执行液压缸工作压力计算手爪要能抓起工件必须满足式中，为所需夹持力安全系数，通常取.为动载系数，主要考虑惯性力的影响可按估算，为机械手在搬运工件过程的加速度为重力加速度方位系数，查表选取被抓持工件的重量带入数据，计算得理论驱动力的计算式中，为柱塞缸所需理论驱动力为夹紧力至回转支点的垂直距离为扇形齿轮分度圆半径为手指夹紧力齿轮传动机构的效率，此处选为.其他同上。带入数据，计算得计算驱动力计算公式为机床上下料机械手设计摘要机床,上下,机械手,设计,毕业设计,全套,图纸第章绪论.选题背景机械手是在自动化生产过程中使用的种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化自动化生产过程中发展起来的种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手能代替人类完成危险重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运装卸，特别是在自动化数控机床组合机床上使用更普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统和柔性制造单元中个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。.设计目的本设计通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科四年的所学知识进行整合，完成个特定功能特殊要求的数控机床上下料机械手的设计，能够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，能够实现理论和实践的有机结合。目前，在国内很多工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。为了提高生产加工的工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统,适应现代自动化大生产,针对具体生产工艺,利用机器人技术，设计用台装卸机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。本机械手主要与数控车床数控铣床，加工中心等组合最终形成生产线，实现加工过程上料加工下料的自动化无人化。目前，我国的制造业正在迅速发展，越来越多的资金流向制造业，越来越多的厂商加入到制造业。本设计能够应用到加工工厂车间，满足数控机床以及加工中心的加工过程安装卸载加工工件的要求，从而减轻工人劳动强度，节约加工辅助时间，提高生产效率和生产力。.国内外研究现状和趋势目前，在国内外各种机器人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．机械结构向模块化可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机减速机检测系统三位体化由关节模块连杆模块用重组方式构造机器人整机。．工业机器人控制系统向基于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，控制柜日见小巧，且采用模块化结构大大提高了系统的可靠性易操作性和可维修性。．机器人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，装配焊接机器人还应用了视觉力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉声觉力觉触觉等多传感器的融合技术来进行决策控制多传感器融合配置技术成为智能化机器人的关键技术。．关节式侧喷式顶喷式龙门式喷涂机器人产品标准化通用化模块化系列化设计柔性仿形喷涂机器人开发，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．焊接搬运装配切割等作业的工业机器人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，大体是两个方向其是机器人的智能化，多传感器多控制器，先进的控制算法，复杂的