（定稿）机床上下料机械手设计（CAD图纸+毕业论文）

当数控机床加工完个工件时，发送下料命令给机械手，机械手接到命令后，马上输出脉冲驱动机械手逆时针转动，当转过度到位后，停止输出脉冲，机械手停止转动下降电磁阀通电，同时手爪柱塞缸电磁阀也通电，机械手下降且张开手爪，下降到位后碰到下限行程开关，下降电磁阀断电，下降停止且手爪夹紧，夹紧已加工好的工件机床卡盘松开机械手开始前伸，将工件从机床上取出，准备运走上升电磁阀通电，机械手开始上升，上升到位后，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止输出高速脉冲，驱动机械手顺时针转动，当转过度到位后，停止输出脉冲，机械手停止转动下降电磁阀通电，机械手下降，下降到位后碰到下限行程开关，下降电磁阀断电，下降停止接着手爪柱塞缸电磁阀通电，手爪张开，放下工件准备离开接着上升电磁阀通电，机械手开始上升，上升到位后，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止同时手爪也闭合复原接着机械手水平手臂开始后缩，准备回原点，当后缩到位时，后缩停止，机械手回到原点，个上下料过程结束机械手在原点等待命令，准备下个工作循环。

机械手的每次循环都从原点位置开始动作。

机械手操作面板布置操作面板布置如图所示。

机械手的操作方式分为手动操作和自动操作两种工作方式可以选择。

.手动操作就是用按钮作机械手的每步运动进行单独的控制。

例如，当选择上下按钮时，按下启动按钮，机械手上升按下停止按钮时，机械手上升。

当选择逆转顺转按钮时，按下启动按钮，机械手顺时针转动，而按下停止按钮时，机械手逆时针转动。

同理，当选择夹紧放松按钮时，按下启动按钮，机械手爪夹紧，而按下停止按钮时，手爪松开。

图.自动操作机械手从原点开始，按下启动按钮，机械手的动作将自动的连续的周期性循环。

在工作中若按下停止按钮，机械手将继续完成个周期动作后，回到原点位置。

控制器的选型机械手控制系统的硬件设计上考虑到机械手工作的稳定性可靠性以及各种控制元件连接的灵活性和方便性，控制器选择有极高可靠性专门面向恶劣的工业环境设计开发的工业控制器，选择在国内应用较多的西门子型。

具体型号为。

图该机集成输入输出共个数字量点。

可连接个扩展模块，最大扩展至路数字量点或路模拟量点。

字节程序和数据存储空间。

个独立的高速计数器，路独立的高速脉冲输出，具有控制器。

个通讯编程口，具有通讯协议通讯协议和自由方式通讯能力。

端子排可很容易地整体拆卸。

是具有较强控制能力的控制器。

控制系统原理分析因为机械手作业时，取工件放工件，安装工件卸下工件都有定位精度的要求，所以在机械手控制中，除了要对垂直手臂执行手爪液压缸和腰部步进驱动进行开环控制外，还要水平手臂进行闭环伺服控制。

为了减少的点数，以伺服放大器作为闭环的比较点。

伺服放大器具有传感器反馈输入端，给定的输入信号和反馈信号进行比较后形成的控制信号经过调节和功率放大后，驱动电液伺服阀对液压缸进行伺服定位。

将上位机输入的给定信号转换为电压信号，输出至伺服放大器，由伺服放大器作为闭环比较点，组成模拟控制系统，如图所示。

这种方案使得控制量少尤其是模拟量，节省了系统资源，而且编程简单，不必过多考虑控制算法等优点，也是完全能满足工作要求的。

图水平手臂伺服定位控制原理图外部接线设计为适应水平手臂液压缸的伺服定位的控制要求，利用西门子，考虑到位移传感器和伺服放大器工作采用的都为模拟量，故增加个模拟量输出模块，鉴于伺服放大器和位移传感器的输入要求，的模拟量采用输入输出，各输入输出点及其接线如图所示。

的具体硬件接线图如下图所示详细的硬件设计见图纸图硬件接线图地址分配表输入元件地址分配明细表控制元件符号编程地址备注总停开关.按下停止工作启动开关.按下开始工作垂直缸上限行程开关.垂直缸下限行程开关.机床上下料命令开关.检测料架有无工件光电开关.常闭开关，闭合表示有工件控制面板上下选择开关.用于手动调整时控制面板夹紧松开选择开关.用于手动调整时控制面板顺逆选择开关.用于手动调整时控制面板手动工作选择开关.用于手动调整时控制面板自动工作选择开关.表输出元件地址分配明细表控制元件符号编程地址备注步进电机高速驱动脉冲输出.步进电机方向控制为顺时针，反之为逆时针垂直缸上升动作电磁阀.垂直缸下降动作电磁阀.手爪张开动作电磁阀.机械手原点状态指示灯.显示原点位置中断强制关机开关.用于中断控制.机械手控制系统软件设计机械手控制主程序流程图机械手控制主程序流程图如图所示图机械手控制主程序流程图机械手控制程序设计机械手控制系统的软件设计采用西门子的编程软件进行，通过编程给出具体控制程序梯形图并进行编译和调试。

得出了具体的程序梯形图，详细梯形图程序见附录。

图编程窗口技术经济性分析．般企业引进上下料机械手的做法是直接购买通用型机械手关节式，因为通用机械手能适用的范围比较广，柔性和灵活性都较大，功能较强，因此成本很高。

而作为上下料机械手在很多场合下，通用机械手是“大材小用”，很多功能和高精度都浪费了，形成经济损失。

这种现状急需改变。

．本设计摒弃了照搬照抄国外设计，不具体问题具体分析，不顾具体工作要求，味仿照国外原型，盲目选择高精度高性能高价格的先进元件和设备，从而导致很多功能根本用不着，“大材小用”，无谓的提高了成本，造成资源浪费的老设计“套路”和老方法。

在满足系统工艺要求的前提下，将机械手系统中相对独立的环节采用高性价比且相对简洁的结构形式和控制系统，采用模块化设计，大量采用标准化模块化的通用元配件，从而使成本大为降低，具有显著的技术经济性。

本设计符合国内般工厂加工车间的设备和生产条件的具体实情，符合我国现阶段的机械行业的实际国情，具有应用可推广性。

．本设计的机械手能够实现与数控机床相配合，实现加工过程中上下料的自动化无人化。

而且，只要把手爪的结构稍作改变，就可实现多种工件的自动上料。

它在实际生产中的应用推广必将提高产品的质量，并且节约能源，减轻工人的劳动强度，促进生产技术的进步。

具有很好的经济效益。

．本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。

有较高的灵活性，当机械手工艺流程改变时，只要对点的接线稍作修改，或继电器重新分配，程序中作简单修改，补充扩展即可。

机械手的速度步进电机运行所需的脉冲数都可以根据具体的工况进行设置，能够满足在定范围内数控上下料的多种作业要求，符合目前国内具体的生产加工水平，能满足般企业生产要求。

结论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所学知识进行整合，完成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。

本设计摒弃了照搬照抄国外设计，不具体问题具体分析，不顾具体工作要求，味仿照国外原型，盲目选择高精度高性能高价格的先进元件和设备，从而导致很多功能根本用不着，“大材小用”，无谓的提高了成本，造成资源浪费的老设计“套路”和老方法。

在满足系统工艺要求的前提下，将机械手系统中相对独立的环节采用高性价比且相对简洁的结构形式和控制系统，采用模块化设计，大量采用标准化模块化的通用元配件，从而使成本大为降低，具有显著的技术经济性。

本机械手能够实现与数控机床相配合，实现加工过程中上下料的自动化无人化。

而且，只要把手爪的结构稍作改变，就可实现多种工件的自动上料。

它在实际生产中的应用推广必将提高产品的质量，并且节约能源，减轻工人的劳动强度，促进生产技术的进步。

具有很好的经济效益。

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。

有较高的灵活性，当机械手工艺流程改变时，只要对点的接线稍作修改，或对重新分配，在控制