机床上般可以加工各种回转表面，如内外圆柱面圆锥面成形回转表面及螺纹表面等。在数控车床上还可以加工高精度的曲面与端面螺纹。用的刀具主要是车刀各种孔加工工具钻头铰刀镗刀等及螺纹刀具。车床主要用于加工各种轴类套筒类和盘类零件上的回转表面。数控车床加工零件的尺寸精度可达，表面粗糙度可达.以下。数控车床的种类很多，各种卧式车床都有数控化的。数控车床主要可分为数控卧式车床数控立式车床和数控专用车床数控凸轮车床数控曲轴车床数控丝杠车床等或分为普通数控车床和车削加工中心。数控车床与卧式车床相比，有以下几个特点高精度数控车床控制系统的性能不断提高，机械结构不断完善，机床精度日益提高。高效率随着新刀具材料的应用和机床结构的完善，数控车床的加工效率主轴转速传动功率不断提高，使得新型数控车床的空转动时间大为缩短。其加工效率比卧式车床高倍。加工零件形状越复杂，越体现出数控车床的高效率加工特点。高柔性数控车床具有高柔性，适应以上的多品种小批量零件的自动加工。高可靠性随着数控系统的性能提高，数控车床的无故障工作时间迅速提高。工艺能力强数控车床既能用于粗加工又能用于精加工，可以在次装夹中完成零件全部或大部分工序。模块化设计数控车床的设计多采用模块化原则设计。现在，数控车床技术还在不断向前发展着。随着数控系统，机床结构和刀具材料的技术发展，数控车床将向高速化发展，进步提高主轴转速刀具快速移动以及转位换刀速度工艺和工序将更加复合化和集中化数控车床向多主轴多刀架加工方向发展为实现长时间无人化全自动操作，数控车床向全自动化方向发展机床的加工精度向更高方向发展。同时，数控车床也向简易型发展。气动,自由度,机械手,结构设计,毕业设计,全套,图纸摘要针对数控车床设计的种套类零件自动上下料机构，实现了坯料的抓取自动定位夹紧以及工件的回放。该机构主要由自动安装夹具，坯料工件拾取机械手，动力及控制系统组成。零件的自动定位夹紧由弹簧涨胎心轴实现，涨胎心轴是以工件的内孔表面定位，由气缸驱动弹性筒夹向外扩涨，实现工件的定位和夹紧的。坯料工件的拾取回放是由单臂形式的机械手通过伸缩旋转以及俯仰等运动实现的，这些运动均由气缸驱动获得。本设计中，为实现工件的自动上下料，单臂机械手的运动与涨胎心轴的张合需进行紧密配合。考虑到所夹持工件的实际尺寸质量等因素，本机构采用气动夹具电气控制实现了坯料和工件的拾取安装回放过程的自动完成。本文对气动机械手进行总体方案设计，确定了机械手的坐标形式和自由度。同时，设计了机械手的夹持式手部结构。关键词自动上下料气动机械手气动夹具套类零件目录摘要第章概述.气动四自由度机械手结构设计的背景与目的数控机床.气动四自由度机械手结构设计的意义第章总体方案设计.方案设计概述方案设计.明确设计要求.功能分析.功能原理设计技术设计.确定基本技术参数.机械结构设计.驱动方式的确定电动机驱动气压驱动.本章小结第章气缸夹紧设计.夹紧力的确定.夹紧气缸的设计计算.本章小结第章机械手设计.运动分析.结构设计手部设计.概述.机械式手抓设计.夹紧气缸的设计计算臂部设计.臂部设计的基本要求.手臂直线运动机构.手臂伸缩运动气缸的设计计算机身设计.概述.臂部俯仰运动气缸的设计计算.回转运动气动装置的设计计算.本章小结结论致谢附录附录第章概述.气动四自由度机械手结构设计的背景与目的数控机床数控机床是种以数字量作为指令信息形式，通过电子计算机或专用计算机装置控制的机床，是在机电体化技术的基础上发展起来的种灵活而高效的自动化机床，在机械行业中得到了日益广泛的应用，因为它具有如下的特点适应性强适应性即所谓的柔性，是指数控机床随生产对象变化而变化的适应能力。在数控机床上进行产品加工，当产品改变时，仅仅需要改变数控设备的输入程序即工作程序，又称用户软件就能适应新产品的生产需要，而不需改变机械部分和控制部分的硬件，而且生产过程是自动完成的。这点不仅满足了当前产品更新更快的市场竞争需要，而且较好的解决了单件小批量多变产品的自动化生产问题。适应性强是数控机床最突出的优点，也是数控机床得以生产和迅速发展的主要原因。能实现复杂的运动普通台单臂机械手同时承担工件的上下料运动，比采用两台单臂机械手的优点在于，结构简单紧凑，定位精度高，维修方便。在本设计中，驱动系统为机床夹具和机械手提供运动的动力，是动力源。驱动系统按驱动介质的不同，可以分为液压驱动气压驱动电机驱动机械传动，也可以采用几种方式联合驱动。经过分析比较，本设计采用气压驱动控制机床夹具和机械手。同其他驱动方式相比，气压驱动具有以下优点动力源为压缩空气，成本低，而且维护保养容易，无污染等。电控线路辅助气压回路控制机械手自动完成工件的上下料。机械手的电控系统有多种类型，除专用机械手外，大多数要专门进行电控系统地设计。根据控制程序的不同，电控方式分为固定程序，包括继电器线路，半导体逻辑线路可编程序，包括顺序控制器，示教再现式计算机。在本设计中，因为是专用机械手，考虑到实际的生产情况，要求设备的使用寿命高，工作可靠，成本低，经过分析比较，采用半导体逻辑线路控制机械手和机床夹具，在工作精度定的前提下，半导体逻辑不仅能满足生产的实际需要，而且价格较低，并且在必要时可以改换成单片机控制。综上所述，启动工作后，机械手臂伸长，手爪抓取坯料，手臂上仰定角度，逆时针旋转，将工件送入夹具夹紧后，手爪松开，手臂缩回落下后完成上料动作机床加工完工件后，机械手臂再次上仰后伸长，手爪夹紧工件，夹具松开，机械手顺时针旋转后，手臂俯下相同角度后，将工件放在料台上，手臂缩回到初始位置，从而完成下料动作。.结构设计手部设计.概述手爪应具有定的通用性，其主要功能是抓住工件，握持工件和释放工件。手爪按夹持原理可以分为机械类，磁力类和真空类三种。机械类手爪有靠摩擦力夹持和吊钩承重两类，前者是有指手爪，后者是无指手爪。产生夹紧力的驱动源可以有气动液动电动和电磁四种。磁力类手爪主要是磁力吸盘，有电磁吸盘和永磁吸盘两类。真空类手爪是真空式吸盘，根据形成真空的原理可以分为真空吸盘气流负压吸盘挤气负压吸盘三种。磁力手爪及真空手爪是无指手爪。机械手爪按手指数目分为二指手爪和多指手爪，按手指关节分为单关节手指手爪和多关节手指手爪。手爪按智能化分为普通式手爪手爪不具备传感器和智能化手爪手爪具备种或多种传感器，如力传感器触觉传感器滑觉传感器等。其应用类型大致可分为普通交直流电动机驱动直流伺服电动机驱动交流伺服电动机驱动步进电动机驱动等。普通交直流电动机驱动需加减速装置，输出力矩大，但控制性能差，惯性大，适用于中型或重型机器人。伺服电动机和步进电动机输出力矩相对小，控制性能好，可实现速度和位置的精确控制，适用于中小型机器人。交直流伺服电动机般用于闭环控制系统，而步进电动机则主要用于开环控制系统，般用于速度和位置精度要求不高的场合。电动机使用简单，且随着材料性能的提高，电动机性能也逐渐提高。电力驱动因有不需能量转换控制灵活使用方便噪声较低起动力矩大等优点而被广泛选用。气压驱动气压传动是以压缩空气为工作介质进行能量传递和信号传递的。气压传递的工作原理是利用空压机把电动机或其它原动机输出的机械能转化为压力能，然后在控制元件的作用下，通过执行元件把压力能转换为直线运动或回转运动形式的机械能，从而完成各种动作，并对外做功。气动技术在国外发展很快，在国内也被广泛应用于机械电子轻工纺织食品医药包装冶金石化航空交通运输等各个工业部门。气动机械手组合机床加工中心生产自动线自动检测和实验装置等已大量涌现，它们在提高生产效率自动化程度产品质量工作可靠性和实现特殊工艺等方面显现出极大的优越性。这主要是因为气压传动与机械电气液压传动传动相比有以下特点。气压传动的优点工作介质是空气，与液压油相比可节约能源，而且取之不尽用之不竭。气体不易堵塞流动通道，用过后可将其随时排入大气中，不污染环境空气的特性受温度影响小。在高温下能可靠地工作，不会发生燃烧或爆炸。且温度变化时，对空气的粘度影响极小，故不会影响传动性能空气的粘度很小约为液压油的万分之，所以流动阻力小，在管道中流动的压力损失较小，所以便于集中供应和远距离输送相对液压传动而言，气动动作迅速反应快，般只需就可达到工作压力和速度。液压油在管路中流动速度般为，而气体的流速最小也大于，有时甚至达到音速，排气时还达到超音速气体压力具有较强的自保持能力，即使压缩机停机，关闭气阀，但装置中仍然可以维持个稳定的压力。液压系统要保持压力，般需要能源泵继续工作或另加蓄能器，而气体通过自身的膨胀性来维持承载缸的压力不变气动元件可靠性高寿命长。电气元件可运行百万次，而气动元件可运行万次工作环境适应性好，特别是在易燃易爆多尘埃强磁辐射振动等恶劣随着工业自动化程度的提高，工业现场的很多重体力劳动必将有机器代替，这方面可以减轻工人的劳动强度，另方面可以大大提高劳动生产率。随着机械制造业的日益发展和数控车床的普及使用，工件的装夹往往成为制约提高加工效率的主要原因，而普通车床常用的夹紧送料方式是采用手工送料，利用装在机床主轴法兰上的三爪卡盘或四爪卡盘进行夹紧工件，装夹时间较长，工人的劳动强度大。对于数控车床而言，人工装夹时间往往比加工时间还长，为此，在数控车床上曾开发出液压或电机夹紧送料装置。液压夹紧装置虽然体积小，但必须每台车床配备套液压站，所以其成本较高，且送料机构采用重物提拉方法，结构大，占用地方多，另外液压站使用的介质为液压油，维护保养时易污染环境等。电机夹紧装置的体积较液压夹紧装置稍微大些，较经济，但般只有夹紧装置而只有送料装置，使数控车床无法实现自动连续工作，从而降低了数控车床的加工效率。套类零件自动上下料机构主要包括自动安装夹具，坯料工件拾取机械手，动力及控制系统。在数控车床加工过程中，该机构用于实现坯料的抓取自动定位夹紧以及工件的回放等功能，可以实现数控车床的自动连续工作，操作简便，大幅度提高了工作效率和加工的自动化程度。.气动四自由度机械手结构设计的意义该机械手利用压缩空气作为动力源，取之不尽，用之不竭，可以节约能源，气体不易堵塞流动通道，用过后可随时排入，不污染环境，成本较低，维护保养容易气动动作迅速，反应快，气动机械手与气动夹具相互配合工作，能够实现数控车床的自动连续工作，从而提高了加工成本，降低了工人的劳动强度。第章总体方案设计.方案设计概述机械产品的设计过程由三个相互影响的步骤组成，称为方案设计阶段或称概念设计阶段技术设计阶段或称初步设计阶段和施工设计阶段或称详细设计阶段。方案设计方案设计阶段的主要任务是根据计划任务书，在经调研进步确定设计要求的基础上，通过创造性思维和试验研究克服技术难关，经过分析综合与技术经济评价，使构思和目标完善化，从而确定出产品的工作原理与总体设计方案。.明确设计要求设计要求主要是功能要求使用性能要求工况适应性要求宜人性要求外观要求环境适应性要求工艺性要求法规与标准化要求经济性要求等等。.功能分析技术系统是由构造体系和功能体系构成的。建立构造体系是为了实现功能要求。对技术系统从功能体系入手进行分析，有利于摆脱现有结构的束缚，形成新的更好的方案。功能分析的目标是通过分析，建立对象系统的功能结构，通过局部功能的联系，实现系统的总功能。功能分析过程是设计人员初步酝酿功能原理设计方案的过程。通机床难以实现或根本无法实现轨迹为三次以上的曲线或曲面的运动，如螺旋桨汽轮机叶片之类的空间曲面而数控机床则可以实现几乎是任意轨迹运动和任何形状的空间曲面，适用于复杂异型零件的加工。加工精度高，产品质量稳定数控机床是按照预定程序自动工