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（全套CAD）氣動四自由度機械手結構設計（終稿）

機床上般可以加工各種回轉表面，如內外圓柱面圓錐面成形回轉表面及螺紋表面等。在數控車床上還可以加工高精度的曲面與端面螺紋。用的刀具主要是車刀各種孔加工工具鉆頭鉸刀鏜刀等及螺紋刀具。車床主要用于加工各種軸類套筒類和盤類零件上的回轉表面。數控車床加工零件的尺寸精度可達，表面粗糙度可達.以下。數控車床的種類很多，各種臥式車床都有數控化的。數控車床主要可分為數控臥式車床數控立式車床和數控專用車床數控凸輪車床數控曲軸車床數控絲杠車床等或分為普通數控車床和車削加工中心。數控車床與臥式車床相比，有以下幾個特點高精度數控車床控制系統的性能不斷提高，機械結構不斷完善，機床精度日益提高。高效率隨著新刀具材料的應用和機床結構的完善，數控車床的加工效率主軸轉速傳動功率不斷提高，使得新型數控車床的空轉動時間大為縮短。其加工效率比臥式車床高倍。加工零件形狀越復雜，越體現出數控車床的高效率加工特點。高柔性數控車床具有高柔性，適應以上的多品種小批量零件的自動加工。高可靠性隨著數控系統的性能提高，數控車床的無故障工作時間迅速提高。工藝能力強數控車床既能用于粗加工又能用于精加工，可以在次裝夾中完成零件全部或大部分工序。模塊化設計數控車床的設計多采用模塊化原則設計?，F在，數控車床技術還在不斷向前發展著。隨著數控系統，機床結構和刀具材料的技術發展，數控車床將向高速化發展，進步提高主軸轉速刀具快速移動以及轉位換刀速度工藝和工序將更加復合化和集中化數控車床向多主軸多刀架加工方向發展為實現長時間無人化全自動操作，數控車床向全自動化方向發展機床的加工精度向更高方向發展。同時，數控車床也向簡易型發展。氣動,自由度,機械手,結構設計,畢業設計,全套,圖紙摘要針對數控車床設計的種套類零件自動上下料機構，實現了坯料的抓取自動定位夾緊以及工件的回放。該機構主要由自動安裝夾具，坯料工件拾取機械手，動力及控制系統組成。零件的自動定位夾緊由彈簧漲胎心軸實現，漲胎心軸是以工件的內孔表面定位，由氣缸驅動彈性筒夾向外擴漲，實現工件的定位和夾緊的。坯料工件的拾取回放是由單臂形式的機械手通過伸縮旋轉以及俯仰等運動實現的，這些運動均由氣缸驅動獲得。本設計中，為實現工件的自動上下料，單臂機械手的運動與漲胎心軸的張合需進行緊密配合?？紤]到所夾持工件的實際尺寸質量等因素，本機構采用氣動夾具電氣控制實現了坯料和工件的拾取安裝回放過程的自動完成。本文對氣動機械手進行總體方案設計，確定了機械手的坐標形式和自由度。同時，設計了機械手的夾持式手部結構。關鍵詞自動上下料氣動機械手氣動夾具套類零件目錄摘要第章概述.氣動四自由度機械手結構設計的背景與目的數控機床.氣動四自由度機械手結構設計的意義第章總體方案設計.方案設計概述方案設計.明確設計要求.功能分析.功能原理設計技術設計.確定基本技術參數.機械結構設計.驅動方式的確定電動機驅動氣壓驅動.本章小結第章氣缸夾緊設計.夾緊力的確定.夾緊氣缸的設計計算.本章小結第章機械手設計.運動分析.結構設計手部設計.概述.機械式手抓設計.夾緊氣缸的設計計算臂部設計.臂部設計的基本要求.手臂直線運動機構.手臂伸縮運動氣缸的設計計算機身設計.概述.臂部俯仰運動氣缸的設計計算.回轉運動氣動裝置的設計計算.本章小結結論致謝附錄附錄第章概述.氣動四自由度機械手結構設計的背景與目的數控機床數控機床是種以數字量作為指令信息形式，通過電子計算機或專用計算機裝置控制的機床，是在機電體化技術的基礎上發展起來的種靈活而高效的自動化機床，在機械行業中得到了日益廣泛的應用，因為它具有如下的特點適應性強適應性即所謂的柔性，是指數控機床隨生產對象變化而變化的適應能力。在數控機床上進行產品加工，當產品改變時，僅僅需要改變數控設備的輸入程序即工作程序，又稱用戶軟件就能適應新產品的生產需要，而不需改變機械部分和控制部分的硬件，而且生產過程是自動完成的。這點不僅滿足了當前產品更新更快的市場競爭需要，而且較好的解決了單件小批量多變產品的自動化生產問題。適應性強是數控機床最突出的優點，也是數控機床得以生產和迅速發展的主要原因。能實現復雜的運動普通臺單臂機械手同時承擔工件的上下料運動，比采用兩臺單臂機械手的優點在于，結構簡單緊湊，定位精度高，維修方便。在本設計中，驅動系統為機床夾具和機械手提供運動的動力，是動力源。驅動系統按驅動介質的不同，可以分為液壓驅動氣壓驅動電機驅動機械傳動，也可以采用幾種方式聯合驅動。經過分析比較，本設計采用氣壓驅動控制機床夾具和機械手。同其他驅動方式相比，氣壓驅動具有以下優點動力源為壓縮空氣，成本低，而且維護保養容易，無污染等。電控線路輔助氣壓回路控制機械手自動完成工件的上下料。機械手的電控系統有多種類型，除專用機械手外，大多數要專門進行電控系統地設計。根據控制程序的不同，電控方式分為固定程序，包括繼電器線路，半導體邏輯線路可編程序，包括順序控制器，示教再現式計算機。在本設計中，因為是專用機械手，考慮到實際的生產情況，要求設備的使用壽命高，工作可靠，成本低，經過分析比較，采用半導體邏輯線路控制機械手和機床夾具，在工作精度定的前提下，半導體邏輯不僅能滿足生產的實際需要，而且價格較低，并且在必要時可以改換成單片機控制。綜上所述，啟動工作后，機械手臂伸長，手爪抓取坯料，手臂上仰定角度，逆時針旋轉，將工件送入夾具夾緊后，手爪松開，手臂縮回落下后完成上料動作機床加工完工件后，機械手臂再次上仰后伸長，手爪夾緊工件，夾具松開，機械手順時針旋轉后，手臂俯下相同角度后，將工件放在料臺上，手臂縮回到初始位置，從而完成下料動作。.結構設計手部設計.概述手爪應具有定的通用性，其主要功能是抓住工件，握持工件和釋放工件。手爪按夾持原理可以分為機械類，磁力類和真空類三種。機械類手爪有靠摩擦力夾持和吊鉤承重兩類，前者是有指手爪，后者是無指手爪。產生夾緊力的驅動源可以有氣動液動電動和電磁四種。磁力類手爪主要是磁力吸盤，有電磁吸盤和永磁吸盤兩類。真空類手爪是真空式吸盤，根據形成真空的原理可以分為真空吸盤氣流負壓吸盤擠氣負壓吸盤三種。磁力手爪及真空手爪是無指手爪。機械手爪按手指數目分為二指手爪和多指手爪，按手指關節分為單關節手指手爪和多關節手指手爪。手爪按智能化分為普通式手爪手爪不具備傳感器和智能化手爪手爪具備種或多種傳感器，如力傳感器觸覺傳感器滑覺傳感器等。其應用類型大致可分為普通交直流電動機驅動直流伺服電動機驅動交流伺服電動機驅動步進電動機驅動等。普通交直流電動機驅動需加減速裝置，輸出力矩大，但控制性能差，慣性大，適用于中型或重型機器人。伺服電動機和步進電動機輸出力矩相對小，控制性能好，可實現速度和位置的精確控制，適用于中小型機器人。交直流伺服電動機般用于閉環控制系統，而步進電動機則主要用于開環控制系統，般用于速度和位置精度要求不高的場合。電動機使用簡單，且隨著材料性能的提高，電動機性能也逐漸提高。電力驅動因有不需能量轉換控制靈活使用方便噪聲較低起動力矩大等優點而被廣泛選用。氣壓驅動氣壓傳動是以壓縮空氣為工作介質進行能量傳遞和信號傳遞的。氣壓傳遞的工作原理是利用空壓機把電動機或其它原動機輸出的機械能轉化為壓力能，然后在控制元件的作用下，通過執行元件把壓力能轉換為直線運動或回轉運動形式的機械能，從而完成各種動作，并對外做功。氣動技術在國外發展很快，在國內也被廣泛應用于機械電子輕工紡織食品醫藥包裝冶金石化航空交通運輸等各個工業部門。氣動機械手組合機床加工中心生產自動線自動檢測和實驗裝置等已大量涌現，它們在提高生產效率自動化程度產品質量工作可靠性和實現特殊工藝等方面顯現出極大的優越性。這主要是因為氣壓傳動與機械電氣液壓傳動傳動相比有以下特點。氣壓傳動的優點工作介質是空氣，與液壓油相比可節約能源，而且取之不盡用之不竭。氣體不易堵塞流動通道，用過后可將其隨時排入大氣中，不污染環境空氣的特性受溫度影響小。在高溫下能可靠地工作，不會發生燃燒或爆炸。且溫度變化時，對空氣的粘度影響極小，故不會影響傳動性能空氣的粘度很小約為液壓油的萬分之，所以流動阻力小，在管道中流動的壓力損失較小，所以便于集中供應和遠距離輸送相對液壓傳動而言，氣動動作迅速反應快，般只需就可達到工作壓力和速度。液壓油在管路中流動速度般為，而氣體的流速最小也大于，有時甚至達到音速，排氣時還達到超音速氣體壓力具有較強的自保持能力，即使壓縮機停機，關閉氣閥，但裝置中仍然可以維持個穩定的壓力。液壓系統要保持壓力，般需要能源泵繼續工作或另加蓄能器，而氣體通過自身的膨脹性來維持承載缸的壓力不變氣動元件可靠性高壽命長。電氣元件可運行百萬次，而氣動元件可運行萬次工作環境適應性好，特別是在易燃易爆多塵埃強磁輻射振動等惡劣隨著工業自動化程度的提高，工業現場的很多重體力勞動必將有機器代替，這方面可以減輕工人的勞動強度，另方面可以大大提高勞動生產率。隨著機械制造業的日益發展和數控車床的普及使用，工件的裝夾往往成為制約提高加工效率的主要原因，而普通車床常用的夾緊送料方式是采用手工送料，利用裝在機床主軸法蘭上的三爪卡盤或四爪卡盤進行夾緊工件，裝夾時間較長，工人的勞動強度大。對于數控車床而言，人工裝夾時間往往比加工時間還長，為此，在數控車床上曾開發出液壓或電機夾緊送料裝置。液壓夾緊裝置雖然體積小，但必須每臺車床配備套液壓站，所以其成本較高，且送料機構采用重物提拉方法，結構大，占用地方多，另外液壓站使用的介質為液壓油，維護保養時易污染環境等。電機夾緊裝置的體積較液壓夾緊裝置稍微大些，較經濟，但般只有夾緊裝置而只有送料裝置，使數控車床無法實現自動連續工作，從而降低了數控車床的加工效率。套類零件自動上下料機構主要包括自動安裝夾具，坯料工件拾取機械手，動力及控制系統。在數控車床加工過程中，該機構用于實現坯料的抓取自動定位夾緊以及工件的回放等功能，可以實現數控車床的自動連續工作，操作簡便，大幅度提高了工作效率和加工的自動化程度。.氣動四自由度機械手結構設計的意義該機械手利用壓縮空氣作為動力源，取之不盡，用之不竭，可以節約能源，氣體不易堵塞流動通道，用過后可隨時排入，不污染環境，成本較低，維護保養容易氣動動作迅速，反應快，氣動機械手與氣動夾具相互配合工作，能夠實現數控車床的自動連續工作，從而提高了加工成本，降低了工人的勞動強度。第章總體方案設計.方案設計概述機械產品的設計過程由三個相互影響的步驟組成，稱為方案設計階段或稱概念設計階段技術設計階段或稱初步設計階段和施工設計階段或稱詳細設計階段。方案設計方案設計階段的主要任務是根據計劃任務書，在經調研進步確定設計要求的基礎上，通過創造性思維和試驗研究克服技術難關，經過分析綜合與技術經濟評價，使構思和目標完善化，從而確定出產品的工作原理與總體設計方案。.明確設計要求設計要求主要是功能要求使用性能要求工況適應性要求宜人性要求外觀要求環境適應性要求工藝性要求法規與標準化要求經濟性要求等等。.功能分析技術系統是由構造體系和功能體系構成的。建立構造體系是為了實現功能要求。對技術系統從功能體系入手進行分析，有利于擺脫現有結構的束縛，形成新的更好的方案。功能分析的目標是通過分析，建立對象系統的功能結構，通過局部功能的聯系，實現系統的總功能。功能分析過程是設計人員初步醞釀功能原理設計方案的過程。通機床難以實現或根本無法實現軌跡為三次以上的曲線或曲面的運動，如螺旋槳汽輪機葉片之類的空間曲面而數控機床則可以實現幾乎是任意軌跡運動和任何形狀的空間曲面，適用于復雜異型零件的加工。加工精度高，產品質量穩定數控機床是按照預定程序自動工