开题报告-数控机床装夹机械手的研制.doc

三江学院毕业设计（论文）开题报告题目 数控机床装夹机械手的研制学生姓名、学号专业机械设计制造及其自动化（数控技术）指导教师姓名职称副教授一 研究的背景、意义、文献综述机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手其实在人类科技发展史上早有先例。早在三国的时候，诸葛亮发明的木牛流马就是中国古代智能的结晶，其实木牛流马准确的说应该是机器人，但正是这些机器人的研究才有了后来得机械手。到1954年，电子科学家德沃尔获得了一项“可编程序机械手”的专利，这是一种向人手臂得机械手，他按程序进行工作，这种程序可以根据不同的工作要求来编制，因此，具有通用性和灵活性，由此热衷于机器人研究的物理学家英格伯格想到如果能制造出这样的机器人，可以像人一样学习别人干活的样子，那将是一件壮举。经过几十年发展现已经出现了很多类型的机械手，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。 很多企业也致力于机械手的研发上，比如上海瓦科自动化设备有限公司，淇位于上海历史悠久的工业生产基地杨浦区，是一家专业从事工业自动化设备的研发、制造、销售为一体的高科技企业。其生产的机械手有铁板搬运机械手，不锈钢搬运机械手及塑料板搬运机械手。上海兰凯机械制造有限公司也是一家专门致力于机械手的研发和制造的厂家，主要承接助力机械手，吊具，工件装夹集生产流水线的设计和制造。另外国内还有不少厂家也进行机械手的研发与制造，例如青岛鑫环机械有限公司，青岛海尔机器人有限公司，富井机械人有限公司。随着整个制造业向着信息化，智能化，集成化，自动化的方向的发展。在加工零件的时候，我们如果能在工件的装夹，加工，传递工件，包装上都能实现自动化。那对整个生产率的提高是很大作用，而且可以节省很多劳动力，而将其注入到其他事情中，那我们就会有更多的精力来专注高新技术的研发上，来创造更多的新的成果。本课题就是在数控机床上设计装夹机械手，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能有效节约劳动力，提高生产效率。 因而，如果能在工件装夹的环节上实现自动化，将会大大缩减繁杂的手工动作，提高工作效率和工作质量。目前，我国的机械手行业已经取得了长足的进步，在很多领域已经大量用到了机械手，但是我们必须清楚，我们同一些发达国家还是有着不小的差距，尽管我们也能生产制造处机械手，但是我们的成本明显过高，而且技术上也处于劣势，正是如此，在机械手的运行精度，可靠性，通用性等衡量指标上面，要远远落后与发达国家，比如美国，日本，德国等。由于机械手行业需要扎实的理论基础，过硬的实践经验和很高的科技水平，所以，我们国家要想在机械手行业取得更大的突破，就必须加大和深入对机械手的理论研究，投入更多的经费到机械手设计上来，并大力发展科技。由于能力及时间所限，我们设计的机械手不可能能达到上述效果，但是，我们设计的机械手是从简单，经济，实用的角度出发，开发出一类适用与中小型企业的数控机床上的装夹机械手。只要设计的足够好，我们就能完全盘活中小型企业的积极性，从而提高生产效率，这样，中小型企业也能得到发展。仅仅是大企业的发展是远远不够的，机械手行业乃至制造业的发展的一个重要标志就是：产品的适应性广，普遍性强。二 课题研究的基本内容、重点难点及要解决的主要问题2.1基本内容本论文的初期准备工作：（1）查询，获得机械手设计所需要的第一手资料（一些原始数据等）；（2）熟悉CAXA,CAD,PRO/E等制图软件，为后期设计绘图做准备；（3）了解机械手的基本结构组成，查阅相关资料，为后期结构分析做铺垫。主要研究内容：（1）综合考虑各种因素，合适的选择机械手基本组成中的一些元件；（2）通过方案论证，确定装夹机械手设计的最优方案；（3）对机械手进行机构分析，全方位考虑结构安排的合理性，可靠性，稳定性；（4）确定机械手的最佳安放位置；（5）考虑机械手手爪部分的通用性，尽量实现不同数控机床上却可以用同类机械手的可能性。机械手按控制形式可分为两类：点位控制型和连续轨迹控制型。 （1）点位控制型机械手的运动轨迹是空间两个点之间的连接。控制点数越多，性能越好。通过比较分析点位控制型基本能满足各种要求，且结构简单。 (2) 连续轨迹控制型机械手的运动轨迹是空间的任意连续曲线，它能在三维空间里做很复杂的动作，工作性能比较完善，但控制部分较复杂。对于我们设计的用于数控机床上的装夹机械手来说，由于机械手只在送料线，卸料线和数控机床上的几个固定位置轮回旋转，因此，我们选择点位控制型机械手就能达到要求。手臂的坐标形式主要有四种基本形式：直角坐标式，圆柱坐标式，球坐标式，关节坐标式。（1）直角坐标式机械手：是一种适合于工作位置成行排列或者与传送带配合使用的一种机械手。它的手臂按照直角坐标中的X,Y,Z三个方向运动，其工作范围只能是直线形式的来回运动(2) 圆柱坐标式机械手：是应用得最多的一类机械手，主要用于搬运与测量工件。直观性好，结构简单，本体占用的空间较小，但动作范围较大。（3）球坐标式机械手：它的自由度比较多，应用也较广，主要用于一些较困难的场所，能够完成较复杂的动作。（4）关节坐标式机械手：是一种适用于靠近机体操作的传动形式。它像人手一样有肘关节，可实现多个自由度，动作比较灵活，适合与在狭窄空间工作。综合动作范围，复杂性和经济性等方面考虑，圆柱坐标式机械手是我们最优化的选择。2.2主要问题1总体方案确定，其要求见效尺寸，节约成本，有实用性。2关于摆动汽缸的选择问题，设计的数控装夹机械手只是在四个位置轮回旋转。3所夹持工件的长度和大小的确定，装夹机械手有通用性，但通用性也是有限度的，并非什么样大小的工件都能夹持。三 课题研究计划与写作提纲（1）设计步骤：收集设计资料根据所给定的参数制定总体设计方案完成总装图及部装图完成零件图编写设计说明书。(2)2014年 2月24日-2014年 3月 10 日：下达设计任务书，明确任务，熟悉课题，收集资料，上交外文翻译和开题报告。2014年 3月11 日2014年 4 月 14 日：制定总体方案和设计计算，绘制总装图草图。2014年4月 15日-2014年 4月 21日：中期检查与整改。2014年 4 月22日-2014年 5 月26 日：修改并完成总装图及部装图，完成有关零件图的设计，编写设计说明书。2014年5月 27日-2014年6 月 2 日：打印、装订、评阅、答辩资格审查。2014年 6月 3日2014年 6 月 14 日：毕业答辩。（3）写作提纲第1章 概 述1.1 引言1.2 一些软件在机械手设计中的应用1.3研究内容与意义1.3.1课题的来源1.3.2 研究的意义1.3.3 主要研究内容第2章 数控装夹机械手的总体方案设计2.1数控装夹机械手的原理设计2.1.1 基本设计思想2.1.2基本设计步骤2.1.3机械手的工作流程2.1.4 机械手传动原理2.2机械手控制方案选择2.2.1控制形式的选择2.2.2手臂的坐标形式选择2.3机械手的总体构成第3章 数控机床装夹机械手的详细设计3.1手爪部分结构设计与选材3.1.1手爪的装配结构3.1.2手爪的工作过程3.1.3各部件的选材3.2手臂的组成与结构分析3.2.1 前臂的组成与结构分析3.2.2 中臂的组成与结构设计3.3 底座的组成与结构设计3.4 立柱的组成与结构设计3.4.1 上立柱的组成与结构设计3.4.2 下立柱的组成与结构设计3.5可调支撑的组成与结构设计3.5.1可调支撑的结构分析与作用3.5.2可调支撑的工作原理：3.5.3可调支撑的选材。第4章 设计中关键技术和解决方法4.1 遇到的问题：4.1.1 关于摆动汽缸4.1.2所夹持工件的长度和大小的确定4.2 解决方法4.2.1 摆动汽缸4.2.2 所夹持工件长度及大小的确定第5章 结论与展望5.1 结论5.2 展望致谢参考文献1 王之栎，王大康，机械设计综合课程设计机械工业出版社，20062殷际英，何广平.关节型机器人.北京：化学工业出版社，20033张玉茹，李继婷，李剑锋.机器人灵巧手. 北京：机械工业出版社，20074马履中，周建忠.机器人与柔性制造系统.北京：化学工业出版社，20075濮良贵，纪名刚.机械设计.北京：高等教育出版社，20016Edan,Y., Rogozin,D.,Flash,T.,Miles,G.E.(200).Robotic melon harvesting.IEEE Transactions on Robotics and Automation,16(6),821-835.7日本机器人学会.机器人技术手册.北京：科学出版社，20078王积伟，章宏甲，黄谊. 液压与气压传动.北京：机械工业出版社，20059藤森洋三日本. 机构设计. 北京：机械工业出版社，199010西北工业大学工程制图教研室.画法几何及机械制图.西安：陕西科学技术出版社，199811张世昌，李旦，高航.机械制造技术基础.北京：高等教育出版社，200112王太辰.中国机械设计大典：第五卷.江西：江西科学技术出版社，2