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本科毕业设计（论文）本科毕业设计(论文) 题目：数控卧式镗铣床刀库机械手升降机构设计与分析2013年05月本科毕业设计（论文）数控卧式镗铣床刀库机械手升降机构设计与分析摘要数控卧式机床的发展与应用，大大降低了零件的加工辅助时间，提高了生产效率。
随着数控机床的普及应用，机械加工的自动化程度大大提高，数控机床发展成了当今普遍应用的一种更新、更先进的制造设备。
加工中心带有刀库和自动换刀装置，可以实现按照预定程序对工件进行多工序加工。
数控卧式镗铣床是一种具有自动换刀装置和任意分度数控转台的数字控制机床，工件在一次装夹后能自动完成几个侧面的的多种工序的加工。
数控卧式镗铣床刀库机械手升降机构由液动机、滚珠丝杠副、减速齿轮、摩擦片式电磁离合器等构成。
了解刀库机械手升降机构的性能要求;了解刀库机械手升降机构的工作原理，进行结构设计和计算分析;液动机带动滚珠丝杠转动，带动手架运动，通过减速和离合器吸合，丝杠制动，使手架准确停在换刀位置，良好的结构设计能够实现刀库中刀具的快速更换，提高机床的加工效率。
关键词: 升降机构；JCS-013数控镗铣床；液动机；滚珠丝杠；手架；离合器；本科毕业设计（论文）CNC horizontal boring and milling machine tool storage manipulator lifting mechanism design and analysisAbstractWith the development of NC,the automatic tool changer system is more and more important in the modern advanced manufacture,because the ATC can shorten the cycle time of product manufacturing,improve the precision of product machining.The latest requirements of machine tool user comprise of diversification of control object,complexity of process,flexible of application and high reliability.The function of tool magazine is that stores the tool and moves the tool which will be used in the next manufacturing process to the right changeover position and robot will finish the change over tool.CNC horizontal boring and milling machine is a automatic tool change device and arbitrary indexing of digital control machine tool nc rotary table, After a clamping workpiece can automatically complete several profiles of a variety of machining process. CNC horizontal boring and milling machine tool storage manipulator lifting mechanism by the Liquid motive, The ball screw vice, Reduction ear, Friction plate electromagnetic clutch, etc. Understanding of knife library manipulator lifting mechanism performance requirements ,The understanding of the principle of operation of knife library manipulator lifting mechanism, Structure design and calculation analysis, Liquid motivation drives the ball screw rotation, lead frame hand movement, By slowing down and clutch and screw brake, make hand aircraft parked in knife position accurately,Good design can bring about quick replacement knife tool in library, improve the processing efficiency of machine tool.Key words:Lifting mechanism; CNC horizontal boring and milling machine ;Liquid motive ;Ball screw;Hand; Clutch;本科毕业设计（论文）目录1 绪论 (1)1.1数控镗铣床的结构组成 (1)1.2国内外数控机床的发展 (2)1.2.1国内外数控卧式镗铣床的现状 (2)1.3数控机床的发展趋势 (5)1.3.1高速化、高精度化、高可靠性 (5)1.3.2复合化 (6)1.3.3智能化 (6)1.3.4柔性化、集成化 (6)2数控卧式镗铣床刀库机械手升降机构设计 (7)2.1 设计目的 (7)2.2 设计内容 (7)2.3升降机构的组成和运动 (7)2.3.1升降机构的组成 (7)2.3.2 手架升降机构的运动 (8)3 升降机构驱动电机 (8)3.1 升降电机的选择 (9)3.1.1 升降电机的理论分析 (9)3.1.2升降电机的选择 (10)3.2 电机调速 (11)3.2.1 变频调速原理 (12)3.2.2变频器选型时要确定以下几点 (12)本科毕业设计（论文）4摩擦片式电磁离合器的选用 (13)4.1转矩特性 (14)4.2动作特性 (14)4.3散热特性与寿命 (14)4.4摩擦片式电磁离合器的测试方法 (15)4.4.1静力矩的测定 (15)4.4.2动力矩的测定 (15)4.4.3空转力矩的测定 (15)4.4.4残留力矩及力矩消灭时间的测定 (16)4.5选用电磁离合器的注意事项 (16)5 滚珠丝杠副的选用 (17)5.1滚珠丝杠副的工作原理 (17)5.2滚珠丝杠副的类型 (18)5.2.1外循环 (18)5.2.2 内循环 (18)5.3滚珠丝杠副的传动特点 (18)5.4滚珠丝杠的选用指标 (19)5.5滚珠丝杠副的设计计算 (20)5.6滚珠丝杠的保护 (24)6 控制系统 (25)6.1模拟式 (25)6.2数字式 (25)6.2.1行程开关 (25)6.2.2接近开关 (25)本科毕业设计（论文）总结 (27)参考文献 (28)致谢 (29)毕业设计（论文）知识产权声明................................ 错误！未定义书签。
绪论随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已越来越引起人们的重视。
生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。
因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用。
在现代工业生产自动化领域中，机械加工的快速上下刀、精确的加工都使数控机床以及数控加工中心的应用显得十分重要。
据详实的资料统计，这些费用占全部加工费用的五分之一以上。
而大规模的机械加工中，时间的节省越来越成为生产者和工程设计者（或者技术人员）的追求方向，这也是未来工业发展的趋势。
机械手已被广泛用于航空、航天以及工业生产领域中，并取得较好的效果。
现今的工业机械手可分为专用机械手和通用机械手两类。
我国目前研制的工业机械手大多还是专用机械手。
该机械手的结构形式比较简单，专用性强，仅附属于某台机床。
虽然其有着通用机械手无法比拟的批量大，对某些设备（或者机加零件）的加工精确性高的优点，但就目前来看，专用机械手存在着适应性不强的弊端。
这就要对其进行必要的改造，使其适应未来的工业发展的需要。
由于通用机械手改变工作程序较方便，特别适用于多品种、小批量的生产。
通用机械手在工业生产中的应用只有三十年的历史，但这些装置在国外得到相当重视。
所以设计生产使用数控机床、数控加工中心一类的较为高级的机加设备是迫在眉睫的。
虽然目前我国的数控加工中心等大型设备还是依赖进口，但相信不久的将来我国必然会设计研制出自己的设备，这需要我们所有人的不懈努力。
这次设计的换刀机械手的主要任务是，完全模拟人手的换刀动作，给机床主轴提供相对转动实现夹紧、放松刀具的动作。
1 换刀机械手的相关介绍1.1数控技术的发展历程回顾数控技术的发展已经经历了两个阶段，六代的发展历程。
卧式加工中心自动换刀机械手设计机械手是自动换刀装置中交换刀具的主要工具，它担负着把刀库上的刀具送到主轴上，再把主轴上已用过的刀具返回刀库上的任务。
设计思路是用机械手的动作来实现对加工中心的换刀，机械手的转动有回转液压缸运来实现，其动力则由驱动系统实现。
加工中心的自动换刀装置，通常是由刀库和机械手组成，它是加工中心的象征，又是加工中心成败的关键环节。
因此各加工中心制造厂家都在下大力研制动作迅速、可靠性高的自动换刀装置，以求在激烈的竞争中取得好效益，自动换刀装置是加工中心的核心内容，各厂家都在保密，极少公开有关资料，尤其机械手部分更是如此。
这种机械手的拔刀、插刀动作，大都由油缸动作来完成。
根据结构要求，可以采用油缸动，活塞固定；或活塞动，油缸固定的结构形式。
整个机械手由机械臂伸缩机构，机械爪开合机构，回转机构及装卸刀具直线运动机构组成。
本次设计的题目是加工中心的自动换刀装置中的核心部件---机械手的设计。
机械手是自动换刀装置中交换刀具的主要工具，它担负着把刀库上的刀具送到主轴上，再把主轴上已用过的刀具返回刀库上的任务。
设计此机械手的目的是为了使加工中心能够更快的的工作，使加工中心能够得到更加充分的利用，以实现其的价值所在；再者，由于使用了机械手，减少由于人工换刀带来的生产效率低，并且容易出事故的弊端。
本次设计的内容主要有回转液压缸装置和机械运动的驱动系统，对于其中动作的实现则由电气控制来实现。
由于本人能力及学识有限，在设计中存在有很多缺陷，望老师们能多加指导。
加工中心的总体布局盘式刀库的卧式加工中心卧式加工中心的主轴是水平设置的，卧式加工中心刀库容量一般较大，有的刀库可存放几百把刀具，卧式加工中心的结构较立式加工中心复杂，占地面积大，价格也较高，卧式加工中心较适用于加工箱体之类的零件，特别对箱体零件上的一些孔和孔系，以及孔和型腔与基准面有严格要求的箱体，容易得到保证，适合于批量加工。
卧式加工中心的功能较立式加工中心多，在立式加工中心上加工不了的工件，在卧式加工中心上一般都能加工。
1前言1.1 机械手发展历史与现状随着经济的不断发展，客户的需求日益多样化，人们对制造企业的生产模式提出了更高的要求，大批量的生产方式将逐渐被模块化、柔性化的生产方式所取代。
因此，企业对制造装备提出了更高的要求，柔性化的数控加工设备将成为装备制造业发展的主流。
因此，将卧式加工中心的机械手设计作为毕业设计题目，迎合了装备制造业发展趋势。
卧式加工中心的换刀机械手是自动换刀装置中交换刀具的主要工具，它用来把刀库上的刀具送到主轴上，同时把主轴上已用过的刀具返回刀库。
据不完全统计，全世界的工业机器人中大约有近一半的工业机器人用于各种形式的加工中心的自动换刀领域。
目前用得最广泛的是模仿人的手臂功能的多关节机器人，其手臂灵活性最大，可以使换刀卡爪的空间位置和姿势调至任意状态，满足换刀需求。
我国的机械手起步于20世纪70年代初期，经过30多年发展，大致经历了3个阶段：70年代萌芽期、80年代的开发期和90年代的应用化期。
在我国，机械手市场份额大部分被国外机械手企业占据着。
在国际强手面前，国内的机械手企业面临着相当大的竞争压力。
如今，我国正在从一个“制造大国”向“制造强国”迈进，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，政府务必会加大对机器人的资金投入和政策支持，将会给机械手产业发展注入新的动力。
不仅如此，我国目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件。
国际上，目前机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究。
例如，德国的CLOOS、REIS、KUKA 公司；瑞典的ABB公司；奥地利的IGM公司；意大利的CAMAU公司；日系有OTC、Panasonic、FANUC公司在机器人方面都做的比较好。
从机器人技术发展趋势看，自动换刀机器人和其它工业机器人一样，正在不断向智能化和多样化方向发展。
1.2设计目的及意义1.2.1 设计目的本次设计主要为卧式加工中心设计其用于换刀的机械手部分，目的是为了使加工中心能够更快的工作，使加工中心能够得到更加充分的利用，以实现其价值所在。
数控卧式镗铣床自动换刀机械手的结构设计数控卧式镗铣床自动换刀机械手是一种机械手，主要用于自动化生产线上的零件加工，其主要功能是实现自动补刀和换刀操作，提高生产效率和减少人工干预，降低劳动力成本。
本文将从以下几个方面介绍数控卧式镗铣床自动换刀机械手的结构设计及其特点。
一、数控卧式镗铣床自动换刀机械手结构设计数控卧式镗铣床自动换刀机械手由机械臂、底座和控制系统组成。
机械臂包括基座、旋转轴、升降装置、前后运动装置和夹持装置等构件。
底座用于固定机械臂，同时还可以具备旋转和移动功能，以保证机械臂能够根据需要灵活地操作机械刀具。
控制系统包括电机、传感器和PLC等，可以确保机械臂能够准确地测量工件的尺寸，并根据需要进行换刀和补刀等操作。
机械臂的运动是通过控制电机来实现的，可以根据需要进行前后、上下和左右等方向的运动，以达到准确的加工效果。
升降装置和夹持装置是数控卧式镗铣床自动换刀机械手的核心部分，可以根据需要自动调整刀具的角度和位置，以确保刀具能够精确地切削工件。
二、数控卧式镗铣床自动换刀机械手的特点1.高精度：数控卧式镗铣床自动换刀机械手能够根据需要自动调整刀具的角度和位置，并准确地测量工件尺寸，以保证加工精度。
2.高效率：数控卧式镗铣床自动换刀机械手具有自动补刀和换刀功能，可以在不停机的情况下实现加工过程中的刀具更换和补偿操作，提高生产效率。
3.操作简便：数控卧式镗铣床自动换刀机械手可以通过PLC等控制系统进行操作，相对于人工操作更加简便。
4.适用范围广：数控卧式镗铣床自动换刀机械手可以适用于各种工件的加工，例如金属零件、机械零件、模具等。
三、发展前景随着工业生产自动化水平的不断提高，数控卧式镗铣床自动换刀机械手将会得到更加广泛的应用。
目前，国内外一些大型制造企业已经开始陆续采用数控卧式镗铣床自动换刀机械手进行机械加工，取得了非常不错的效果。
预计未来，在高效率、高精度和自动化程度方面都将会有更多的创新和进步，为机械加工行业带来更多的发展机会。
数控加工中心―换刀机械手设计济南大学毕业设计- I -济南大学毕业设计1 绪论1.1数控加工中心概述1.1.1数控加工中心的优点数控加工中心的优点很多，主要有一下几种：（1）工件一次装夹可完成多种加工任务，避免了因多次装夹带来的误差和时间成本，而且，由于不需要依靠操作者的技术水平，可得到相当高的稳定精度。
（2）减少了加工的准备时间，提高了加工效率，减少了劳动力的使用，从而大大的降低了生产成本，提高了产品的竞争力。
（3）提高了设备的利用率，数控加工中心的设备利用率为通用机床的几倍，并且，由于工序较为几种，更加适合多种、中小批量的加工生产。
1.1.2数控加工中心的结构特点数控加工中心的结构特点如下：（1）刚度高、抗振性好。
（2）传动系统结构简单，传递速度快，精度高。
（3）设计有刀库和换刀机构，这是数控加工中心与其他机床的主要区别。
（4）相较其他机床更为人性化，功能齐全，省去了绝大部分的人力劳动。
1.1.3数控加工中心的发展趋势（1）高速化随着数控系统核心处理器性能的进步，数控加工中心的主轴转速和进给速度的进一步提升以及自动交换平台和自动换刀用时的进一步缩短，进而使数控机床的效率向更高的目标迈进。
（2）高精度化先进的数控系统一般带有高精度的位置检测装置，并通过自我反馈系统时时的调整主轴的运动，进而保证了较高的加工精度和准确性。
随着现代科学技术的发展，以及人们不断去对超精密加工技术提出更高的要求，并且伴随新材料，新零件的出现对它们的加工需要更高的超精密加工工艺，因此不断发展新型的超精密加工机床和不断完善现代超精密加工技术，是数控机床发展的毕由之路。
（3）复合化随着产品外观曲线的复杂化致使模具加工技术必须不断升级，对数控系统提出了新的需求。
机床五轴加工、六轴加工已日益普及，机床加工的复合化已是不可避免的- 1 -济南大学毕业设计发展趋势。
（4）高柔性化数控机床在提高单机柔性化的同时，正朝着单元柔性化和系统柔性化方向发展.柔性制造系统是一种在批量生产下，高柔性和高自动化程度的制造系统，它综合了高效，高质量及高柔性的特点，适用于中各种批量和不同品种产品的自动化生产的技术问题，伴随数控系统技术的成熟和升级改造，数控机床的高单元柔性化和系统柔性化已日趋成为现实。
自动换刀机械手的设计摘要加工中心在加工中用得很广泛，加工中心利用刀库实现换刀，这是目前加工中心大量使用的换刀方式。
而自动换刀装置是加工中心的重要组成部分之一，它的功能的好坏，关系到整个加工中心的功能。
自动换刀装置可分为五种基本形式，即转塔式、180 回转式、回转插人式、二轴转动式和主轴直接式。
刀库换刀，按照换刀过程有无机械手参与，分成有机械手换刀和无机械手换刀两种情况。
在有机械手换刀的过程中，使用一个机械手将加工完毕的刀具从主轴中拔出，与此同时，另一机械手将在刀库中待命的刀具从刀库拔出，然后两者交换位置．完成换刀过程．无机械手换刀时，刀库中刀具存放方向与主轴平行，刀具放在主轴可到达位置换刀时，主轴箱移到刀库换刀位置上方，利用主轴Z向运动将加工用毕刀具插人刀库中要求的空位处，然后刀库中待换刀具转到待命位置．主轴Z 向运动将待用刀具从刀库中取出，并将刀具插人主轴。
[关键词]：加工中心自动换刀装置刀库机械手AbstractMachining center in the increasingly wide use of the processing , which is currently used by large processing center blade. And the automatic blade changer devices is an important component of machining center。
Its function is good or bad, on the whole processing machining center functions。
Automatic blade devices can be divided into five basic forms .Namely to Tower, 180 turnaround-type, rotation planting one-, two-and the main axis of rotation axis direct .Exchange cutlery in the tools storehouse , according to the availability of process machinery blade in hand, into a mechanical hand blade andnon-blade two mechanical hands .In a mechanical hand exchange cutlery，those will be completed using a mechanical hand, the cutlery out from the main axis.At the same time, another mechanical hand take cutlery from tools storehouse, and then the two exchange locations. The whole process is completed。
卧式数控镗铣床自动换刀装置设计作者：程志来源：《山东工业技术》2018年第24期摘要：为使加工精度得以提升，数控机装通常具备自动换刀能力，通过设计自动换刀体系，能提高数控机床多刀、多工序生产制造质量，借助换刀机械手，使主轴刀具、刀库刀具可以自行转换，满足加工生产切实需求，实现自动化加工目标，提高数控机床生产加工效率，本文通过对卧式数控镗铣床自动换刀装置设计方略进行分析，以期为提高该装置应用综合成效提供依据。
关键词：卧式数控镗铣床；自动换刀；装置设计DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2018.24.039伴随我国科学技术飞速发展，数控机床生产制造能力得以提升，其中应用最为广泛的换刀装置为刀库式换刀装置，该装置以自动换刀为基本模式，通过设计换刀程序，提高刀库自动换刀效率，能依据生产制造需求自行换刀，落实自动化换刀及数控机床操作目标，达到提高生产制造效率，节约机床生产制造时间的目的。
卧式数控镗铣床自动换刀程序相对较为复杂，其换刀前提是将全部刀具纳入该装置中，通过调节尺寸，使刀库安装科学合理，继而削减非切削时间，提高数控机床生产效率。
基于此，为使卧式数控镗铣床自动换刀更为科学高效，分析其装置设计方略显得尤为重要。
1 概述自动换刀装置在数控机床内工件、刀具二者相对运动产生工作表面，为使数控机床运行高效、稳定，需在刀库内安装足够多的刀具，用以满足数控机床运行需求，避免换刀程序过于复杂或换刀时间过长，降低数控机床加工效率，为此需依据数控机床生产加工切实需求，装置自动换刀系统，满足各个工件表面加工需求，通过灵活调换刀库内刀具，使数控机床生产制造效率得到保障。
在安装刀具时刀架位置需精准合理，刀具选择需灵活高效，在自行换刀时，需保障进行交换的若干刀具位置正确，能有效保障其精度，使处于刀库内刀具位置精准、稳定，为数控机床长期使用刀具，提升刀具自动化运行成效。
处于刀架上的刀具重量、用途、尺寸均存在极大差异，刀具自动化运行程序较为复杂，徒增自动化换刀装置运行压力，尤其对于有些需承担切削力的刀具来讲，其在换刀过程中需合理控制其方向，避免刀具在更换过程中出现碰撞、交叉等消极现象，为此机械手、刀库均需具有一定稳定性及刚度，确保切削过程平稳，换刀过程合理高效，达到提高数控机床生产旨在效率的目的[1]。
卧式加工中心换刀机械手的设计1 机械手的介绍1.1 工业机器人简介几千年前人类就渴望制造一种像人一样的机器，以便将人类从繁重的劳动中解脱出来。
如古希腊神话《阿鲁哥探险船》中的青铜巨人泰洛斯（Taloas)，犹太传说中的泥土巨人等等，这些美丽的神话时刻激励着人们一定要把美丽的神话变为现实，早在两千年前就开始出现了自动木人和一些简单的机械偶人。
到了近代，机器人一词的出现和世界上第一台工业机器人问世之后，不同功能的机器人也相继出现并且活跃在不同的领域，从天上到地下，从工业拓广到农业、林、牧、渔，甚至进入寻常百姓家。
机器人的种类之多，应用之广，影响之深，是我们始料未及的。
工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。
特别适合于多品种、变批量的柔性生产。
它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。
机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。
1.2世界机器人的发展国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：（1）. 工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10．3万美元降至97年的6．5万美元。
（2）．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、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。
（3）．工业机器人控制系统向基于PC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。
摘要在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，机械手作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。
机械手的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，机械手主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。
本文将设计一台四自由度的机械手，主要的功用就是自动换刀。
首先，本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。
关键词：机械手，示教编程，伺服，制动ABSTRACTIn the modern large-scale manufacturing industry, enterprises pay more attention on the automation degree of the production process in order to enhance theproduction efficiency, and guarantee the product quality. As an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. The technique level and the application degree of industrial robots reflect the national level of the industrial automation to some extent, currently, industrial robots mainly undertake the jops of welding, spraying, transporting and stowing etc. , which are usually done repeatedly and take high work strength, and most of these robots work in playback way.In this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used tocarry material for a punch. First I will design the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot. On this foundation, I will design the control system of the robot, including choosing DAQ card, servo control, feedback method and designing electric circuit of the terminal card and control software. Great attention will be paid on the reliability of the control software and the robot safety during running. The aims to realize finally include: servocontrol and brake of the joint, monitoring the movement of each joint in realtime, playback programming and modifying the program online, setting reference point and returning to reference point.KEY WORDS: robot playback servocontrol brake第1章引言机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。
不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。
机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。
因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。
工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。
工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。
它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。
机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。
机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。
在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，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。
机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。
机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。
机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。
1.1 机械手的分类机械手一般分为三类：第一类是不需要人工操作的通用机械手。
它是一种独立的不附属于某一主机的装置。
它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定的操作。
它的特点是具备普通机械的性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。
第二类是需要人工才做的，称为操作机。
它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机来进行探测月球等。
工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。
第三类是用专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件送。
这种机械手在国外称为“Mechanical Hand”，它是为主机服务的，由主机驱动；除少数以外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。
在国外，目前主要是搞第一类通用机械手，国外称为机器人。
本课题所做的机械手是属于第三类机械手。
1、简史机械手首先是从美国开始研制的。
1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。
它的结构是：机体上安装一个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形的。
1962年，美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。
商名为Unimate（即万能自动）。
运动系统仿照坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动；控制系统用磁鼓作为存储装置。
不少球坐标通用机械手就是在这个基础上发展起来的。
同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司,专门生产工业机械手。
1962年美国机械制造公司也实验成功一种叫Vewrsatran机械手。
该机械手的中央立柱可以回转、升降采用液压驱动控制系统也是示教再现型。
虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。
1978年美国Unimate公司和斯坦福大学，麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vicarm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差小于±1毫米。
联邦德国机械制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。
联邦德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。
日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。
自1969年从美国引进两种机械手后大力从事机械手的研究。
前苏联自六十年代开始发展应用机械手，至1977年底，其中一半是国产，一半是进口。
目前，工业机械手大部分还属于第一代，主要依靠工人进行控制；改进的方向主要是降低成本和提高精度。
第二代机械手正在加紧研制。
它设有微型电子计算控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。
研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，是机械手具有感觉机能。
第三代机械手则能独立完成工作中过程中的任务。
它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中的重要一环。
2、应用简况现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。
化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。
但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。
因此，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。
有资料统计：美国偏重于毛坯生产，日本偏重于机械加工。
随着机械手技术的发展，应用的对象还会有所改变。
机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。
国内机械手工业、铁路工业中首先在单机、专机上采用机械手上下料，减轻工人的劳动强度。
国外铁路工业中应用机械手以加工铁路车轴、轮等大、中批零件。
并和机床共同组成一个综合的数控加工系统。
采用机械手进行装配更始目前研究的重点，国外已研究采用摄象机和力传感装置和微型计算机连在一起，能确定零件的方位达到镶装的目的。
3、发展趋势目前工业机械手主要用于机床加工、铸造、热处理等方面，无论数量、品种和性能方面还是不能满足工业发展的需要。
在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。
将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构以及根据不同类型的加紧机构，设计成典型的通用机构，所以便根据不同的作业要求选择不同类型的基加紧机构，即可组成不同用途的机械手。
