刍论现代机械制造及自动化发展的有效性

106 军民两用技术与产品 2018·6（下）文章编号：1009-8119（2018）06（2）-0106-02随着经济全球化的不断加剧，我国面临着来自国际的各种机遇和挑战，机电一体化发展顺应了时代发展的步伐，符合我国社会主义现代化建设对机械行业发展的需求，促进我国国际竞争力的不断提高。

机械设计制造及其自动化发展，提高了我国机械行业生产的工作效率，为企业带来最大化的经济效益，促进了我国综合国力的快速增强。

1 机械制造自动化符合设计的原则1.1 满足对机器的功能要求任何一种产品的开发都是为了满足人们某种需求为目的的，不同的产品具有不同的性能；机械自动化系统也应该具有这种功能，能够对物质、信息和能量进行处理。

机械自动化系统包括和机电一体化产品和机电一体化技术的内容，作为产品，又包含着设计、制造和特定的功能以满足使用要求，而功能是由其内部有机联系的结构所决定的。

1.2 利用先进技术不断创新根据产品或系统的功能不同，可对产品或系统进行分类。

以物料搬运、加工为主，输入物质、能量和信息，经过加工处理，主要输出改变了位置和形态的物质系统称为加工机。

以能量转换为主，输入能量和信息，输出不同能量的系统，称为动力机，其中输出机械能的为原动机。

以信息处理为主，输入信息和能量，主要输出某种信息。

机械自动化系统除了具备上述必须的主功能外，还应具备其它内部功能，即控制功能、动力功能、检测功能、构造功能。

基于上述的功能构成原理，既有利于设计或分析各种机械自动化的产品，又有利于开拓思路，便于创造发明和创新。

2 机械自动化系统的优点与效益2.1 生产能力和工作质量提高机械自动化产品具有信息自动控制和自动处理的功能，其检测的精度和灵敏度有很大的提高，通过自动化控制系统能够保证机械的能按照计划完成动作，使制造过程不受操作者主观因素的影响，保证最佳的工作质量和较高的产品合格率。

同时，由于机械自动化产品实现了工作自动化，所以生产力大大提高。

2.2 使用安全性和可靠性提高机械自动化系统都有报警、监视、诊断和保护等功能。

如果在工作中遇到过流、过压、过载、短路等电力故障时，能够自动停止工作，保护机械设备的完好，避免或减少人身事故，提高了设备的安全性。

机械自动化产品由于采用电子元器件，减少了机械产品中的可动构件和磨损部件，从而使其具有较高的灵敏度和可靠性，故障率降低，寿命得到了延长。

2.3 调整和维修方便，使用性能改善机械自动化产品在安装调试时，可通过改变控制程序来实现工作方式的改变，以适应不同用户对象的需要以及现场参数变化的需要。

这些控制程序可通过多种手段输入到机械自动化产品的控制系统中，而不需要改变产品中的任何部件和零件。

对于具有存储功能的机械自动化产品，可以事先存入若干套不同的执行程序，然后根据不同的工作对象，给定一个代码信号输入，即可按指定的预定程序进行自动工作。

机械自动化产品的自动化检验和自动监视功能可对工作过程中出现的故障自动采取措施，使工作恢复正常。

2.4 改善劳动条件，有利于自动化生产机械自动化产品自动化程度高，是知识密集型和技术密集型产品，是将人们从繁重的体力劳动中解放出来的重要途径，可以加速工厂自动化、办公自动化、农业自动化、交通自动化甚至是家庭自动化，从而可促进我国四个现代化的实现。

3 机械设计制造及其自动化的发展方向3.1 智能化智能化是21世纪机械自动化技术发展的一个重要发展方向。

这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混饨动力学等新思想、新方法；模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得更高的控制目标。

诚然，使机械自动化产品具有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。

3.2 模块模块化是一项重要而又艰巨的工程。

由于机械自动化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机械自动化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。

如研制集减速、智能减速、电动机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元以及各种能完成典型操作的机械装置。

这样，可利用标准单元迅速开发出新的产品，同时也可扩大生产规模。

3.3 网络化网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育以及人们日常生活带来了巨大的变革。

各种网络将全球经济、生产连成一体，企业间的竞争也趋于全球化。

机械自动化的新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快会畅销全球。

由于网络化的普及，基于网络的各种远程控制和监测技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机械自动化产品。

3.4 微型化微型化指的是机械自动化向微观领域发展的趋势。

国外将其称为微电子机械系统，或微机械自动化系统，泛指几何尺寸不超过1cm 3的机械自动化产品，并向微米、纳米级发展。

微机械自动化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。

微机械自动化发展的瓶颈在于微机械技术，微机械自动化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。

4 结论现代机械自动化在设计和制造上具有多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义，所以机械的设计、制造都是围绕着机械自动化来进行的。

机械自动化技术所面临的共性关键技术是传感检测技术、信（下转115页）摘 要 本文对机械自动化与传统的机械制造技术进行了比较分析，指出了智能化的机械设计制造成为发展趋势；机械自动化在机械制造上具有低成本、高效率和多功能的有点，能够满足人民生活和生产的多元化需求；本文中论述了机械自动化的设计的原理、优点与效益以及发展方向。

关键词 机械制造；自动化；有效性刍论现代机械制造及自动化发展的有效性何召庆（聊城大学东昌学院机电工程系，聊城 252000）2018·6（下） 军民两用技术与产品115腕部直接承受执行末端负载的重量，伺服电机接减速器为末端变化位姿传送动力，减速器接法兰连接盘。

由腕部托架为支撑，轴连接处为拉架轴。

3 机器人手臂的结构及其驱动系统设计3.1 机构的受力分析在运动过程中，H 方向的丝杠副主要受到摩擦力的影响，V 方向的则是受到来自Z 轴方向的力。

当出现如图所示的运动状态，及当AC 垂直BF 且AC 垂直CB 时，两滚珠丝杠副承受的载荷最大。

AC 为小臂，BF 、CB 为前后大臂。

图3 机构受力图根据实际的工作需要我们设计相关的数据为AB=1170，BC=260mm ，CD=1080mm ，DE=240mm ，点A 到五边形的中心线长度为d=150mm 。

在上图的符号当中我们把G1定为电动机及负载的重力总和，码垛的物品最大达到50KG ，腕部的部件重力达到100N ，M 则为围绕点A 的电机与负载的转矩总和M=G1×d=200×150×10-3=90N·m ，小臂选用的材料为Q235，重量达到400N 。

3.2 手臂关节轴承的选型与校核手臂由于承受的载荷很大，所以手臂需要设计成刚度大，以保证运动的可靠性，还有由于小臂的较好的运动响应，则需要设计成为重量较轻，这就要求我们选取小臂的截面形状，以保证小臂能选取到较大的刚度并防止小臂发生弯曲变形。

同时，我们根据实际的工况，相应地设计手臂的悬伸部分。

通过小臂剪力图可以知道当往B 靠近时，小臂的弯矩就越来越大，所以在所结构的设计当中，往B 点靠近的部分要增大尺寸，而其他的部分则采用均匀饿的的尺寸分布。

B 点选用销轴方式作为联接，销轴的承受载荷就很大，所以必须对它进行校核，以保证运动的可靠性，稳定性和耐用性。

根据《机械设计手册》及相关资料的查询，我们选用的轴承为自润滑向心关节轴承，它的特点是既能承受径向载荷，同时还能承受另外一个方向较小的轴向载荷。

根据相关的技术要求选轴承的型号为GE25ES-2RS ，当中d=25mm 。

4 竖直滚动导轨副的计算选型直线滚动导轨副的设计需要考虑工作载荷，它除了保证工作的可靠性，还关系到导轨副的工作使用寿命。

通常我们布置平台采用的为双导轨，一导轨上有两个滑块的形式。

考虑最为极端的情况时，一个滑块承载所有的工作载荷，这时我们对垂直方向的载荷进行分析：2；G=800N 。

（F 为外加载荷、G 为移动部件的重量总和）将相关的数值代入（4-12）可以得到：SBSF20V 滚动导轨，额定动载荷C a =7.81kN ，额定静载荷C oa =13.78kN 。

考虑滑块的尺寸大小和导轨的承受载荷能力，确定导轨的长度为820mm 。

根据经验设计，导轨的预期额定寿命是50km ，实际的计算数值206.01km 远远大于额定值，故可以得知所选的导轨符合设计要求。

5 末端装置设计与计算传统的机械式和液压式的抓手结构复杂，重量较大，而气动驱动的机械手则有美观和轻巧的优点，而且价格便宜，能更好的组合到末端装置上，具有稳定性和可靠性。

根据气动机械手的手部结构，设定其工件的质量G=50kg ，“V ”形抓块的角度2θ=120°，b=400mm ，a=230mm ，摩擦系数经过查表可知：f=0.1。

（1）的模式是手部垂直抓取，根据传动的示意图可以知道，它，可以得到握力的计算公式如下所示：N=0.5Gtg （θ-φ）=0.5×50×tg （60°－5°42′）≈250（N）所以有（N ）（3）：，所以取η=0.94，并取K 1=1.5。

a=g ，所以有：动力为2773.74N 。

6 总结本设计是关于新型智能粮食码垛机械手的设计，对于码垛机器人，根据其工作要求，在设计时重点是要注意机械手的自由度，保证它的灵活性，满足抓取、码垛、和上下料等作业，操作过程是由2种气缸组成执行机构作为驱动，系统可采用可编程控制，程序简单且便于调试。

机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，可以广泛地应用于柔性自动线上。

机械手多半由耐高温，抗腐蚀的材料制成，能适应较为恶劣的现场环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作和生产效率。

参考文献1 郝海青.串联关节式机械手的控制系统分析与设计.万方数据库硕博士论文，2002.2 吴宗泽.机械设计实用手册[M].北京：化学工业出版社.2000.3 李育锡.机械设计课程设计[M].高等教育出版社.2007.4 冯开平，左忠义.画法几何与机械制图[M].广州：华南理工大学出版社.2004.（上接106页）息处理技术、伺服驱动技术、自动化控制技术、接口技术、精密机械技术及系统总体技术等。

设计人员不能只热衷于技术引进，不能仅仅安心于作为新技术的传播者，而应该作为新技术产业化的创造者，为机电一体化技术发展开辟广阔的天地。