下载文档原格式
数控机床上下料机械手设计的流程摘要本文首先对机械手的发展情形和动向进行了分析和总结，接着对数控机床上下料机械手的设计进行了分析，同时对机械手的优势和运用做了简单的介绍。
最后得出结论：将机械手与机床设备合为一个柔性体，在很大程度上能够节省工件输送装置，架构比较紧凑，同时适应能力较强，在技术和经济上对机械手进行考虑都是有必要的。
关键词数控机床；机械手；设计中图分类号tg659 文献标识码a 文章编号1674-6708（2012）68-0071-02在数控机床的各项性能指标和整体布局上，输送技术对其有着直接性的影响。
在缸体加工过程中，发动机缸体的三轴孔加工是一项十分重要的程序和环节，该环节在很大程度上确保了三轴孔在加工过程中的精确度；在缸体的纵向上，应当配置若干个固定的导向设施，用于支撑镗杆；传统意义上的三轴孔镗床，其架构复杂，同时存在防护难度大、输送速度较慢等诸多问题，在很大程度上给数控机床的生产节拍造成了影响。
为了解决上述困难，大连机床企业首次研究并设计了空中布局的数控机床上下料机械手，这不仅强化了数控机床的刚性，同时也解决了数控机床在排屑过程中所面临的一系列难题，实现了转机缸体在输送过程中所表现出的柔性；通过对伺服驱动技术，在很大程度上减少了输送机床在输送过程中的时间，同时实现了工序的分解，致使数控机床的节拍从原来的6min下降到现在的3.2min；在一定意义上达到了用户在节拍方面的一些要求，与此同时，在很大程度上也提高了数控机床的自动化。
1 机械手的发展情形与动态从国内外所有机械手的发展现状来看，在现阶段，对机械手的研究和开发已趋于高潮，机械手的发展现状与动态，可以总结为：第一，模块化与可重构化是现阶段机械架构发展的主要动向；其二，pc机的开放型控制器是机械手体系发展的一个主要方向，其目的就是为了完善机械手，使其逐渐走向网络化和标准化；器件集成度得以强化，架构设计玲珑，同时运用过了模块化架构；在很大程度上强化了机械手体系的安全性和可靠性，同时也满足机械手在维修和防护方面的一些便捷性；第三，传感器在机械手中发挥了十分重要的作用，不仅运用了传统的速度传感器、位置传感器等，同时也引进了先进的视觉传感器、触觉传感器和听觉传感器，促使机械手逐渐向智能化方向发展和推进；第四，装配、焊接等机械产品逐渐向模块化、标准化及系列化方向推进和发展，及系统动态的仿真等。
数控机床机械手上下料设计近年来，全球制造业的竞争越来越激烈，如何提高生产效率、降低成本便成为制造业关注的焦点。
而数控机床作为其中的重要组成部分，已经成为生产制造的主力工具。
而数控机床机械手上下料设计就是其中的一个重要环节。
下面将从技术、市场等方面对数控机床机械手上下料设计进行详细探讨。
一、技术分析1、数控机床机械手简介数控机床机械手是一种智能化的控制系统，具有先进的传输技术和高效的控制系统，可以实现自动化控制，实现特定生产需要。
数控机床机械手一般由机械臂、夹具和控制系统组成。
2、数控机床机械手上下料设计优势数控机床机械手上下料设计不仅提高了生产效率，减少了人工成本，同时也提升了成品质量，消除了人为因素对质量的影响。
3、数控机床机械手上下料设计应用范围数控机床机械手上下料设计主要应用于制造行业，以及需要高精度加工的领域。
比如，汽车、电子、机械、医疗、航空等领域。
同时，这种设计也适用于大规模连续生产、批量生产的企业。
二、市场分析随着国内制造业对自动化生产的不断追求，智能制造已逐渐成为未来制造业的发展方向。
截至2019年，我国数控机床行业年产值近千亿元，其中数控机床机械手应用广泛，占据了整个市场的重要地位。
据最新数据显示，目前全球机械手市场规模已经超过了50亿美元，未来5年内预计将达到70亿美元，市场需求增长迅猛，可见数控机床机械手上下料设计的未来市场前景良好。
三、设计方案在进行数控机床机械手上下料设计时，应该结合实际生产情况，以实现生产效率、产品质量、生产成本等综合考虑。
下面列出以下设计方案：1、机械手运动设定根据需要加工的工件，制定机械手的运动路线，例如加工不规则工件时，机械手应该根据不同的形状自动控制其运动。
2、工件夹具设计对于各种形状的工件，设计不同的夹具来固定工件，以便机械手顺利上下料，在夹具安装单元中应设计相应的传感器和制动器。
3、自动调整功能由于不同工件的尺寸不同，需要自动调整夹具的升降高度，不同工件铺设位置也会影响机械手的工作效率，因此需要设计自监测功能，通过传感器等接口信息实现自适应调整。
数控机床上下料机械手设计前言随着工业的不断发展和升级，机械制造产业已经成为了各国经济发展不可或缺的重要组成部分。
数控机床则是机械制造产业中的重要设备之一。
而数控机床上下料机械手，作为数控机床的附属设备，它的功能是在机床的输入、输出端之间自动输送加工件，减少了人力，提高了加工效率，为制造行业带来了极大的便利和效益。
本文将介绍数控机床上下料机械手的设计过程。
设计思路首先，在设计机械手之前，我们需要了解机械手的结构和工作原理。
1.机械手结构数控机床上下料机械手的结构一般分为机械手臂、机械手控制系统、夹手器、传感器和运动轴等主要部分。
其中，机械手臂是机械手的核心部件，它的结构一般采用铝合金或者碳纤维材料制作，具有较高的强度和刚度，能够承受较大的载荷；机械手控制系统则是机械手的智能核心，能够根据预设的程序进行自动化控制；夹手器则是机械手的末端执行器，用于夹持加工件；传感器则可以对加工件的位置、形状等进行检测和反馈；而运动轴则是机械手的实际运动部分，能够实现机械手的动作。
2.机械手工作原理数控机床上下料机械手的工作原理是通过控制机械手臂的运动轴和夹手器的打开、关闭，来实现机械手夹取、放置加工件的过程。
在机械手的控制系统中，我们可以预设机械手的运动轨迹和夹手器的运动规律，当接收到工艺指令后，机械手会按照预设的程序自动地执行加工件的夹取和放置操作。
在了解了机械手的结构和工作原理之后，我们可以开始设计机械手的具体实现方案。
设计方案1.机械手臂结构设计机械手臂的结构设计是机械手整体设计中的核心环节之一。
在设计机械手臂时，我们需要考虑以下几个方面：•材料的选择。
由于机械手臂需要具备较强的承载能力和刚度，因此在材料的选择上，我们可以考虑采用铝合金或者碳纤维等高强度材料，来满足机械手的结构要求。
•结构的设计。
机械手臂的结构设计需要采用工程力学理论，考虑机械手的承重和刚度等因素。
在结构设计中，需要确定机械手臂的长度、形状和悬挂方式等关键参数，保证机械手的稳定运行和准确夹取加工件的能力。
数控机床上下料机械手设计2.3机械手手腕结构的设计机械手手腕是机械手操作机的最末端，与手爪相连接，它与机械手手臂配合，使手爪在空间运动，完成所需要的作业动作。
2.3.1手腕结构的设计要求１、由于手腕安装在机械手末端，因此要求手腕设计应尽量小巧轻盈，结构紧凑。
２、根据作业需要，设计机械手手腕的自由度。
一般情况下，自由度数目愈多，腕部的灵活性愈高，对对作业的适应能力也愈强。
但自由度的增加，必然使腕部结构更复杂，控制更困难，成本也会相应增加。
因此，手腕的自由度数，应根据实际作业要求来确定。
３、为实现腕部的通用性，要求有标准的连接法兰，以便于和不同的机械手手爪进行连接。
４、为保证工作时力的传递和运动的连贯，腕部结构要有足够的强度和刚度。
５、要设有可靠的传动间隙调整机构，以减小空回间隙，提高传动精度。
６、手腕各关节轴转动要有限位开关，并设置硬限位，以防止超限造成机械损坏。
2.3.2具体设计方案通过对数控机床上下料作业的具体分析，考虑数控机床加工的具体形式及对机械手上下料作业时的具体要求，在满足系统工艺要求的前提下提高安全和可靠性，为使机械手的结构尽量简单，降低控制的难度，本设计手腕不增加自由度，实践证明这是完全能满足作业要求的，3个自由度来实现机床的上下料完全足够。
具体的手腕（手臂手爪联结梁）结构见图2-4。
2.4机械手手臂结构的设计2.4.1手臂结构的设计要求机械手的手臂在工作时，要承受一定的载荷，且其运动本身具有一定的速度，因此，机械手手臂的设计需要遵循以下设计要求：１、工作空间的形状和大小与机械手手臂的长度，手臂关节的转动范围有密切的关系，因此手臂尺寸设计应合理，一般满足其工作空间即可。
２、为了提高机械手的运动速度与控制精度，应在保证机械手手臂有足够强度和刚度的条件下，尽可能在结构上、材料上设法减轻手臂的重量。
３、应尽可能使机械手手臂各关节轴相互平行；相互垂直的轴应尽可能相交于一点，这样可以使机械手运动学正逆运算简化，有利于机械手的控制。
设计（论文）学生开题报告
（1）A—工程实践型；B—理论研究型；C—科研装置研制型；D—计算机软件型；
E—综合应用型
（2）X—真实课题；Y—模拟课题；
（1）、（2）均要填，如AY、BX等。
2-2
毕业设计（论文）学生申请答辩表
学生签名：日期：毕业设计（论文）指导教师评审表
毕业设计（论文）评阅人评审表
毕业设计（论文）答辩表
毕业设计（论文）答辩记录表
毕业设计（论文）成绩评定总表
学生姓名：蔡炼专业班级：05gb机制1
毕业设计（论文）题目：数控机床上下料机械手设计
注：成绩评定由指导教师、评阅教师和答辩组分别给分(以百分记)，最后按“优(90--100)”、“良(80--89)”、“中(70--79)”、“及格(60--69)”、“不及格(60以下)”评定等级。
其中，指导教师评定成绩占40%，评阅人评定成绩占20%，答辩组评定成绩占40%。
数控车床自动上下料系统数控车床自动上下料机械手，又称CNC机械手、自动送料机械手，是指对数控车床的加工件进行自动上下料、自动装夹、自动吹屑、并将完工件自动送回料仓等连续性动作的自动化装备，代替了人工操作，很大程度节省人力资源，是“机器换人”的成熟产品。
机床自动上下料产品优势：1.“机器换人”的成熟产品：数控车床机械手历经了多年的研发及应用考验，产品不断完善与技术创新，成熟可靠;2.高性价比：实现规模化批量生产，优化成本控制，产品价格具有较好的市场竞争力;3.个性化订制：技术团队可根据用户不同的产品及工艺要求，快速量身订制自动化解决方案;4.通用性强：机械手的料盘与夹具进行通用性设计，不仅满足“小品种大批量”工件的自动化生产，也适用于“多品种小批量”的应用需求;5.使用寿命长6.低维护成本数控车床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)、机械手配件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，称为数控车床机械手的自由度。
为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。
自由度是自动化机械手设计的关键参数。
自由度越多，自动化机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。
一般专用自动化数控车床机械手有2-3个自由度。
在设计数控车床机械手的时候，对数控机床机械手的使用功能方面的要求实现冲压上下料机械手预定的使用功能是机械设计的基本的要求，好的使用性能指标是设计的主要目标。
另外冲压机械手操作使用方便、工作安全可靠、体积小、重量轻、效率高、外形美观、噪声低等往往也是机械设计时所要求的。
数控车床机械手手臂上面有一段被加工成齿条，与齿轮啮合。
当手臂伸缩缸人推动活塞杆作往复运动时。
齿轮在固定齿条上滚动，从而带动手臂以二倍于杆的速度作伸缩动作。
数控车床自动上下料机械手结构设计首先，在设计机械手的结构时，需要考虑机械手的运动自由度。
通常情况下，机械手需要具备至少4个自由度，包括水平滑台运动、垂直滑台运动、夹具旋转和夹具开合等运动。
这样可以保证机械手可以在不同方向上进行运动，以满足不同工件的上下料需求。
其次，机械手的运动方式也需要进行合理的设计。
常见的机械手运动方式有直线运动和旋转运动。
在数控车床自动上下料机械手中，通常选择导轨和丝杠组合的方式实现机械手的水平滑台和垂直滑台运动，以保证稳定性和精度。
夹具的旋转可以通过电机和减速机组合实现，使夹具可以在水平方向上进行旋转。
夹具的开合则可以通过气动或液压系统来实现，以提高开合速度和准确度。
再次，机械手的控制系统需要具备高效、稳定和智能化的特点。
控制系统需要能够准确地控制机械手的运动，以达到预定的上下料速度和精度。
同时，控制系统还需要具备自动化和智能化的功能，可以根据生产需求进行灵活的调整和优化。
使用传感器和编码器等设备对机械手的运动状态进行实时监测和反馈，以实现闭环控制，提高机械手的稳定性和精度。
最后，机械手的安全性也是设计中需要考虑的重要因素。
机械手在工作过程中需要与操作人员和其他设备进行安全隔离，防止意外伤害的发生。
同时，机械手还需要具备急停、紧急停机和故障诊断等安全保护功能，以保障操作人员和设备的安全。
综上所述，数控车床自动上下料机械手的结构设计需要兼顾高效、稳定、安全和智能化的要求。
只有具备合理的运动自由度和方式、高效稳定的控制系统以及安全可靠的保护措施，才能有效提高生产效率和产品质量，满足企业的生产需求。
数控机床上下料机械手设计摘要:通过对机械设计、制造及其自动化专业课程的学习，对工业机械手各部分机械结构和功能的论述和分析，以及实际操作中的应用情况，设计了一种圆柱坐标形式的数控机床上下料机械手。
重点针对机械手的手爪、手腕、手臂、腰座等各部分机械结构以及机械手控制系统（传动系统、驱动系统）进行了详细的设计。
同时对其控制系统和液压系统进行了理论分析和设计计算。
基于PLC对机械手的控制系统进行了深入细致的设计，通过对机械手作业的工艺过程和控制要求的分析，设计了控制系统的硬件电路，同时编制了机械手的控制程序。
设计达到了预期目标。
关键词：机械手；PLC；液压伺服定位；电液系统目录第1章前言 (1)1.1选题背景. 11.2设计目的. 11.3发展现状和趋势. 1第2章机械手各部件的设计. 32.1机械手的总体设计. 32.1.1机械手总体结构的类型. 32.1.2具体设计方案. 42.2机械手手爪结构的设计. 42.2.1设计要求. 42.2.2驱动方式. 52.2.3典型结构. 52.2.4具体设计方案. 62.3机械手手腕结构的设计. 72.3.1手腕结构的设计要求. 72.3.2具体设计方案. 72.4机械手手臂构的设计. 82.4.1手臂结构的设计要求. 82.4.2具体设计方案. 82.5机械手腰座结构的设计. 92.5.1腰座结构的设计要求. 92.5.2具体设计方案. 92.6机械手的机械传动机构的设计. 102.6.1传动机构设计应注意的问题. 10 2.6.2常用的传动机构形式. 102.6.3具体设计方案. 112.7机械手驱动系统的设计. 122.7.1常用驱动系统及其特点. 122.7.2具体设计方案. 122.8机械手手臂的平衡机构设计. 122.8.1平衡机构的形式. 122.8.2具体设计方案. 13第3章理论分析和设计计算. 143.1电机选型有关参数计算. 143.1.1有关参数的计算. 143.1.2电机型号的选择. 163.2液压传动系统设计计算. 183.2.1 确定液压系统基本方案. 183.2.2 拟定液压执行元件运动控制回路. 193.2.3液压源系统的设计. 193.2.4绘制液压系统图. 203.2.5确定液压系统的主要参数. 213.2.6计算和选择液压元件. 26第4章机械手控制系统的设计. 284.1系统硬件设计. 284.1.1 操作面板布置. 284.1.2 工艺过程与控制要求. 284.1.3 作业流程. 294.1.4 控制器的选型. 304.1.5 控制系统原理分析. 314.1.6 PLC外部接线设计. 314.1.7 I/O地址分配. 324.2系统软件设计. 334.2.1控制主程序流程图. 334.2.2控制程序设计. 34结论. 51致谢 (52)参考文献 (53)第一章前言1.1选题背景由于工业自动化的全面发展和科学技术的不断提高，对工作效率的提高迫在眉睫。
数控机床机械手上下料设计1. 机械手的选型：机械手的选型要根据机床的工作环境、工件尺寸和重量等因素进行选择。
常见的机械手类型有SCARA机械手、直角坐标机械手和Delta机械手等。
机械手的选型要保证其具备足够的精度、承载能力和速度。
2.机械手的运动轨迹规划：机械手上下料的运动轨迹规划要尽量减少运动时间，提高生产效率。
一般采用直线插补或者圆弧插补的方式进行轨迹规划。
同时，还要考虑到机械手的运动平稳性，避免产生过大的加速度和振动。
3.机械手的夹具设计：机械手的夹具设计要根据工件的形状和尺寸进行设计，以保证夹持力和夹持稳定性。
夹具还需要具备自动卡紧和松开的功能，以便于机械手的操作。
4.机械手的控制系统：机械手的控制系统要能够准确控制机械手的运动和夹具的开合，实现精确的上下料操作。
控制系统还需要具备灵活的编程能力，以适应不同工件的加工要求。
5.安全措施的设计：机械手上下料过程中需要考虑到操作人员的安全。
可以设置机械手的安全围栏和光幕等安全装置，防止人机碰撞事故的发生。
在数控机床机械手上下料设计中，还需要进行一系列的试验和验证。
首先进行机械手的空载试运行，测试其准确性和稳定性。
然后进行机械手的负载试运行，测试其夹持力和承载能力。
最后进行机械手与数控机床的协调操作试验，验证机械手是否能够准确地完成上下料操作。
总的来说，数控机床机械手上下料设计需要考虑机械手的选型、运动轨迹规划、夹具设计、控制系统和安全措施等方面。
通过合理的设计和验证，可以实现机械手上下料的自动化操作，提高生产效率和产品质量。
数控车床自动上下料机械手的设计方案包括两个直线运动及一共计三种运动方式。
其中直线运动为手臂的回转运动为机械手机座的旋转。
选择此结构类型的好处是机械手手臂活动范围较大且精度较高。
并且1，整体结构造图2机械手整体造型结构图数控车床自动上下料机械手手部设计机械手手爪与手腕相连接，属于末端执行器的一种，安装在手腕末端。
机械手手爪部位结构应有一定的夹紧力，保证可以夹紧工件，使工件牢固稳定。
通常情况下，机械手手爪的开闭范围越大越好，本设计中机械手手爪开闭范围如图3。
图3机械手手爪开闭范围图手爪结构采用的是齿轮齿条式。
通过活塞往返带动齿条完成手爪张开或夹紧的动作。
手爪的结构设计具体如图4。
1.3数控车床自动上下料机械手手臂设计机械手的手臂是机械手的主要执行部位。
考虑到操纵器在工作中的稳定性和安全性，将两个平行的导向杆添加到该对象的水平框架中，使其与运动活塞杆截面形成等腰三角形结构如图5，以保证其结构更加稳定牢靠。
垂直手臂添加四个导杆其截面为正四边形如图6，每个导杆都选用空心结构以保证机械手整体重量。
添加此导杆结构主要原因是可以保证机械手整体稳定。
————————————————管树龙（1991-），男，江苏淮安人，苏州瀚隆智能装备有限公司，本科，研究方向为机械制造。
图1机械手工作布局图图4机械手手抓结构三维图图5机械手水平手臂结构图图6机械手垂直手臂结构图1.4数控车床自动上下料机械手机身机座设计机械手机座包括腰部和底座两部分组成。
在设计过程中机械手的机座部分底座截面需要足够大以保证机械手整体工作时的稳定。
同时底座需要一定承载能力以保证可以承受机械手整体重量。
且其结构装卸要方便。
所示。
图7机械手机座结构图的条件，带入数据，3）理论驱动力的计算：带入数据，计算得：计算驱动力计算公式为：带入数据，计算得：而液压缸的工作驱动力是由缸内油压提供的，F c=P·A经计算，所需的油压约为已知公式：计算得N图8电机参数曲线图3数控车床自动上下料机械手控制系统设计3.1机械手的工作流程如图9所示为机械手的工作流程图。
数控机床机械手上下料设计随着工业智能化不断深入，数控机床和机械手的应用越来越广泛，尤其是在制造业领域中，能够大幅度提高生产效率和品质。
数控机床机械手上下料系统是其中的重要组成部分之一。
其功能是在自动化生产线上实现无人化作业，提高生产效率和生产质量。
本文将对数控机床机械手上下料系统的设计进行探讨。
一. 数控机床机械手上下料系统的设计需求及基本结构数控机床上下料系统是指为实现机床自动化加工，将工件自动送到机床上进行加工，并将加工好的工件自动送出机床的自动化设备。
目的是减少人工操作和减少生产成本。
数控机床机械手上下料系统基本结构：1. 机械手机械手是数控机床机械手上下料系统中的核心部件，它的作用是用于搬运工件。
在数控机床机械手上下料系统中，通常采用六轴机械手，也有些使用四轴和五轴机械手。
2. 工件夹具工件夹具是在机械手上的一种装置，用于夹住工件，以便机械手能够将工件拿起来，移动到数控机床上进行加工或从数控机床上拿起工件放在其他位置。
3. 控制系统控制系统是数控机床机械手上下料系统的核心部分，负责控制机械手的各项动作，使其能够按照要求完成工作任务。
控制系统通常采用PLC (可编程逻辑控制器)或者计算机作为控制核心。
4. 传感器传感器作为机械手上下料系统的又一重要组成部分，起到感知和反馈信息的作用。
在数控机床机械手上下料系统中，通常使用光电传感器、接近开关、压力传感器等。
二. 数控机床机械手上下料系统的设计要素1. 工件夹具的设计工件夹具的设计应该满足夹持力强、夹具重量轻、操作方便等要求。
通常采用机械夹紧、气动夹紧和液压夹紧等方式。
2. 机械手的设计机械手需要根据工作环境的不同、承载工件的重量、动作范围、控制精度和抓紧方式等设计。
对于六轴机械手，需要通过各关节的协调配合，实现工件的各种操作。
3. 控制系统的设计控制系统的设计要考虑系统的可靠性、稳定性和高效性。
控制系统需要能够精确控制机械手的各项动作，以提高生产效率和生产质量。
数控车床上下料机械组成结构及分类车床自动上下料机械手系统采用了PLC控制技术、伺服运动控制技术;使机械手效率更高、使用范围更宽、工艺更加稳定方便。
使用机械手对无夹具定位工件的自动柔性搬运系统可以使生产流水线更加简单易于维护，并大幅度降低工人的劳动强度，效率和柔性又比较高。
该系统结构简单、安全文明、无污染，能在各种机械加工场合进行应用，满足了高效率、低能耗的生产要求。
整个工艺流程有机械手控制系统自动完成，可实现智能检测，自动报警等功能。
数控车床上下料机械手主要由搬运机器人、工件自动识别系统、自动启动装置、自动传输装置组成，可以对无定位工件的自动柔性搬运，利用高清晰摄像头实现对无定位工件的准确位置判断，在机器人收到信号后，机器人装上为工件定制的专用手爪去可靠的抓取工件，在与数控车床进行通讯得到上料请求后，最终完成数控车床的上下料。
在各种机械加工行业中该系统应用广泛。
数控车床上下料机械手可根据数控车床加工的要求配备不同的手爪(如机械手爪、真空吸盘、电磁吸盘等)，可实现数控车床的车削加工对各种工件的抓取搬运，具有定位准确、工作节拍可调、工作空间大、性能优良、运行平稳可靠、维修方便等特点。
乐佰特公司的数控车床上下料集成采用的工业机器人，有龙门式(桁架式)机械手和多关节型机器人等。
博立斯上下料机器人的系统优势1.可以实现多台数控机床的灵活组合，多自由度的自动上下料与工件装夹，满足高难度的生产工艺要求;2.可配置工业CCD视觉检测，实现复杂工件的自由抓取/;3.可实现单工件大批量持续生产，可实现多品种小批量的程序自动转换生产4.可调性高，实现与数控机床、PLC、外部感应器等其他设备的通讯，通过编程实现安全可靠的顺序控制。
5.多功能性：高性能防碰撞、产品检测、外部轴、码垛等可选配功能。
6.可轻易实现多联机自动化生产流水线及“数字化”工厂布局，最大程度节省人力，提升工厂生产的技术形象。
博立斯的数控车床上下料机械手针对数控机床自动化的要求，采用6轴多关节上下料机器人能满足“快速/大批量加工节拍”、“节省人力成本”、“提高生产效率”等要求，最大程度满足柔性装夹的要求，可以实现对圆盘类、长轴类、变速箱体、不规则形状、金属板类等工件的自动上料、下料、工件翻转、工件转序等工艺要求。
数控机床上下料机械手设计背景介绍随着工业化程度的不断提升，自动化生产设备越来越普及。
数控机床已成为现代工业生产中的重要设备之一。
在数控机床生产制造过程中，上下料机械手是数控机床最核心的装置之一。
数控机床上下料的机械手是现代工业生产中提高生产效率的重要方法之一。
如何设计一种高效的数控机床上下料机械手成为一个热门的研究方向。
设计目标本文主要研究设计一种高效的数控机床上下料机械手。
我们希望设计出的机械手具有以下一些目标：•精准度高：机械手在匀速运动时应保证其精度，以避免出现工件质量不良的现象。
•稳定性好：机械手的运动应该保持稳定，避免产生摆动和震动的现象。
•具有大范围的移动：机械手应该能够在数控机床工作区域内进行水平和垂直的移动。
•适应性强：机械手应该能够适应多种工件的上下料，即机械手可以精准地完成多个工件的上下料作业。
设计方案机械手结构设计数控机床上下料机械手主要由机身、伸缩框架、前臂、手腕、手指和钳具等部分组成。
图1 数控机床上下料机械手示意图为了实现机械手的稳定性和精度，我们采用了传统的寻心旋运动、伸缩式平行机构和牵引式链条平台。
伸缩式平行机构是机械手的运动基础。
在伸缩式平行机构中，机械手平台的移动距离是由伸缩臂控制的。
同时，为了确保机械手的稳定性，在机械手的移动过程中，伸缩臂应具有平衡能力，以确保其稳定性。
传统寻心旋转运动主要用于控制机械手的平台旋转。
在传统寻心旋转运动的过程中，机械手平台的旋转只围绕其寻心旋转中心进行，并且以恒定的线速度旋转。
牵引式链条平台主要用户控制机械手的前臂运动。
在牵引式链条平台中，机械手前臂通过链条进行移动，而牵引式链条平台由导杆控制。
在这种设计方案中，牵引式链条平台的运动可以控制机械手的高度。
图2 伸缩式平行机构示意图机械手控制系统设计基于单片机，我们设计了一套高效的数控机床上下料机械手控制系统。
该系统主要由控制系统、采集系统、运动控制卡以及人机界面等部分组成。
其中的控制系统可以控制机械手的不同工作状态，采集系统可以采集机械手的运动数据，而运动控制卡可以控制机械手的运动。
数控机床上下料机械手设计首先，对于数控机床上下料机械手的设计，我们需要确定其运动方式。
常见的机械手运动方式有直线运动和旋转运动两种。
对于上下料机械手来说，直线运动是基本的要求，能够将原料和产品准确地送入和取出机床。
而旋转运动则可以进一步提高机械手的工作效率，通过转盘的方式，可以让机械手同时处理多个机床。
其次，机械手的结构设计也需要考虑工作效率和精度。
机械手的结构通常由若干个运动关节组成，通过这些关节的运动，机械手可以实现复杂的动作。
关节通常采用电动的方式，可以利用电机的转动将运动转化为线性运动或旋转运动。
关节的设计需要满足机械手的工作范围和负载要求，同时要保证关节的运动精度和稳定性。
另外，对于上下料机械手来说，安全性也是一个非常重要的考虑因素。
机械手在运行过程中，要能够识别并避免碰撞和其他危险情况的发生。
为了确保安全，可以在机械手上安装传感器或激光避障装置，通过感知周围环境，及时做出相应的动作，避免意外事故的发生。
此外，机械手的控制系统也是设计的重要方面。
机械手的控制系统需要能够接收指令，并将其转化为相应的动作，同时要能够进行位置校正和运动规划。
控制系统通常由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括各种传感器和执行器，软件部分则包括机械手的运动控制算法和人机界面。
控制系统的设计需要考虑整个生产线的自动化程度和生产要求。
综上所述，数控机床上下料机械手的设计需要考虑运动方式、结构设计、安全性和控制系统等因素。
通过合理的设计和优化，可以使机械手能够快速、准确地完成上下料任务，提高生产效率和产品质量。
摘要本文是设计数控机床上下料机械手，通过查阅相关资料以及对本专业知识的学习和应用，对工业机械手各部分机械结构和功能的论述和分析，设计了一种数控机床上下料机械手。
针对机械手的腰座、手臂、手爪等各部分机械结构以及机械手控制系统进行了设计。
具体进行了机械手的总体设计，机械手手臂结构的设计，机械手腕部的结构设计，末端执行器（手爪）的结构设计，机械手的机械传动机构的设计，机械手驱动系统的设计。
同时对液压系统和控制系统进行了理论分析和计算。
基于PLC对机械手的控制系统进行了设计，基本达到了预期的设计目的关键词:机械手； PLC；液压伺服定位；电液系统目录绪论 (1)一、机械手的发展概况 (2)（一）工业机械手的国内外发展历史和现状 (2)（二）PLC控制技术在国内外的发展概况 (3)（三）课题的提出及主要任务 (5)（四）机械手在数控机床的应用 (6)二、机械手的总体设计方案 (7)（一）上下料机械手的工作原理 (7)（二）机械手的组成 (7)三、机械手执行机构的设计 (11)（一）机械手的运动概述 (11)（二）执行机构主要部分的设计 (11)（三）手臂结构的设计 (12)（四）执行机构的工作流程 (13)四、机械手的驱动系统设计 (14)（一）机械手驱动系统的控制设计 (14)（二）气动元件选取及工作原理 (15)五、机械手控制系统的设计 (16)（一）控制系统的性能要求 (16)（二）控制系统 PLC 的选型及控制原理设计 (17)（三）PLC 程序设计 (21)结论 (25)参考文献 (26)致谢 (27)绪论工业机器人由操作机、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、课重复编程/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。
机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。
在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。
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、抵压、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地引用一、机械手的发展概况（一）工业机械手的国内外发展历史和现状机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。
机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可以代替人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。
目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。
工业机械手与数控加工中心，实现生产自动化。
随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。
目前，国际上的机械手公司主要分为日系和欧系。
日系中主要有安川、OTC、松下、不二越、川崎等公司的产品。
欧系中主要有德国的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB及奥地利的工GM公司。
我国机械手起步于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，对我国工业自动化的提高迫在眉睫，政府无比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。
随着机械手发展的深度和广度以及机器人智能水平的提高，机械手已在众多领域得到了应用。
从传统的汽车制造领域向非制造领域延伸。
如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统用于维护维修的机器人等。
来越多。
在未来几年，传感技术，激光技术，工程网络技术将会被广泛应用在机械手工作领域，这些技术会是机械手的应用更为高效，高质，运行成本低。
据猜测，今后机器人将在医疗、保健、生物技术和产业、教育、救灾、海洋开发、机器维修、交通运输和农业水产等领域得到应用。
目前，我国工业机械手的发展主要是逐步扩大其应用范围在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，研制出示教式机械手，计算机控制机械手和组合式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、设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不同的典型机构，组装成各种用途的机械手，既便于设计制造，又便于更换工件，扩大应用范围。
（二）PLC控制技术在国内外的发展概况自二十世界六十年代美国推出可编程逻辑控制器PLC取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。
同时，PLC的功能也不断完善。
随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。
今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业、同时，计算机监控系统是采用集中监测、集中控制、集中显示、集中管理、集中保存的系统，融合了较先进的自动化技术、计算机技术、通讯技术、故障诊断技术域。
在工业生产中发挥越来越显著的作用。
可编程控制器的发展也电视更加适用于现代工业的需要。
从控制规模上来说，这个时期发展了大型集合超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。
目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。
我国可编程控制器的引进、应用、腰肢和生产时伴随着改革开放开始的。
最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。
接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。
目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。
可以预期，随着我国现代化的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地近10年来，随着PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制，PLC在我国的应用增长十分迅速。
随着中国经济的告诉发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内PLC在我国仍将保持高速增长势头。
特别在那些对实时性要求高，对成本努不发表，对尺寸敏感的场合，嵌入式PLC大有可为。
PLC控制在国内将会有一个广阔的发展前景、随着PLC技术的推广和应用，PLC将向两个方面发展：一方面向着大型化的方向发展，另一方面则向着小型化的方向发展。
PLC向大型化方向发展，主要表现在大中型PLC向多功能、大容量、智能化、网络化发展，使之能与计算机组成集成按制系统，对大规模、复杂系统进行综合的自动控制。
降低成本，向高性能的整体型发展；在提高系统可靠性的基础上，产品的体积越来越小，功能越来越强；应用的专业性，使得控制质量大大提高。
另外，PKC在软件方面也将有较大的发展。
系统的开放使第三方的软件能方便的在符合开放系统标准的PLC上得到移植。
除了采用标准化的硬件外，采用标准化的软件也能大大缩短系统开发周期；同时，标准化的软件由于经受了实际应用的考验，它的可靠性也明显提高。
总之，PLC的发展趋势是：高功能、高速度、高集成度、容量大、体积小、成本低、通信联网功能强。
（三）课题的提出及主要任务1.课题的提出随着工业自动化程度的提高，工业现场的很多易燃、易爆等高危及重体力劳动场合必将由机器人所代替。
这一方面可以减轻工人的劳动强度，另一方面可以大大提高劳动生产率。
例如，注塑及其的生产过程中，往往工件、材料的上下要人工完成，既费时又费力，又影响效率。
为此，我们把上下料机械手作为我们研究的课题。
2.课题的主要任务本课题将要完成的主要任务如下：机械手为上下料机械手设计出机械手的各执行机构，包括：手部、手臂等部件的设计。
手部设计成夹持式手指来抓取工件，为了使通用性更强，手部设计成可更（1）气压传动系统的设计，本课题将设计出机械手的气压传动系统，包括气动元器件的选取，气动回路的设计，并绘出气动原理图。
（2）人机交互界面的设计（3）机械手的控制系统的设计，本机械手拟采用PLC对机械手进行控制，本课题将要选取PLC型号，根据机械手的工作流程编织出PLC程序。
（四）机械手在数控机床的应用因现在科技的发展和进步，许多的危险性和有害性的工作都由机器人取代了人工。
所以机械手的诞生受到了市场很大的需求，机械手在各类机床上的应用广泛。
可以用于夹持工件，搬运运输等工作。
二、机械手的总体设计方案对气动机械手的基本要求是能快速、准确的搬运工见，这就要求他们具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度以及在任意位置都能自动定位等特性。
设计气动机械手的原则是：充分分析作业对象的作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工艺，并满足系统功能要求和环境条件。
本次设计的机械手是专用气动上下料机械手，专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点。
（一）上下料机械手的工作原理机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。
在PLC程序控制的条件下，采用气压传动方式，来实现执行机构的相应部位发生规定要求的，有顺序，有运动轨迹，有一定速度和时间的动作。
同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警。
位置检测装置随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置相比较，然后通过系统进行调整，从而使执行机构以一定的要求达到设定位置。
（二）机械手的组成机械手主要由执行机构、驱动机构、控制系统以及位置检测装置等所组成。
各系统相互之间的关系如图2-1所示。
图2-11.执行机构包括手部、手臂和立柱、机座等不件，有的还增设行走机构。
（1）手部即与物件接触的部件。
由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式。
而在本课题中则选用夹持式手部结构。
夹持式手部由手爪和传力机构所构成。
手爪是与物件直接接触的构件，常用的手爪运动形式有回转型和平移型。
回转型手爪结构相对简单，制造也比较容易，故应用广泛。
平移型应用的比较少，其原因是平移型手爪结构相对复杂，但平移型手爪夹持圆形工件时，工件直径变化不影响其轴心位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。
