三自由度圆柱坐标式普通车床自动上下料装置机械手设计含开题及4张CAD图
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附件5开题报告(学生用表)系(部): 专业: 班级: 课题名称上下料机械手设计(结构设计)指导教师 学生 学号 一、课题的来源及意义实践证明,工业机械手可以代替人手的繁重劳动,显著减轻工人的劳动强度,从而提高经济效益。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作,采用机械手是非常有效的。在繁重的条件下进行的操作,更显示其优越性,有着广阔的发展前途。本课题是为普通车床配套而设计的一种自动上下料装置的双手臂的机械手。本文对机械手进行了总体方案的设计,确定了机械手的坐标型式、三个自由度和机械手的技术参数,并分别确定了该机械手的手臂的回转机构和升降机构,双支点回转型手部结构,并利用AutoCAD软件绘制了车床上下料机械手装配图,手部结构图以及一些主要的零件图,同时也简要的介绍了工业机器人的概念,机械手的组成和分类,机械手的自由度和坐标型式等基本知识。本次题目的设计要求是抓取重物30kg,机械手的双臂可同时升降并在水平面内一起作90回转动作,升降220mm,装在手臂前端的手,可作夹紧或松开工件的开闭动作。机械手工作时,通过手臂的升降、回转和手的开闭,可完成工件上、下料的自动循环。手臂的回转装置采用了齿条齿轮机构,同时依靠液压缸的驱动实现了手臂的升降运动。由于工作对象为孔径结构的工件,所以设计的手部是双手臂,并且为双支点回转型V型手指。液压系统具有结构简单,便于维护和维修,自身具有润滑功能等优点。数控车床上下料机械手,特点是结构精巧,占地面积小,动作简捷,功能全,可靠性高。二、国内外发展状况及研究背景 1、以提高生产过程中的自动化程度应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度,从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。可以善劳动条件,避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中,用人手直接操作是有危险或根本不可能的,而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业,使劳动条件得以改善。在一些简单、重复,特别是较笨重的操作中,以机械手代替人进行工作,可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。可以减轻人力,并便于有节奏的生产 应用机械手代替人进行工作,这是直接减少人力的一个侧面,同时由于应用机械手可以连续的工作,这是减少人力的另一个侧面。因此,在自动化机床的综合加工自动线上,目前几乎都没有机械手,以减少人力和更准确的控制生产的节拍,便于有节奏的进行工作生产。综上所述,有效的应用机械手,是发展机械工业的必然趋势。2、国内外研究现状和发展趋势(1)国内的研究现状工业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。工业机械手延伸和扩大了人的 手足和大脑功能,它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高温等恶劣环境中工作: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。目前主要应用与制造业中,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,自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统和计算机集成制造系统,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。我国工业机械手的研究与开发始于20世纪70年代。1972年我国第一台机械手开发于上海,随之全国各省都开始研制和应用机械手。从第七个五年计划(1986-1990)开始,我国政府将工业机器人的发展列入其中,并且为此项目投入大量的资金,研究开发并且制造了一系列的工业机器人,有由北京机械自动化研究所设计制造的喷涂机器人,广州机床研究所和北京机床研究所合作设计制造的点焊机器人,大连机床研究所设计制造的氩弧焊机器人,沈阳工业大学设计制造的装卸载机器人等等。这些机器人的控制器,都是由中国科学院沈阳自动化研究所和北京科技大学机器人研究所开发的,同时一系列的机器人关键部件也被开发出来,如机器人专用轴承,减震齿轮,直流伺服电机,编码器,DCPWM等等。我国的工业机械手发展主要是逐步扩大其应用范围。在应用专业机械手的同时,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。可以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,选用不用的典型机构,组装成各种用途的机械手,即便于设计制造,又便于跟换工件,扩大了应用范围。目前国内机械手主要用于机床加工、锻造。热处理等方面,数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。所以,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,在应用专业机械手的同时,相应的发展通用机械手,有条件的要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。同时要提高速度,减少冲击,正确定位,以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型,以及具有触觉、视觉等性能的机械手,并考虑与计算机连用,逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。(2)国外研究现状国外机械手在机械制造行业中应用较多,发展也很快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料,以及点焊、喷漆等作业,它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力,能反馈外界条件的变化,作相应的变更。如 发生少许偏差时候,即能更正并自行检测,重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定的成绩。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。运动系统仿造坦克炮塔,臂可以回转、俯仰、伸缩,用液压驱动;控制系统用磁鼓做储存装置。不少球面坐标式机械手就是在这个基础上发展起来的;同年该公司和普曼公司合并成为万能制动公司,专门生产工业机械手。1962年美国机械铸造公司也实验成功一种叫Versatran机械手,原意是灵活搬运,可做点位和轨迹控制:该机械手的中央立柱可以回转、升降、伸缩,采用液压驱动,控制系统也是示教再现型。虽然这2种机械手出现在六十年代初,但都是国外机械手发展的基础。从60年代后期起,喷漆、弧焊工业机器人相继在生产中开始应用。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制出一种UnimationVic.arm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。联邦德国机器制造业是从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Kuka公司还生产一种点焊机械手,采用关节式结构和程序控制;日本是工业机器人发展最快,应用国家最多的国家,自1969年从美国引进两种典型机械手后,开始大力从事机械手的研究,目前以成为世界上工业机械手应用最多的国家之一。三、研究目标及内容本课题将要完成的主要内容如下:(1) 为普通车床设计合理的自动上下料装置的机械手。(2) 选取机械手的坐标型式和自由度。(3) 设计出机械手的各执行机构,包括:手部、手腕、手臂和机身等结构部件的设计。(4) 相关资料, 拟定多种设计方案, 并比较其优劣, 选择合理的设计方案。四、本课题研究方法及进度安排 第1-2周 查阅和收集设计资料,完成系统初步设计方案;第3-4周 完成系统的主要零部件设计、计算;第4-5周 绘制系统的主要零部件图;第6周 绘制系统的结构图;第7周 进行CAD草图设计;第8周 正式CAD绘图设计;第9周 CAD绘图设计并进行相关修改;第18周 写说明书、出图;第11-12周 整理说明书及图纸;第13-14周 对整体检查,对说明书及图纸进行修改;第15周 为答辩做准备;第16周 答辩;六、参考文献1 刘鸿文.材料力学M.北京:高等教育出版社,2015: 11-15.2 孙志礼,冷兴聚,魏延刚等.机械设计M.沈阳:东北大学出版社,2016:19-25.3 刘朝儒,彭福荫,高政一.机械制图M.北京:高等教育出版社,2016:25-30.4 董林福 ,赵艳春.液压与气压传动M.沈阳:化学工业出版社,2015:15-36.5徐元昌.工业机器人M.北京:中国轻工业出版社,2014. 22-30.6张建民.工业机器人M.北京:北京理工大学出版社,2016. 111-130.7 周洪.气动技术的新发展J. 液压气动与密封,2017.220-231.8 蔡自兴.机器人学的发展趋势和发展战略J. 机器人技术,2017.34-40.9田绿竹.画法几何及机械制图M. 北京:冶金工业出版社,2004.70-78.10李允文.工业机械手设计.机械工业出版社M,2017. 88-9711杨文生.液压与气动传动M.电子工业出版社,2017.201-210.12孙桓 陈作模.机械原理M.高等教育出版社,2016.145-151.13李建功.机械设计M.机械工业出版社,2015. 30-3814陆玉.机械设计手册M.机械工业出版社,2016. 67-9315王承义. 机械手及其应用M. 机械工业出版社,2016. 66-90指导教师意见:指导教师签名: 年 月 日注:1、本表可根据内容续页;2、指导教师意见及签名手写,其他内容电子版填写。
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