全自动上管机械手的设计毕业设计

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1、上海理工大学高等学历教育毕业设计（论文）第1章 绪 论1.1工业机械手的定义工业机械手诞生于20世纪60年代,在20世纪90年代得到迅速发展,是最先产业化的机械手技术。它是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术,是当代研究十分活跃、应用日益广泛的领域。它的出现是为了适应制造业规模化生产,解决单调、重复的体力劳动和提高生产质量而代替人工作业。在我国,工业机械手的真正使用到现在已经接近20多年了,已经基本实现了试验、引进到自主开发的转变,促进了我国制造业、勘探业等行业的发展。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，

2、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。当代柔性自动化生产的建立和广泛应用，取决于作为科技进步的催化剂的机床制造、机械手技术、计算机技术、微电子技术、仪器制造等技术的加速发展。工业机械手是多品种的经常更换产品的生产过程自动化的通用手段。在机械制造中，工业机械手既有效地用于柔性生产系统组

3、成工艺装备的基本工序中，也有效地用于辅助操作中。工业机械手与传统自动化手段不同之处，首先在于它在各种生产功能上的通用性和重新调整的柔性。在柔性生产系统中，工业机械手广泛应用于数控机床、锻压机床、铸造机械和仓储设备上，以完成传送装备和其它操作。工业机械手和基本工艺装备、辅助手段以及控制装置一起形成各种不同形式的机械手技术综合体柔性生产系统基本结构模块。机械手是先进制造技术和自动化装备的典型代表，是人造机器的“终极”形式。它涉及到机械、电子、自动控制、计算机、人工智能、传感器、通讯与网络等多个学科和领域，是多种高新技术发展成果的综合集成，因此它的发展与众多学科发展密切相关。一方面，机械手在制造业应

4、用的范围越来越广阔，其标准化、模块化、网络化和智能化的程度也越来越高，功能越来越强，并向着成套技术和装备的方向发展；另一方面，机械手向着非制造业应用发展以及微小型方向发展，并将服务于人类活动的各个领域。在理论上，随着世界经济和技术发展，人类活动领域的不断扩大，机械手应有正迅速向社会生产和生活的各个领域扩展，也从制造领域转向非制造领域，各种各样的机械手产品随之出现。SA700单轴伺服机械手的设计，不但在技术上可以追踪机械手的发展趋势，而且还可以填补工业机械手的应用的空白，促进我国工业机械手的技术水平的提高和产业化水平的发展。本次设计是根据对工业三自由度机械手的总体结构及传动系统的分析和探讨，进行

5、三自由度工业机械手的结构设计。关键在于三轴（臂）的传动系统的设计以及整体的结构设计。工业机械手的定义为：一种能够自动定位控制，可重复编程的，多功能的，多自由度的操作机。工业机械手是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机械手以来，机械手技术及其产品发展很快，已成为柔性制造系统(FMS)、自动化工厂(FA)、计算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具。机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序轨迹极其它要求，实现抓取，搬运工件或操做工具的自动化装置。在我国由于大多数工业机械手所执行的工作为模

6、拟人的手臂而工作，因而通常把工业机械手称做操作机械手。智能机械手是机械手的发展方向，它具有智能系统，主要是感觉装置、视觉装置和语言识别装置等。具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机械手，能在较为复杂的环境下工作；如具有识别功能或更进一步增加自适应、自学习功能，即成为智能型工业机械手。它能按照人给的“宏指令”自选或自编程序去适应环境，并自动完成更为复杂的工作。1.2工业机械手的组成 工业机械手一般由执行系统、驱动系统、控制系统和人工智能系统组成。如图1-1所示。目前，具有人工智能系统的工业机械手即智能机械手还处于研究实图1-1 机械手的一般组成验阶段。而应用于生产实际的多数是那些具有执行系统、驱动系

7、统和控制系统的工业机械手。要机械手像人一样拿取东西，最简单的基本条件是要有一套类似于指、腕、臂、关节等部分组成的抓取和移动机构执行机构；像肌肉那样使手臂运动的驱动传动系统；像大脑那样指挥手动作的控制系统。这些系统的性能就决定了机械手的性能。对于现代智能机械手而言，还具有智能系统，主要是感觉装置、视觉装置和语言识别装置等。目前研究主要集中在赋予机械手“眼睛”，使它能识别物体和躲避障碍物，以及机械手的触觉装置。机械手的这些组成部分并不是各自独立的，或者说并不是简单的叠加在一起，从而构成一个机械手的。要实现机械手所期望实现的功能，机械手的各部分之间必然还存在着相互关联、相互影响和相互制约。它们之间的

8、相互关系如图1-2 所示。图1-2 机械手各组成部分之间的关系机械手的机械系统主要由执行机构和驱动传动系统组成。执行机构是机械手赖以完成工作任务的实体，通常由连杆和关节组成，由驱动传动系统提供动力，按控制系统的要求完成工作任务。驱动传动系统主要包括驱动机构和传动系统。驱动机构提供机械手各关节所需要的动力，传动系统则将驱动力转换为满足机械手各关节力矩和运动所要求的驱动力或力矩。有的文献则把机械手分为机械系统、驱动系统和控制系统三大部分。其中的机械系统又叫操作机(Manipulator)，相当于本文中的执行机构部分。第2章 工业机械手的理论设计2.1机械手的特点分析机械手是一种能模拟人的手臂的部分

9、动作，按预定的程序轨迹极其它要求，实现抓取，搬运工件或操做工具的自动化装置。在我国由于大多数工业机械手所执行的工作为模拟人的手臂而工作，因而通常把工业机器手称做操作机械手。机械手的特点：（1） 对环境的适应性强 能代替人从事危险，有害的工作。在长时间工作对人体有害的场所，机械手不受影响，只要根据工作环境进行合理的设计，选择适当的材料和结构，机械手就可以在异常高温或低温，异常压力和有害气体，粉尘，放射线作用下，以及冲压，灭等危险环境中胜任工作。（2） 机械手能持久，耐劳，可以把人从繁重单调的劳动中解放出来，并能扩大和延伸人的功能。（3） 由于机械手的动作准确，因此可以稳定和提高产品的质量，同时又

10、可以避免人为的操作错误。（4） 机械手特点是通过用工业机械手的通用性，灵活性好，能很好的适应产品的不断变化，以满足柔性生产的需要。2.2机械手的设计分析1.机械手概念：工业应用中，能够实现自动控制的、可重复编程的、多功能的、多自由度的、运动自由度建成空间直角关系、多用途的操作机。他能够搬运物体、操作工具，以完成各种作业。关于机械手的定义随着科技的不断发展，在不断的完善.2.机械手的特点：自由度运动，每个运动自由度之间的空间夹角为直角；自动控制的，可重复编程，所有的运动均按程序运行；一般由控制系统、驱动系统、机械系统、操作工具等组成。灵活，多功能，因操作工具的不同功能也不同。高可靠性、高速度、高

11、精度。可用于恶劣的环境，可长期工作，便于操作维修。3.机械手的应用：因末端操作工具的不同，机械手可以非常方便的用作各种自动化设备，完成如焊接、搬运、上下料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码、（软仿型）喷涂、目标跟随、排爆等一系列工作。特别适用于多品种、便批量的柔性化作业，对于稳定提高产品质量，提高劳动生产率，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。随着机械手的应用越来越广泛，机械手的设计工作日益显得重要。成功的设计一台机械手涉及到很多方面的工作，包括机械结构、动力驱动、伺服控制等等。4.机械手设计特点：机械手的设计是一个复杂的工作，工作量很大，涉及的知识面

12、很多，往往需要多人完成。机械手设计是面向客户的设计，不是闭门造车。设计者需要经常和用户在一起，不停分析用户要求，寻求解决方案。机械手设计是面向加工的设计，再好的设计，如果工厂不能加工出产品，设计也是失败的，设计者需要掌握大量的加工工艺及加工手段。机械手设计是一个不断完善的过程。5.机械手设计流程：使用要求的分析：每一个机械手都是根据特定的要求的产生而设计的，设计的第一步就是要将使用要求分析清楚，确定设计时需要考虑的参数，包括： 机械手的定位精度，重复定位精度； 机械手的负载大小，负载特性；机械手运动的自由度数量，每自由度的运动行程；机械手的工作周期或运动速度，加减速特性；机械手的运动轨迹，动作

13、的关联；机械手的工作环境、安装方式；机械手的运行工作制、运行寿命；6.设备寿命校核机械结构设计完成后，要对整台设备进行寿命计算，核心元件的寿命到要计算，如机械手轨道的寿命，减速机的寿命，伺服电机的寿命等。机械手的运行寿命与运行速度、负载大小、结构形式、工作环境、工作制等有关。如果发现机械手的运行寿命太短，需要重新调整设计。以上为一个机械手机械结构部分的设计方法，至于控制系统部分这里不加说明。第3章 全自动上管机械手的设计3.1机械手的设计目的与作用通过不断学习和对工作经验的积累，对于机械手的结构和设计有了一定的认识，开始进行一种用于节能灯烤管涂膜机全自动上管的机械手的设计。设计的这个机械手臂的

14、作用是将传送带上送达的工件规律的准确的逐个送到指定的位置，这个位置位于传送带的侧上方，是一个一定长度的插头，工件会套上插头并被带走进入下一道烘烤工序，所以工件在最后还要有一个套上的动作。3.2机械手的运动轨迹分析与整体思路经过以上3.1的考虑，我们设计工件的轨迹分为两段，先是一个逆时针的角度旋转，到达插头的延伸线上后再进行一个直线运动，直到到达终点。如图3-2-1机械手的夹取动作可以直接用一个平行气缸配合零件来完成，最后的直线运动可以直接用一个直线气缸配合零件完成，中间的旋转运动考虑到其稳定性决定用电机变速后带动凸轮机构，凸轮机构传动带动齿条齿轮的方法来实现。于是得出的设计方案是电机传动凸轮，

15、凸轮传动齿条，齿条传动齿轮，齿轮图3-1运动轨迹带动整个机械手臂旋转，直线气缸带动手臂上下直线移动，平行气缸带动夹板夹取工件。机械手臂材料的选取与一般机械设备相比，机械手结构的动力特性是十分重要的，这是材料选择的出发点。材料选择的基本要求是：强度高、弹性模量大、重量轻、阻尼大、材料价格低。这里只要采用普通的碳素结构钢就可以了。3.3机械手臂部分设计与分析由于节能灯烤管涂膜需要在近200高温的工作条件下进行，采用电机直接驱动不合适，所以这次改为气缸和机械驱动，利用凸轮机构来实现其传送过程，气缸推送达到其夹取和入位的目的。理论原理设计：1如图3-3-2组合手臂主视图、图3-3组合手臂俯视图所示：凸

16、轮的自转，产生固定循环的势力差变动，通过摇臂的传动将势力差转换为上下运动，摇臂的转动从而带动机械手臂的旋转，然后气缸的推动达到传送灯管的作用，而平行气缸则是达到夹取灯管的作用，通过以上动作的组合便可以完成需要的工作过程。2其中还设计到旋转角度，传送距离，以及夹取的强度预算问题：（1）旋转角度：旋转角度则为凸轮来控制，通过计算旋转的角度给传动臂（图3-3）带来的上下位移的距离，然后经过摇臂的缩放，调整到凸轮适合的势差范围，对凸轮进行合理的设计。（2）传送距离：则为对气缸的选取，首先对推动力进行计算，摩擦力加上负载重量乘以120%为选取气缸基准力，挑选适合的气缸。（3）夹取的强度：在夹具上有调节空

17、档大小的功能，若夹取过紧了，可以调整螺丝将其放松，夹取过松，可以调整螺丝使其内移变紧。图3-2组合手臂主视图图3-3组合手臂旋转图图3-4组合手臂俯视图3.4机械手臂部分零件详解3.4.1工件（灯管）本机械手需要移动的工件为直径70MM的节能灯灯管，俯视图为圆形，属于非常轻的工件，所以整体机械臂所需要产生的力也很小。3.4.2夹板夹板分为左右两块，内壁黏贴一层塑胶以减小与工件接触时的冲击力且能增加移动工件时的摩擦力。夹板内壁为圆形，工件也是圆形，左右契合工件的形状，各以两枚螺丝与夹座调位二连接。图3-5夹板3.4.3夹座调位夹座调位由左右两部分组成，每一边又由夹座调位一和夹座调位二组成，金属材

18、质，其中夹座调位二与夹板连接，夹座调位一与平行气缸连接。夹座调位一上有五个螺孔，配合夹座调位二可进行五档的调节，调节范围为0到32MM，左右最大可以进行64MM的调节，配合夹板的圆形内壁（内壁顶点到夹座调位内面的距离为9MM），最后可以得到的最大范围为82MM，最小范围为18MM，以更好的适应不同规格工件的大小。图3-6夹座调位一二3.4.4平行气缸加工手臂与平行气缸的链接部分最大要进行50MM的位移，平行气缸的直径为35MM，所以我们选择的气缸型号为SDA35X70,比较适合这个位移，且因为有卡槽的限制，不必担心会超出我们所需的位移。3.4.5平行气缸座平行气缸座的主要作用就是固定平行气缸，

19、金属材质，通过内嵌式螺母与滑块连接，值得一提的是平行气缸座的底部是一个可调节的设计，底部是一个长度20MM的卡槽，所以整个平行气缸到夹板这一部分可以进行一个长度20MM的前后调节，这样可以更好的切合机械手臂与工件之间的位置。3.4.6夹动手臂夹动手臂是整个机械臂非常重要的一个部件，它左边连接着夹具主载模块，中间通过一个鱼眼接头连接直行气缸，右端夹座移动轴承夹，以左端为支点，气缸产生的上升力通过夹动手臂传达给夹座移动轴承架，从而提升整个夹具。夹动手臂的左端是一个长度20MM的卡槽，与夹座移动轴承架连接，当夹板抬升时，从最低点到最高点抬升高度为100MM，在此过程中，夹动手臂进行的是一个逆时针的圆

20、弧动作，而滑块进行的是一个直线运动，所以两者连接点之间的距离会发生一个变化，当夹动手臂处于最高点和最低点时，左端支点到右端连接点最远距离为170MM，处于中间时最近距离为163MM，中间的移动距离为7MM，所以长度20MM的卡槽完全可以提供足够的空间，通过CAD测量可以知道旋转的角度为34.1度。图3-7夹动手臂3.4.7滑轨滑块机械手臂的上升依靠滑块和滑轨来确定上升下滑的轨迹，滑轨和滑块通过内嵌的螺丝与机械手臂结合在一起。通过这个组合可以更好的增加机械手臂上升下滑动作的稳定性和准确性。且由于是在固定的轨迹内移动所以也不用担心会出现出轨的现象。当机械手臂移动到最大距离时就无法再移动了。气缸固定

21、导轨连接板气缸固定导轨连接板是整个机械手比的一个中间连接部分，它右边是夹具部分，左边部分则是整个直行气缸及其支架框，3.4.8气缸支架框气缸支架框并不是一个一体成型的框，它是由多个部件组成的，机械手臂使用的直行气缸并不是一个完全固定死的结构，它的下端是可以左右轻微的摆动，上端与夹动手臂是用鱼眼接头连接，这个结构是为了防止气缸可能出现的偏移，下端的组成由气缸旋转座，气缸旋转插销，气缸旋转架组成（详见零件图擦粉机A-25，A-7，A-8）图3-8气缸支架框3.4.9连接直角板连接直角板连接整个气缸支架框和夹具主载模块，考虑到气缸出现问题后的维护与修理，所以支架框和主载模块并没有做成一体式结构，且主

22、载模块部分的表面要求没有前面的部分那么高，所以表面粗糙度和加工工艺都相对较低。3.4.10配重块为了维持整个机械手臂的平衡，同时可以减小机械手臂摆动时所需的动力，所以在机械手臂的最后加上了配重块这一部分，配重块就类似于砝码，通过增加数量以达到一个最好的平衡，且能适应不同型号产品的重量。3.5机械手臂传动部分的设计与分析3.5.1凸轮的设计凸轮机构一般是由凸轮，从动件和机架三个构件组成的高副机构。凸轮通常作连续等速转动，从动件根据使用要求设计使它获得一定规律的运动凸轮机构能实现复杂的运动要求，广泛用于各种自动化和半自动化机械装置中。 凸轮机构通常由两部份动件组成，即凸轮与从动子(follower

23、)，两者均固定于座架上。凸轮装置是相当多变化的，故几乎所有任意动作均可经由此一机构产生。 凸轮可以定义为一个具有曲面或曲槽之机件，利用其摆动或回转，可以使另一组件从动子提供预先设定的运动。从动子之路径大部限制在一个滑槽内，以获得往覆运动。在其回复的行程中，有时依靠其本身之重量，但有些机构为获得确切的动作，常以弹簧作为回复之力，有些则利用导槽,使其在特定的路径上运动。本次设计利用凸轮在自身旋转同时带来的势力差来实现传送灯管的目的。凸轮被固定在基座上由电机变速后带动，这里选用的电机的转速是1400转/分钟，通过1:80的减速机减速后转速为17转/分钟，摆臂一端通过二级挂脚座连接到基座上，可以旋转运

24、动，另一端通过强力弹簧与基座连接，摆臂中间的小轮为从动子，紧密贴合凸轮，之所以用到这个小轮做从动子是为了减小凸轮转动带来的摩擦力，减小磨损，凸轮转动带动从动子，摆臂通过从动子与凸轮连接也被带动，于是杠杆向下运动，又因为弹簧有一个向上的力，所以凸轮转到半径小的部分是摆臂又会向上回升，始终贴合凸轮，摆臂的尾部通过鱼眼接头与另一根摆臂连接，当摆臂上下不断运动时就会带动后面的次级摆臂上下运动，从而带动摇臂左右旋转，摇臂再通过连接杆就可以带动齿条左右移动了，为了增加齿条的稳定性，为连接杆做了一个固定的导轨，这样可以避免可能的偏斜，且传动部件之间都是用了鱼眼接头作为连接，增加了灵活性，也可以预防因力量偏斜

25、而产生的折断扭曲。齿条与齿轮契合，当齿条左右移动的时候齿轮就可以转动了，齿轮是和整个机械手臂的旋转主轴连接在一起的，这样就可以实现机械手臂的旋转运动了。凸轮机构在应用中的基本特点在于能使从动件获得较复杂的运动规律。因为从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线，所以在应用时，只要根据从动件的运动规律来设计凸轮的轮廓曲线就可以了。图3-9传动部分图3-9凸轮3.5.2齿轮齿条部分齿轮分度圆直径为67.5 MM，齿数45齿 ，模数Z=1.5 。齿条需要的移动为47.1MM，可使得机械手摆动80度，（计算原理：圆周=67.53.14=211.95 45齿每个齿的弧度=圆周/45 每个齿的角度是360/45=

26、8度 80度就是10个齿 所以齿条移动距离为10倍的圆周/4547.1MM齿条上放置18-20个齿足够）。 摆臂比例：1级摆臂比例为1比2.35 2级摆臂比例为1比1 摆臂有微调机构图3-10齿轮齿条3.5.3直线气缸部分的传动 直线气缸通过直线气缸框与整个机械手臂固定连接，通过鱼眼接头和摇臂中间位置连接，摇臂部分左端与主载模块连接可以旋转，右端通过夹座移动轴承夹与滑块连接，在滑轨上进行上下移动运动，上下移动的手臂部分连同工件的重量约为1.5千克，需要的上升力为1.59.8=14.7因为这个摇臂有一个杠杆原理，所以我们需要两倍的力，即为14.72=29.4N的力，之所以讲摇臂这样设计是为了达到

27、一个减小气缸移动距离的效果，手臂上升的距离为100MM，而气缸的距离只需要50MM就可以了，气缸的直径为35MM，根据P=F/S可得气缸所需要的压强。根据行程和压力，我们选择的直线气缸为SDA3570直线气缸，这种气缸可以直接购买到成品。 SDA气缸：引导活塞在其中进行直线往复运动的圆筒形金属机件。工质在发动机气缸中通过膨胀将热能转化为机械能；气体在压缩机气缸中接受活塞压缩而提高压力。 SDA气缸结构：气缸是由缸筒、端盖、活塞、活塞杆和密封件等组成。 缸筒的内径大小代表了气缸输出力的大小 端盖上设有进排气通口，有的还在端盖内设有缓冲机构 塞是气缸中的受压力零件。为防止活塞左右两腔相互窜气，设有

28、活塞密封圈。 活塞杆是气缸中最重要的受力零件。通常使用高碳钢，表面经镀硬铬处理，或使用不锈钢，以防腐蚀，并提高密封圈的耐磨性。 回转或往复运动处的部件密封称为动密封，静止件部分的密封称为静密封。SDA气缸工作原理：根据工作所需力的大小来确定活塞杆上的推力和拉力。由此来选择气缸时应使气缸的输出力稍有余量。若缸径选小了，输出力不够，气缸不能正常工作；但缸径过大，不仅使设备笨重、成本高，同时耗气量增大，造成能源浪费。在夹具设计时，应尽量采用增力机构，以减少气缸的尺寸。3.5.4电机的选择如果电动机功率选得过大就会出现大马拉小车现象其输出机械功率不能得到充分利用，功率因数和效率都不高(见表)，不但对用

29、户和电网不利。而且还会造成电能浪费。要正确选择电动机的功率，必须经过以下计算或比较：(1)对于恒定负载连续工作方式，如果知道负载的功率(即生产机械轴上的功率)Pl(kw)，可按下式计算所需电动机的功率P(kw)： P=P1/n1n2 式中n1为生产机械的效率；n2为电动机的效率。即传动效率。 按上式求出的功率，不一定与产品功率相同。因此所选电动机的额定功率应等于或稍大于计算所得的功率。例：某生产机械的功率为395kw机械效率为70、如果选用效率为08的电动机，试求该电动机的功率应为多少 kw? 解:P=P1/ n1n2=3.95/0.7*0.8=7.1kw 由于没有71kw这规格所以选用75k

30、w的电动机。 (2)短时工作定额的电动机与功率相同的连续工作定额的电动机相比最大转矩大，重量小，价格低。因此，在条件许可时，应尽量选用短时工作定额的电动机。(3)对于断续工作定额的电动机，其功率的选择、要根据负载持续率的大小，选用专门用于断续运行方式的电动机。负载持续串Fs的计算公式为FStg/(tg+to)100式中tg为工作时间，t。为停止时间min；tg十to为工作周期时间min。此外也可用类比法来选择电动机的功率。所谓类比法。就是与类似生产机械所用电动机的功率进行对比。具体做法是：了解本单位或附近其他单位的类似生产机械使用多大功率的电动机，然后选用相近功率的电动机进行试车。试车的目的是

31、验证所选电动机与生产机械是否匹配。验证的方法是：使电动机带动生产机械运转，用钳形电流表测量电动机的工作电流，将测得的电流与该电动机铭牌上标出的额定电流进行对比。如果电功机的实际工作电流与铭脾上标出的额定电流上下相差不大则表明所选电动机的功率合适。如果电动 机的实际工作电流比铭牌上标出的额定电流低70左右则表明电动机的功率选得过大(即“大马拉小车”应调换功率 较小的电动机。如果测得的电动机工作电流比铭牌上标出的额定电流大40以上则表明电动机的功率选得过小(即小马拉大车)，应调换功率较大的电动机3.6机械手零件在加工、设计过程中存在的问题及解决方法1.凸轮加工方面存在的问题：在滚动面上光滑度有很高

32、的要求，在加工时由于线切割的走刀速度过快，导致滚动面不平滑，会导致机械手臂抖动的现象，从而无法达到平滑传送的目的。解决的方法：在凸轮加工时，注意线切割的走刀速度，以及在线切割控制软件上绘制凸轮时轮廓的连接方式，应该采用光滑的圆弧链接法进行连接，就可以避免以上情况的发生。2.零件加工方面存在的问题：由于加工人员的经验不足，未能将零部件尺寸严格控制在公差范围之内，导致装配时有配合要求的零部件无法达到预期运动效果。例如：图3-4、图3-5，零部件之间有间隙配合，需要有相对的调节空间，可以移动，第一次加工由于未能加工到公差范围之内，导致装配时卡死现象，无法进行距离调节。解决方法：零件加工牵扯到加工工艺

33、问题，只要符合相应的加工工艺，就可以解决以上问题。在生产过程中，直接改变原材料（或毛坯）形状、尺寸、位置和性能，使之变为成品或半成品的过程，称为工艺过程，它是生产过程的主要部分。工艺过程又可分为铸造、锻造、冲压、焊接、热处理、机械加工、装配等类别。机械制造工艺过程一般是指零件的机械加工工艺过程和机器的装配工艺过程的总和，其他过程则称为辅助过程，例如检验、清洗、油封、包装、转运、保管、动力供应、设备维护等。用切削的方法逐步改变毛坯或半成品的形状、尺寸和表面质量，使之成为合格的零件所进行的工艺过程，称为机械加工工艺过程。在机械制造业中，机械加工工艺过程是最主要的工艺过程。未注尺寸公差按 GB/T1

34、804-m 制造，未注位置公差按 GB/T1184-K 制造。3.7机械手臂总图配合与技术要求3.7.1机械手臂配合将以上各部分组装之后就得到了我们的全自动上管机械手，这里设计的全自动上管机械手并不要求非常严格的准确性，装配的过程中允许一定的误差，因为最后的落点是可以调节的，但是这里的全自动上管机械手必须有极高的稳定性，保证每一次的落点都在同一个位置，这也是为什么我们要选用凸轮带动手臂而不是直接用气缸带动手臂的原因，气缸具有一定的不稳定性，如果气缸内的气体压力过大手臂不能收回气过小手臂不能伸出，都会有撞机器的危险，这个后果是很严重的，相对来说如果只是撞工件后果还是很小的，且气缸出问题的概率也不

35、大，所以手臂上还是采用了一个直行气缸和平行气缸，这样既保证了全自动上管机械手的稳定性又简化了他的结构设计，简单便于操作。在全自动上管机械手臂上很多地方都是采用的间隙配合，他们多是松动的活动机构，例如坐台和摇臂之间的连接，齿轮和主轴之间的连接，主轴和主载模块之间的连接，主载模块和摇臂之间的连接，这些都是间隙配合，他们都是需要活动的，还有带动齿条的轴与轴套之间也是有相对间隙的，轴套的作用就是稳定轴的活动，限制轴的活动，且因为是左右一直摩擦的，所以轴套内壁的光洁度要求很高。凸轮和从动子之间是要求紧密配合的，凸轮传动是带动从动子的，但是从动子不会自动往上恢复，所以必须要有一个弹簧来提供拉伸力，保证从动

36、子始终适和凸轮精密连接在一起的其他还有一些零件之间是要求配合固定的，比如主轴和主载模块，主载模块通过松紧螺丝来达到固定主轴的目的，齿轮要套上主轴所以他们也是间隙配合，但是齿轮要与主轴实现同步就必须固定在一起，所以通过齿轮上的孔用螺丝与主轴连接，实现固定，同步。传送带上是有着固定的位置摆放工件的，所以每个工件传送过来时他们之间的间隙是很均匀固定的，这样才能保证机械手臂每次按照固定的时间落下时能够准确的套住工件，且传送带传送工件的有停顿间隙的，这样才能保证机械手臂有足够的时间套取工件。最后工件到达的终点是烤管机的接头，在这里工件进入下一道工序开始烧烤，烤管机的接头比工件内径小，所以和机械手臂相反，

37、这里工件是套在接头上的，接头的长度约为100MM，这也是为什么我们最后还要进行一个100MM的直线运动，套上接头之后接头也有一个装置用于固定工件，他们还需要考虑到烧烤时高温的问题，不过这些就是下一道工序的设计了，这里我们就不多说了。另外，烤管机的接头位置并不是固定死的，他也是可以调节的，所以我们的全自动上管机械手如果在组装完成之后发现有些许的偏差那完全是不用担心的，只需要调整最后的落点即烤管机接头就可以了。值得一提的是整套大的设配叫做擦粉机，是节能灯管生产线上非常重要的工序，整台设备的所有部件加起来是很大的一个工作台面，这里的全自动上管机械手只是他的一小部分，就如同我们的手臂对于我们整个人一样

38、，不算大却缺一不可，除了机械手臂的前半部分在工作台面的边缘，且因为作用的关系比较明显，其他的部分都是隐藏在工作台面之下的，在封闭完好的情况下是不外露的，这样也可以保证人员的安全性，也可以保证设备内部不会受到其他杂志的影响，从而保证设备的可靠性。设备的电机位于工作台面的最底部，最中心处，他不仅仅是全自动上管机械手的动力来源同时也是整个擦粉机其他部件的动力来源，这里电机通过变速箱进行调速来达到我们所要求的速度，再通过斜齿轮与凸轮背后的斜齿轮连接，从而带动凸轮转动，应为整个全自动上管机械手是考虑到平衡性的，我们在手臂上加上了配重块以达到机械手臂的平衡，来减小手臂上举时所需要的力，且各轴以左右平移居多

39、，所以带动凸轮所需要的力并不是很大，对于电机要求的动力并不是很大，只要达到基本的要求即可。3.7.2装配图技术要求 1.各密封件装配前必须浸透油。 2.装配滚动轴承允许采用机油加热进行热装，油的温度不得超过100。 3.齿轮箱装配后应设计和工艺规定进行空载试验。试验时不应有冲击、噪声，温升和渗漏不得超过有关标准规定。 4.齿轮装配后，齿面的接触斑点和侧隙应符合GB10095和GB11365的规定。 5.装配液压系统时允许使用密封填料或密封胶，但应防止进入系统中。 6.进入装配的零件及部件（包括外购件、外协件），均必须具有检验部门的合格证方能进行装配。 7.零件在装配前必须清理和清洗干净，不得有

40、毛刺、飞边、氧化皮、锈蚀、切屑、油污、着色剂和灰尘等。 8.装配前应对零、部件的主要配合尺寸，特别是过盈配合尺寸及相关精度进行复查。 9.装配过程中零件不允许磕、碰、划伤和锈蚀。 10.螺钉、螺栓和螺母紧固时，严禁打击或使用不合适的旋具和扳手。紧固后螺钉槽、螺母和螺钉、螺栓头部不得损坏。 11.规定拧紧力矩要求的紧固件，必须采用力矩扳手，并按规定的拧紧力矩紧固。 12.同一零件用多件螺钉（螺栓）紧固时，各螺钉（螺栓）需交叉、对称、逐步、均匀拧紧。 13.圆锥销装配时应与孔应进行涂色检查，其接触率不应小于配合长度的60%，并应均匀分布。 14.平键与轴上键槽两侧面应均匀接触，其配合面不得有间隙。

41、 15.花键装配同时接触的齿面数不少于2/3，接触率在键齿的长度和高度方向不得低于50%。 16.滑动配合的平键（或花键）装配后，相配件移动自如，不得有松紧不均现象。 17.粘接后应清除流出的多余粘接剂。 18.轴承外圈与开式轴承座及轴承盖的半圆孔不准有卡住现象。 19.轴承外圈与开式轴承座及轴承盖的半圆孔应接触良好，用涂色检查时，与轴承座在对称于中心线120、与轴承盖在对称于中心线90的范围 内应均匀接触。在上述范围内用塞尺检查时，0.03mm的塞尺不得塞入外 圈宽度的1/3。 20.轴承外圈装配后与定位端轴承盖端面应接触均匀。 21.滚动轴承装好后用手转动应灵活、平稳。 22.上下轴瓦的结

42、合面要紧密贴和，用0.05mm塞尺检查不入。 23.用定位销固定轴瓦时，应在保证瓦口面和端面与相关轴承孔的开合面和端面包持平齐状态下钻铰、配销。销打入后不得松动。 24.球面轴承的轴承体与轴承座应均匀接触，用涂色法检查，其接触不应小于70%。 25.合金轴承衬表面成黄色时不准使用，在规定的接触角内不准有离核现象 ，在接触角外的离核面积不得大于非接触区总面积的10%。 26.齿轮（蜗轮）基准端面与轴肩（或定位套端面）应贴合，用0.05mm塞尺检查不入。并应保证齿轮基准端面与轴线的垂直度要求。 27.齿轮箱与盖的结合面应接触良好。 28.组装前严格检查并清除零件加工时残留的锐角、毛刺和异物。保证密

43、封件装入时不被擦伤。归纳一下，大约有以下方面的基本技术要求，以供参考（具体数值，具体条款由设计者根据实际情况定）： .一般技术要求： 零件去除氧化皮。 零件加工表面上，不应有划痕、擦伤等损伤零件表面的缺陷。 去除毛刺飞边。 .热处理要求： 经调质处理，HRC5055。 零件进行高频淬火，350370回火，HRC4045。 渗碳深度0.3mm。 进行高温时效处理。 .公差要求： 未注形状公差应符合GB1184-80的要求。 未注长度尺寸允许偏差0.5mm。 铸件公差带对称于毛坯铸件基本尺寸配置。 .零件棱角： 未注圆角半径R5。 未注倒角均为245。 锐角倒钝。 .装配要求： 各密封件装配前必须

44、浸透油。 装配滚动轴承允许采用机油加热进行热装，油的温度不得超过100。 齿轮箱装配后应设计和工艺规定进行空载试验。试验时不应有冲击、噪声，温升和渗漏不得超过有关标准规定。 齿轮装配后，齿面的接触斑点和侧隙应符合GB10095和GB11365的规定。 装配液压系统时允许使用密封填料或密封胶，但应防止进入系统中。 进入装配的零件及部件（包括外购件、外协件），均必须具有检验部门的合格证方能进行装配。 零件在装配前必须清理和清洗干净，不得有毛刺、飞边、氧化皮、锈蚀、切屑、油污、着色剂和灰尘等。 装配前应对零、部件的主要配合尺寸，特别是过盈配合尺寸及相关精度进行复查。 装配过程中零件不允许磕、碰、划伤

45、和锈蚀。 螺钉、螺栓和螺母紧固时，严禁打击或使用不合适的旋具和扳手。紧固后螺钉槽、螺母和螺钉、螺栓头部不得损坏。 规定拧紧力矩要求的紧固件，必须采用力矩扳手，并按规定的拧紧力矩紧固。 同一零件用多件螺钉（螺栓）紧固时，各螺钉（螺栓）需交叉、对称、逐步、均匀拧紧。 圆锥销装配时应与孔应进行涂色检查，其接触率不应小于配合长度的60%，并应均匀分布。 平键与轴上键槽两侧面应均匀接触，其配合面不得有间隙。 花键装配同时接触的齿面数不少于2/3，接触率在键齿的长度和高度方向不得低于50%。 滑动配合的平键（或花键）装配后，相配件移动自如，不得有松紧不均现象。 粘接后应清除流出的多余粘接剂。 轴承外圈与开

46、式轴承座及轴承盖的半圆孔不准有卡住现象。 轴承外圈与开式轴承座及轴承盖的半圆孔应接触良好，用涂色检查时，与轴承座在对称于中心线120、与轴承盖在对称于中心线90的范围内应均匀接触。在上述范围内用塞尺检查时，0.03mm的塞尺不得塞入外圈宽度的1/3。 轴承外圈装配后与定位端轴承盖端面应接触均匀。 滚动轴承装好后用手转动应灵活、平稳。 上下轴瓦的结合面要紧密贴和，用0.05mm塞尺检查不入。 用定位销固定轴瓦时，应在保证瓦口面和端面与相关轴承孔的开合面和端面包持平齐状态下钻铰、配销。销打入后不得松动。 球面轴承的轴承体与轴承座应均匀接触，用涂色法检查，其接触不应小于70%。 合金轴承衬表面成黄色

47、时不准使用，在规定的接触角内不准有离核现象，在接触角外的离核面积不得大于非接触区总面积的10%。 齿轮（蜗轮）基准端面与轴肩（或定位套端面）应贴合，用0.05mm塞尺检查不入。并应保证齿轮基准端面与轴线的垂直度要求。 齿轮箱与盖的结合面应接触良好。3.7.3总图下面附上整个全自动上管机械手的总图。图3-11总图小 结本设计通过对机械设计与自动化专业大学本科所学知识为基础，完成一个辅助生产线上按特定要求传递工件的机械手的的设计，比较好地体现理论学习水平、实践动手能力，具有较强的针对性和明确的实施目标，实现了理论和实践的有机结合。本次设计的关键点有这么几点，机械手臂要求很高的稳定性，原本的设计思路

48、是直接以三个气缸来控制机械手，但是最后在方老师的指导下，考虑到以气缸的稳定性来带动整个机械手臂压力太大，所以改变思路选用了凸轮来控制。另外一点是主轴与主载模块，主轴与齿轮之间原本的设计只是以螺丝来固定，可靠性比较差，后在方老师的指导下添加上了键，大大提高了机械手臂的可靠性以及稳定性。全自动上管机械手有很多优点，它结构简单，易于控制，大量采用标准化，模块化的通用原件，易于修理维护，而且很多细节的地方都做了可调节的设计，使得它能够适应各种尺寸的变化。为了确保机械手的稳定性特意选择了凸轮带动齿条再带动齿轮的传动模式，大大提高了全自动上管机械手的可靠性，全自动机械手的简单，稳定使得他实现了从传送带到设

49、备之间的全自动化，大大节省了人力成本，提高了工作的效率和稳定。在满足系统工艺要求的前提下，全自动机械手采用了相对简单的结构和控制, 从而大大地降低了制造成本。通过近三个月的毕业设计，收集资料、设计方案，比较方案，论证方案，分析计算，最后还有工程图纸的绘制以及毕业设计论文的撰写等各个环节，使我对本科阶段的知识有了一个整体的深层次的理解，同时对工程的理解更加深刻。由于时间和个人知识及能力水平有限，论文中难免会有一些纰漏或错误之处，恳请各位老师批评指正。参 考 文 献1方建.机械结构设计.第一版，北京：化学工业出版社,2005.122黄真.并联机械手机构学理论及控制北京：机械工业出版社，2007.1-33李允文.工业机械手设计.北京：机械工业出版社，2011.7184陆祥生, 杨秀莲机械手理论及应用北京：中国铁道出版社，2005.11-125张培仁.机械手系统设计与算法.合肥：中国科学技术大学出版社，2008.10-016叶伟昌，林岗.机械工程及自动化简明设计手册.北京：机械工业出版社，2006.1-17何祖舜，蔡君亮.机械设计与工艺手册.宁夏：宁夏人民出版社，2009.8王建明，自动线与工业机械手技术 天津：天津大学出版社, 2009.01-0125