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1、上海理工大學高等學歷教育畢業(yè)設計（論文） 第1章 緒 論 1.1工業(yè)機械手的定義 工業(yè)機械手誕生于20世紀60年代,在20世紀90年代得到迅速發(fā)展,是最先產業(yè)化的機械手技術。它是綜合了計算機、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術,是當代研究十分活躍、應用日益廣泛的領域。它的出現(xiàn)是為了適應制造業(yè)規(guī)模化生產,解決單調、重復的體力勞動和提高生產質量而代替人工作業(yè)。在我國,工業(yè)機械手的真正使用到現(xiàn)在已經接近20多年了,已經基本實現(xiàn)了試驗、引進到自主開發(fā)的轉變,促進了我國制造業(yè)、勘探業(yè)等行業(yè)的發(fā)展。 機械手是在機械化、自動化生產過程中發(fā)展起來的一種新型裝

2、置。在現(xiàn)代生產過程中，機械手被廣泛的運用于自動生產線中，機械人的研制和生產已成為高技術鄰域內，迅速發(fā)殿起來的一門新興的技術，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結合。機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應用。 當代柔性自動化生產的建立和廣泛應用，取決于作為科技進步的催化劑的機床制造、機械手技術、計算機技術、微電子技術、儀器制造等技術的加速發(fā)展。工業(yè)機械手是多品種的經常更換產品的生產過程自動化的通用手段。在機械制造中，工業(yè)機械手

3、既有效地用于柔性生產系統(tǒng)組成工藝裝備的基本工序中，也有效地用于輔助操作中。工業(yè)機械手與傳統(tǒng)自動化手段不同之處，首先在于它在各種生產功能上的通用性和重新調整的柔性。在柔性生產系統(tǒng)中，工業(yè)機械手廣泛應用于數(shù)控機床、鍛壓機床、鑄造機械和倉儲設備上，以完成傳送裝備和其它操作。工業(yè)機械手和基本工藝裝備、輔助手段以及控制裝置一起形成各種不同形式的機械手技術綜合體—柔性生產系統(tǒng)基本結構模塊。 機械手是先進制造技術和自動化裝備的典型代表，是人造機器的“終極”形式。它涉及到機械、電子、自動控制、計算機、人工智能、傳感器、通訊與網絡等多個學科和領域，是多種高新技術發(fā)展成果的綜合集成，因此它的發(fā)展與眾多學科發(fā)展密

4、切相關。一方面，機械手在制造業(yè)應用的范圍越來越廣闊，其標準化、模塊化、網絡化和智能化的程度也越來越高，功能越來越強，并向著成套技術和裝備的方向發(fā)展；另一方面，機械手向著非制造業(yè)應用發(fā)展以及微小型方向發(fā)展，并將服務于人類活動的各個領域。 在理論上，隨著世界經濟和技術發(fā)展，人類活動領域的不斷擴大，機械手應有正迅速向社會生產和生活的各個領域擴展，也從制造領域轉向非制造領域，各種各樣的機械手產品隨之出現(xiàn)。SA700單軸伺服機械手的設計，不但在技術上可以追蹤機械手的發(fā)展趨勢，而且還可以填補工業(yè)機械手的應用的空白，促進我國工業(yè)機械手的技術水平的提高和產業(yè)化水平的發(fā)展。 本次設計是根據(jù)對工業(yè)三自由度機械

5、手的總體結構及傳動系統(tǒng)的分析和探討，進行三自由度工業(yè)機械手的結構設計。關鍵在于三軸（臂）的傳動系統(tǒng)的設計以及整體的結構設計。 工業(yè)機械手的定義為：一種能夠自動定位控制，可重復編程的，多功能的，多自由度的操作機。工業(yè)機械手是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。自從1962年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機械手以來，機械手技術及其產品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(tǒng)(FMS)、自動化工廠(FA)、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)的自動化工具。 機械手是一種能模擬人的手臂的部分動作，按預定的程序軌跡極其它要求，實現(xiàn)抓取，搬運工件或操做工具的自動化

6、裝置。在我國由于大多數(shù)工業(yè)機械手所執(zhí)行的工作為模擬人的手臂而工作，因而通常把工業(yè)機械手稱做操作機械手。 智能機械手是機械手的發(fā)展方向，它具有智能系統(tǒng)，主要是感覺裝置、視覺裝置和語言識別裝置等。具有觸覺、力覺或簡單的視覺的工業(yè)機械手，能在較為復雜的環(huán)境下工作；如具有識別功能或更進一步增加自適應、自學習功能，即成為智能型工業(yè)機械手。它能按照人給的“宏指令”自選或自編程序去適應環(huán)境，并自動完成更為復雜的工作。 1.2工業(yè)機械手的組成 工業(yè)機械手一般由執(zhí)行系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)組成。如圖1-1所示。目前，具有人工智能系統(tǒng)的工業(yè)機械手即智能機械手還處于研究實圖1-1 機

7、械手的一般組成 驗階段。而應用于生產實際的多數(shù)是那些具有執(zhí)行系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的工業(yè)機械手。 要機械手像人一樣拿取東西，最簡單的基本條件是要有一套類似于指、腕、臂、關節(jié)等部分組成的抓取和移動機構——執(zhí)行機構；像肌肉那樣使手臂運動的驅動－傳動系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動作的控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的性能就決定了機械手的性能。 對于現(xiàn)代智能機械手而言，還具有智能系統(tǒng)，主要是感覺裝置、視覺裝置和語言識別裝置等。目前研究主要集中在賦予機械手“眼睛”，使它能識別物體和躲避障礙物，以及機械手的觸覺裝置。機械手的這些組成部分并不是各自獨立的，或者說并不是簡單的疊加在一起，從而構成一個機械手的。要實現(xiàn)機械手

8、所期望實現(xiàn)的功能，機械手的各部分之間必然還存在著相互關聯(lián)、相互影響和相互制約。它們之間的相互關系如圖1-2 所示。 圖1-2 機械手各組成部分之間的關系 機械手的機械系統(tǒng)主要由執(zhí)行機構和驅動－傳動系統(tǒng)組成。執(zhí)行機構是機械手賴以完成工作任務的實體，通常由連桿和關節(jié)組成，由驅動－傳動系統(tǒng)提供動力，按控制系統(tǒng)的要求完成工作任務。驅動－傳動系統(tǒng)主要包括驅動機構和傳動系統(tǒng)。驅動機構提供機械手各關節(jié)所需要的動力，傳動系統(tǒng)則將驅動力轉換為滿足機械手各關節(jié)力矩和運動所要求的驅動力或力矩。有的文獻則把機械手分為機械系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分。其中的機械系統(tǒng)又叫操作機(Manipulator)，相當

9、于本文中的執(zhí)行機構部分。 第2章 工業(yè)機械手的理論設計 2.1機械手的特點分析 機械手是一種能模擬人的手臂的部分動作，按預定的程序軌跡極其它要求，實現(xiàn)抓取，搬運工件或操做工具的自動化裝置。在我國由于大多數(shù)工業(yè)機械手所執(zhí)行的工作為模擬人的手臂而工作，因而通常把工業(yè)機器手稱做操作機械手。 機械手的特點： （1） 對環(huán)境的適應性強 能代替人從事危險，有害的工作。在長時間工作對人體有害的場所，機械手不受影響，只要根據(jù)工作環(huán)境進行合理的設計，選擇適當?shù)牟牧虾徒Y構，機械手就可以在異常高溫或低溫，異常壓力和有害氣體，粉塵，放射線作用下，以及沖壓，滅等危險環(huán)

10、境中勝任工作。 （2） 機械手能持久，耐勞，可以把人從繁重單調的勞動中解放出來，并能擴大和延伸人的功能。 （3） 由于機械手的動作準確，因此可以穩(wěn)定和提高產品的質量，同時又可以避免人為的操作錯誤。 （4） 機械手特點是通過用工業(yè)機械手的通用性，靈活性好，能很好的適應產品的不斷變化，以滿足柔性生產的需要。 2.2機械手的設計分析 1.機械手概念： 工業(yè)應用中，能夠實現(xiàn)自動控制的、可重復編程的、多功能的、多自由度的、運動自由度建成空間直角關系、多用途的操作機。他能夠搬運物體、操作工具，以完成各種作業(yè)。關于機械手的定義隨著科技的不斷發(fā)展，在不斷的完善. 2.機械手的特點： 自由度

11、運動，每個運動自由度之間的空間夾角為直角； 自動控制的，可重復編程，所有的運動均按程序運行； 一般由控制系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、操作工具等組成。 靈活，多功能，因操作工具的不同功能也不同。 高可靠性、高速度、高精度。 可用于惡劣的環(huán)境，可長期工作，便于操作維修。 3.機械手的應用： 因末端操作工具的不同，機械手可以非常方便的用作各種自動化設備，完成如焊接、搬運、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測、探傷、分類、裝配、貼標、噴碼、打碼、（軟仿型）噴涂、目標跟隨、排爆等一系列工作。特別適用于多品種、便批量的柔性化作業(yè)，對于穩(wěn)定提高產品質量，提高勞動生產率，改善勞動條件和產品的快速更新?lián)Q代

12、起著十分重要的作用。隨著機械手的應用越來越廣泛，機械手的設計工作日益顯得重要。成功的設計一臺機械手涉及到很多方面的工作，包括機械結構、動力驅動、伺服控制等等。 4.機械手設計特點： 機械手的設計是一個復雜的工作，工作量很大，涉及的知識面很多，往往需要多人完成。 機械手設計是面向客戶的設計，不是閉門造車。設計者需要經常和用戶在一起，不停分析用戶要求，尋求解決方案。 機械手設計是面向加工的設計，再好的設計，如果工廠不能加工出產品，設計也是失敗的，設計者需要掌握大量的加工工藝及加工手段。 機械手設計是一個不斷完善的過程。 5.機械手設計流程： 使用要求的分析：每一個機械手都是根據(jù)特定的

13、要求的產生而設計的，設計的第一步就是要將使用要求分析清楚，確定設計時需要考慮的參數(shù)，包括： 機械手的定位精度，重復定位精度； 機械手的負載大小，負載特性； 機械手運動的自由度數(shù)量，每自由度的運動行程； 機械手的工作周期或運動速度，加減速特性； 機械手的運動軌跡，動作的關聯(lián)； 機械手的工作環(huán)境、安裝方式； 機械手的運行工作制、運行壽命； 6.設備壽命校核 機械結構設計完成后，要對整臺設備進行壽命計算，核心元件的壽命到要計算，如機械手軌道的壽命，減速機的壽命，伺服電機的壽命等。 機械手的運行壽命與運行速度、負載大小、結構形式、工作環(huán)境、工作制等有關。 如果發(fā)現(xiàn)機械手

14、的運行壽命太短，需要重新調整設計。 以上為一個機械手機械結構部分的設計方法，至于控制系統(tǒng)部分這里不加說明。 第3章 全自動上管機械手的設計 3.1機械手的設計目的與作用 通過不斷學習和對工作經驗的積累，對于機械手的結構和設計有了一定的認識，開始進行一種用于節(jié)能燈烤管涂膜機全自動上管的機械手的設計。設計的這個機械手臂的作用是將傳送帶上送達的工件規(guī)律的準確的逐個送到指定的位置，這個位置位于傳送帶的側上方，是一個一定長度的插頭，工件會套上插頭并被帶走進入下一道烘烤工序，所以工件在最后還要有一個套上的動作。 3.2機械手的運動軌跡分析與整體思路 經過以上3.1的考慮

15、，我們設計工件的軌跡分為兩段，先是一個逆時針的角度旋轉，到達插頭的延伸線上后再進行一個直線運動，直到到達終點。如圖3-2-1 機械手的夾取動作可以直接用一個平行氣缸配合零件來完成，最后的直線運動可以直接用一個直線氣缸配合零件完成，中間的旋轉運動考慮到其穩(wěn)定性決定用電機變速后帶動凸輪機構，凸輪機構傳動帶動齒條齒輪的方法來實現(xiàn)。 于是得出的設計方案是電機傳動凸輪，凸輪傳動齒條，齒條傳動齒輪，齒輪 圖3-1運動軌跡 帶動整個機械手臂旋轉，直線氣缸帶動手臂上下直線移動，平行氣缸帶動夾板夾取工件。 機械手臂材料的選取 與一般機械設備相比，機械手結構的動力特性是十分重要的，這是材料選擇的出發(fā)點

16、。材料選擇的基本要求是：強度高、彈性模量大、重量輕、阻尼大、材料價格低。這里只要采用普通的碳素結構鋼就可以了。 3.3機械手臂部分設計與分析 由于節(jié)能燈烤管涂膜需要在近200℃高溫的工作條件下進行，采用電機直接驅動不合適，所以這次改為氣缸和機械驅動，利用凸輪機構來實現(xiàn)其傳送過程，氣缸推送達到其夾取和入位的目的。 理論原理設計： 1如圖3-3-2組合手臂主視圖、圖3-3組合手臂俯視圖所示：凸輪的自轉，產生固定循環(huán)的勢力差變動，通過搖臂的傳動將勢力差轉換為上下運動，搖臂的轉動從而帶動機械手臂的旋轉，然后氣缸的推動達到傳送燈管的作用，而平行氣缸則是達到夾取燈管的作用，通過以上動作的組合便

17、可以完成需要的工作過程。 2其中還設計到旋轉角度，傳送距離，以及夾取的強度預算問題： （1）旋轉角度：旋轉角度則為凸輪來控制，通過計算旋轉的角度給傳動臂（圖3-3）帶來的上下位移的距離，然后經過搖臂的縮放，調整到凸輪適合的勢差范圍，對凸輪進行合理的設計。 （2）傳送距離：則為對氣缸的選取，首先對推動力進行計算，摩擦力加上負載重量乘以120%為選取氣缸基準力，挑選適合的氣缸。 （3）夾取的強度：在夾具上有調節(jié)空檔大小的功能，若夾取過緊了，可以調整螺絲將其放松，夾取過松，可以調整螺絲使其內移變緊。 圖3-2組合手臂主視圖 圖3-3組合手臂旋轉圖 圖3-4組合手臂俯視圖

18、 3.4機械手臂部分零件詳解 3.4.1工件（燈管） 本機械手需要移動的工件為直徑70MM的節(jié)能燈燈管，俯視圖為圓形，屬于非常輕的工件，所以整體機械臂所需要產生的力也很小。 3.4.2夾板 夾板分為左右兩塊，內壁黏貼一層塑膠以減小與工件接觸時的沖擊力且能增加移動工件時的摩擦力。夾板內壁為圓形，工件也是圓形，左右契合工件的形狀，各以兩枚螺絲與夾座調位二連接。 圖3-5夾板 3.4.3夾座調位 夾座調位由左右兩部分組成，每一邊又由夾座調位一和夾座調位二組成，金屬材質，其中夾座調位二與夾板連接，夾座調位一與平行氣缸連接。 夾座調位一上有五個螺孔，配合夾座調位二可進行五檔

19、的調節(jié)，調節(jié)范圍為0到32MM，左右最大可以進行64MM的調節(jié)，配合夾板的圓形內壁（內壁頂點到夾座調位內面的距離為9MM），最后可以得到的最大范圍為82MM，最小范圍為18MM，以更好的適應不同規(guī)格工件的大小。 圖3-6夾座調位一二 3.4.4平行氣缸 加工手臂與平行氣缸的鏈接部分最大要進行50MM的位移，平行氣缸的直徑為35MM，所以我們選擇的氣缸型號為SDA35X70,比較適合這個位移，且因為有卡槽的限制，不必擔心會超出我們所需的位移。 3.4.5平行氣缸座 平行氣缸座的主要作用就是固定平行氣缸，金屬材質，通過內嵌式螺母與滑塊連接，值得一提的是平行

20、氣缸座的底部是一個可調節(jié)的設計，底部是一個長度20MM的卡槽，所以整個平行氣缸到夾板這一部分可以進行一個長度20MM的前后調節(jié)，這樣可以更好的切合機械手臂與工件之間的位置。 3.4.6夾動手臂 夾動手臂是整個機械臂非常重要的一個部件，它左邊連接著夾具主載模塊，中間通過一個魚眼接頭連接直行氣缸，右端夾座移動軸承夾，以左端為支點，氣缸產生的上升力通過夾動手臂傳達給夾座移動軸承架，從而提升整個夾具。 夾動手臂的左端是一個長度20MM的卡槽，與夾座移動軸承架連接，當夾板抬升時，從最低點到最高點抬升高度為100MM，在此過程中，夾動手臂進行的是一個逆時針的圓弧動作，而滑塊進行的是一個直線運動，

21、所以兩者連接點之間的距離會發(fā)生一個變化，當夾動手臂處于最高點和最低點時，左端支點到右端連接點最遠距離為170MM，處于中間時最近距離為163MM，中間的移動距離為7MM，所以長度20MM的卡槽完全可以提供足夠的空間，通過CAD測量可以知道旋轉的角度為34.1度。 圖3-7夾動手臂 3.4.7滑軌滑塊 機械手臂的上升依靠滑塊和滑軌來確定上升下滑的軌跡，滑軌和滑塊通過內嵌的螺絲與機械手臂結合在一起。通過這個組合可以更好的增加機械手臂上升下滑動作的穩(wěn)定性和準確性。且由于是在固定的軌跡內移動所以也不用擔心會出現(xiàn)出軌的現(xiàn)象。當機械手臂移動到最大距離時就無法再移動了。 氣缸固定導軌連接板 氣

22、缸固定導軌連接板是整個機械手比的一個中間連接部分，它右邊是夾具部分，左邊部分則是整個直行氣缸及其支架框， 3.4.8氣缸支架框 氣缸支架框并不是一個一體成型的框，它是由多個部件組成的，機械手臂使用的直行氣缸并不是一個完全固定死的結構，它的下端是可以左右輕微的擺動，上端與夾動手臂是用魚眼接頭連接，這個結構是為了防止氣缸可能出現(xiàn)的偏移，下端的組成由氣缸旋轉座，氣缸旋轉插銷，氣缸旋轉架組成（詳見零件圖擦粉機A-25，A-7，A-8） 圖3-8氣缸支架框 3.4.9連接直角板 連接直角板連接整個氣缸支架框和夾具主載模塊，考慮到氣缸出現(xiàn)問題后的維護與修理，所以支架框和主載模塊并沒有做成

23、一體式結構，且主載模塊部分的表面要求沒有前面的部分那么高，所以表面粗糙度和加工工藝都相對較低。 3.4.10配重塊 為了維持整個機械手臂的平衡，同時可以減小機械手臂擺動時所需的動力，所以在機械手臂的最后加上了配重塊這一部分，配重塊就類似于砝碼，通過增加數(shù)量以達到一個最好的平衡，且能適應不同型號產品的重量。 3.5機械手臂傳動部分的設計與分析 3.5.1凸輪的設計 凸輪機構一般是由凸輪，從動件和機架三個構件組成的高副機構。凸輪通常作連續(xù)等速轉動，從動件根據(jù)使用要求設計使它獲得一定規(guī)律的運動．凸輪機構能實現(xiàn)復雜的運動要求，廣泛用于各種自動化和半自動化機械裝置中。 凸輪機構

24、通常由兩部份動件組成，即凸輪與從動子(follower)，兩者均固定于座架上。凸輪裝置是相當多變化的，故幾乎所有任意動作均可經由此一機構產生。 凸輪可以定義為一個具有曲面或曲槽之機件，利用其擺動或回轉，可以使另一組件—從動子提供預先設定的運動。從動子之路徑大部限制在一個滑槽內，以獲得往覆運動。在其回復的行程中，有時依靠其本身之重量，但有些機構為獲得確切的動作，常以彈簧作為回復之力，有些則利用導槽,使其在特定的路徑上運動。 本次設計利用凸輪在自身旋轉同時帶來的勢力差來實現(xiàn)傳送燈管的目的。凸輪被固定在基座上由電機變速后帶動，這里選用的電機的轉速是1400轉/分鐘，通過1:80的減速機減速后轉

25、速為17轉/分鐘，擺臂一端通過二級掛腳座連接到基座上，可以旋轉運動，另一端通過強力彈簧與基座連接，擺臂中間的小輪為從動子，緊密貼合凸輪，之所以用到這個小輪做從動子是為了減小凸輪轉動帶來的摩擦力，減小磨損，凸輪轉動帶動從動子，擺臂通過從動子與凸輪連接也被帶動，于是杠桿向下運動，又因為彈簧有一個向上的力，所以凸輪轉到半徑小的部分是擺臂又會向上回升，始終貼合凸輪，擺臂的尾部通過魚眼接頭與另一根擺臂連接，當擺臂上下不斷運動時就會帶動后面的次級擺臂上下運動，從而帶動搖臂左右旋轉，搖臂再通過連接桿就可以帶動齒條左右移動了，為了增加齒條的穩(wěn)定性，為連接桿做了一個固定的導軌，這樣可以避免可能的偏斜，且傳動部件

26、之間都是用了魚眼接頭作為連接，增加了靈活性，也可以預防因力量偏斜而產生的折斷扭曲。齒條與齒輪契合，當齒條左右移動的時候齒輪就可以轉動了，齒輪是和整個機械手臂的旋轉主軸連接在一起的，這樣就可以實現(xiàn)機械手臂的旋轉運動了。 凸輪機構在應用中的基本特點在于能使從動件獲得較復雜的運動規(guī)律。因為從動件的運動規(guī)律取決于凸輪輪廓曲線，所以在應用時，只要根據(jù)從動件的運動規(guī)律來設計凸輪的輪廓曲線就可以了。 圖3-9傳動部分 圖3-9凸輪 3.5.2齒輪齒條部分 齒輪分度圓直徑為67.5 MM，齒數(shù)45齒 ，模數(shù)Z=1.5 。 齒條需要的移動為47.1MM，可使得機械手擺動80度，

27、 （計算原理：圓周=67.53.14=211.95 45齒每個齒的弧度=圓周/45 每個齒的角度是360/45=8度 80度就是10個齒 所以齒條移動距離為10倍的圓周/45≈47.1MM 齒條上放置18-20個齒足夠）。 擺臂比例：1級擺臂比例為1比2.35 2級擺臂比例為1比1 擺臂有微調機構 圖3-10齒輪齒條 3.5.3直線氣缸部分的傳動 直線氣缸通過直線氣缸框與整個機械手臂固定連接，通過魚眼接頭和搖臂中間位置連接，搖臂部分左端與主載模塊連接可以旋轉，右端通過夾座移動軸承夾與滑塊連接，在滑軌上進行上下移動運動，上下

28、移動的手臂部分連同工件的重量約為1.5千克，需要的上升力為1.59.8=14.7因為這個搖臂有一個杠桿原理，所以我們需要兩倍的力，即為14.72=29.4N的力，之所以講搖臂這樣設計是為了達到一個減小氣缸移動距離的效果，手臂上升的距離為100MM，而氣缸的距離只需要50MM就可以了，氣缸的直徑為35MM，根據(jù)P=F/S可得氣缸所需要的壓強。根據(jù)行程和壓力，我們選擇的直線氣缸為SDA3570直線氣缸，這種氣缸可以直接購買到成品。 SDA氣缸：引導活塞在其中進行直線往復運動的圓筒形金屬機件。工質在發(fā)動機氣缸中通過膨脹將熱能轉化為機械能；氣體在壓縮機氣缸中接受活塞壓縮而提高壓力。

29、 SDA氣缸結構：氣缸是由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件等組成。 缸筒的內徑大小代表了氣缸輸出力的大小 端蓋上設有進排氣通口，有的還在端蓋內設有緩沖機構 塞是氣缸中的受壓力零件。為防止活塞左右兩腔相互竄氣，設有活塞密封圈。 活塞桿是氣缸中最重要的受力零件。通常使用高碳鋼，表面經鍍硬鉻處理，或使用不銹鋼，以防腐蝕，并提高密封圈的耐磨性。 回轉或往復運動處的部件密封稱為動密封，靜止件部分的密封稱為靜密封。 SDA氣缸工作原理：根據(jù)工作所需力的大小來確定活塞桿上的推力和拉力。由此來選擇氣缸時應使氣缸的輸出力稍有余量。若缸徑選小了，輸出力不夠，氣缸

30、不能正常工作；但缸徑過大，不僅使設備笨重、成本高，同時耗氣量增大，造成能源浪費。在夾具設計時，應盡量采用增力機構，以減少氣缸的尺寸。 3.5.4電機的選擇 如果電動機功率選得過大．就會出現(xiàn)大馬拉小車現(xiàn)象．其輸出機械功率不能得到充分利用，功率因數(shù)和效率都不高(見表)，不但對用戶和電網不利。而且還會造成電能浪費。要正確選擇電動機的功率，必須經過以下計算或比較： (1)對于恒定負載連續(xù)工作方式，如果知道負載的功率(即生產機械軸上的功率)Pl(kw)，可按下式計算所需電動機的功率 P(kw)： P=P1/n1n2 式中n1為生產機械的效率；n2為電動機的效率。即傳動效率。 按上式

31、求出的功率，不一定與產品功率相同。因此．所選電動機的額定功率應等于或稍大于計算所得的功率。 例：某生產機械的功率為3．95kw．機械效率為70％、如果選用效率為0．8的電動機，試求該電動機的功率應為多少 kw? 解:P=P1/ n1n2=3.95/0.7*0.8=7.1kw 由于沒有7．1kw這—規(guī)格．所以選用7．5kw的電動機。 (2)短時工作定額的電動機．與功率相同的連續(xù)工作定額的電動機相比．最大轉矩大，重量小，價格低。因此，在條件許可時，應盡量選用短時工作定額的電動機。 (3)對于斷續(xù)工作定額的電動機，其功率的選擇、要根據(jù)負載持續(xù)率的大小，選用專門用于斷續(xù)運行方式的電動

32、機。負載持續(xù)串Fs％的計算公式為 FS％＝tg/(tg+to)100％ 式中tg為工作時間，t。為停止時間min；tg十to為工作周期時間min。 此外．也可用類比法來選擇電動機的功率。所謂類比法。 就是與類似生產機械所用電動機的功率進行對比。具體做法是：了解本單位或附近其他單位的類似生產機械使用多大功率的電動機，然后選用相近功率的電動機進行試車。試車的目的是驗證所選電動機與生產機械是否匹配。驗證的方法是：使電動機帶動生產機械運轉，用鉗形電流表測量電動機的工作電流，將測得的電流與該電動機銘牌上標出的額定電流進行對比。如果電功機的實際工作電流與銘脾上標出的額定電流上下相差不大．則表明所選

33、電動機的功率合適。如果電動 機的實際工作電流比銘牌上標出的額定電流低70％左右．則表明電動機的功率選得過大(即“大馬拉小車”應調換功率 較小的電動機。如果測得的電動機工作電流比銘牌上標出的額定電流大40％以上．則表明電動機的功率選得過小(即"小馬拉大車")，應調換功率較大的電動機 3.6機械手零件在加工、設計過程中存在的問題及解決方法 1.凸輪加工方面存在的問題：在滾動面上光滑度有很高的要求，在加工時由于線切割的走刀速度過快，導致滾動面不平滑，會導致機械手臂抖動的現(xiàn)象，從而無法達到平滑傳送的目的。 解決的方法：在凸輪加工時，注意線切割的走刀速度，以及在線切割控制軟件上繪制凸輪時輪

34、廓的連接方式，應該采用光滑的圓弧鏈接法進行連接，就可以避免以上情況的發(fā)生。 2.零件加工方面存在的問題：由于加工人員的經驗不足，未能將零部件尺寸嚴格控制在公差范圍之內，導致裝配時有配合要求的零部件無法達到預期運動效果。例如：圖3-4、圖3-5，零部件之間有間隙配合，需要有相對的調節(jié)空間，可以移動，第一次加工由于未能加工到公差范圍之內，導致裝配時卡死現(xiàn)象，無法進行距離調節(jié)。 解決方法：零件加工牽扯到加工工藝問題，只要符合相應的加工工藝，就可以解決以上問題。在生產過程中，直接改變原材料（或毛坯）形狀、尺寸、位置和性能，使之變?yōu)槌善坊虬氤善返倪^程，稱為工藝過程，它是生產過程的主要部分。工藝過程又

35、可分為鑄造、鍛造、沖壓、焊接、熱處理、機械加工、裝配等類別。機械制造工藝過程一般是指零件的機械加工工藝過程和機器的裝配工藝過程的總和，其他過程則稱為輔助過程，例如檢驗、清洗、油封、包裝、轉運、保管、動力供應、設備維護等。用切削的方法逐步改變毛坯或半成品的形狀、尺寸和表面質量，使之成為合格的零件所進行的工藝過程，稱為機械加工工藝過程。在機械制造業(yè)中，機械加工工藝過程是最主要的工藝過程。未注尺寸公差按 GB/T1804-m 制造，未注位置公差按 GB/T1184-K 制造。 3.7機械手臂總圖配合與技術要求 3.7.1機械手臂配合 將以上各部分組裝之后就得到了我們的全自動上管機械手，

36、這里設計的全自動上管機械手并不要求非常嚴格的準確性，裝配的過程中允許一定的誤差，因為最后的落點是可以調節(jié)的，但是這里的全自動上管機械手必須有極高的穩(wěn)定性，保證每一次的落點都在同一個位置，這也是為什么我們要選用凸輪帶動手臂而不是直接用氣缸帶動手臂的原因，氣缸具有一定的不穩(wěn)定性，如果氣缸內的氣體壓力過大手臂不能收回氣過小手臂不能伸出，都會有撞機器的危險，這個后果是很嚴重的，相對來說如果只是撞工件后果還是很小的，且氣缸出問題的概率也不大，所以手臂上還是采用了一個直行氣缸和平行氣缸，這樣既保證了全自動上管機械手的穩(wěn)定性又簡化了他的結構設計，簡單便于操作。 在全自動上管機械手臂上很多地方都是采用的間隙

37、配合，他們多是松動的活動機構，例如坐臺和搖臂之間的連接，齒輪和主軸之間的連接，主軸和主載模塊之間的連接，主載模塊和搖臂之間的連接，這些都是間隙配合，他們都是需要活動的，還有帶動齒條的軸與軸套之間也是有相對間隙的，軸套的作用就是穩(wěn)定軸的活動，限制軸的活動，且因為是左右一直摩擦的，所以軸套內壁的光潔度要求很高。 凸輪和從動子之間是要求緊密配合的，凸輪傳動是帶動從動子的，但是從動子不會自動往上恢復，所以必須要有一個彈簧來提供拉伸力，保證從動子始終適和凸輪精密連接在一起的 其他還有一些零件之間是要求配合固定的，比如主軸和主載模塊，主載模塊通過松緊螺絲來達到固定主軸的目的，齒輪要套上主軸所以他們也是

38、間隙配合，但是齒輪要與主軸實現(xiàn)同步就必須固定在一起，所以通過齒輪上的孔用螺絲與主軸連接，實現(xiàn)固定，同步。 傳送帶上是有著固定的位置擺放工件的，所以每個工件傳送過來時他們之間的間隙是很均勻固定的，這樣才能保證機械手臂每次按照固定的時間落下時能夠準確的套住工件，且傳送帶傳送工件的有停頓間隙的，這樣才能保證機械手臂有足夠的時間套取工件。 最后工件到達的終點是烤管機的接頭，在這里工件進入下一道工序開始燒烤，烤管機的接頭比工件內徑小，所以和機械手臂相反，這里工件是套在接頭上的，接頭的長度約為100MM，這也是為什么我們最后還要進行一個100MM的直線運動，套上接頭之后接頭也有一個裝置用于固定工件，他

39、們還需要考慮到燒烤時高溫的問題，不過這些就是下一道工序的設計了，這里我們就不多說了。另外，烤管機的接頭位置并不是固定死的，他也是可以調節(jié)的，所以我們的全自動上管機械手如果在組裝完成之后發(fā)現(xiàn)有些許的偏差那完全是不用擔心的，只需要調整最后的落點即烤管機接頭就可以了。 值得一提的是整套大的設配叫做擦粉機，是節(jié)能燈管生產線上非常重要的工序，整臺設備的所有部件加起來是很大的一個工作臺面，這里的全自動上管機械手只是他的一小部分，就如同我們的手臂對于我們整個人一樣，不算大卻缺一不可，除了機械手臂的前半部分在工作臺面的邊緣，且因為作用的關系比較明顯，其他的部分都是隱藏在工作臺面之下的，在封閉完好的情況下是不

40、外露的，這樣也可以保證人員的安全性，也可以保證設備內部不會受到其他雜志的影響，從而保證設備的可靠性。 設備的電機位于工作臺面的最底部，最中心處，他不僅僅是全自動上管機械手的動力來源同時也是整個擦粉機其他部件的動力來源，這里電機通過變速箱進行調速來達到我們所要求的速度，再通過斜齒輪與凸輪背后的斜齒輪連接，從而帶動凸輪轉動，應為整個全自動上管機械手是考慮到平衡性的，我們在手臂上加上了配重塊以達到機械手臂的平衡，來減小手臂上舉時所需要的力，且各軸以左右平移居多，所以帶動凸輪所需要的力并不是很大，對于電機要求的動力并不是很大，只要達到基本的要求即可。 3.7.2裝配圖技術要求 1.各密封

41、件裝配前必須浸透油。 2.裝配滾動軸承允許采用機油加熱進行熱裝，油的溫度不得超過100℃。 3.齒輪箱裝配后應設計和工藝規(guī)定進行空載試驗。試驗時不應有沖擊、噪聲，溫升和滲漏不得超過有關標準規(guī)定。 4.齒輪裝配后，齒面的接觸斑點和側隙應符合GB10095和GB11365的規(guī)定。 5.裝配液壓系統(tǒng)時允許使用密封填料或密封膠，但應防止進入系統(tǒng)中。 6.進入裝配的零件及部件（包括外購件、外協(xié)件），均必須具有檢驗部門的合格證方能進行裝配。 7.零件在裝配前必須清理和清洗干凈，不得有毛刺、飛邊、氧化皮、銹蝕、切屑、油污、著色劑和灰塵等。 8.裝配前應對零、部件的主要配

42、合尺寸，特別是過盈配合尺寸及相關精度進行復查。 9.裝配過程中零件不允許磕、碰、劃傷和銹蝕。 10.螺釘、螺栓和螺母緊固時，嚴禁打擊或使用不合適的旋具和扳手。緊固后螺釘槽、螺母和螺釘、螺栓頭部不得損壞。 11.規(guī)定擰緊力矩要求的緊固件，必須采用力矩扳手，并按規(guī)定的擰緊力矩緊固。 12.同一零件用多件螺釘（螺栓）緊固時，各螺釘（螺栓）需交叉、對稱、逐步、均勻擰緊。 13.圓錐銷裝配時應與孔應進行涂色檢查，其接觸率不應小于配合長度的60%，并應均勻分布。 14.平鍵與軸上鍵槽兩側面應均勻接觸，其配合面不得有間隙。 15.花鍵裝配同時接觸的齒面數(shù)不少于2/3，接觸

43、率在鍵齒的長度和高度方向不得低于50%。 16.滑動配合的平鍵（或花鍵）裝配后，相配件移動自如，不得有松緊不均現(xiàn)象。 17.粘接后應清除流出的多余粘接劑。 18.軸承外圈與開式軸承座及軸承蓋的半圓孔不準有卡住現(xiàn)象。 19.軸承外圈與開式軸承座及軸承蓋的半圓孔應接觸良好，用涂色檢查時，與軸承座在對稱于中心線120、與軸承蓋在對稱于中心線90的范圍 內應均勻接觸。在上述范圍內用塞尺檢查時，0.03mm的塞尺不得塞入外 圈寬度的1/3。 20.軸承外圈裝配后與定位端軸承蓋端面應接觸均勻。 21.滾動軸承裝好后用手轉動應靈活、平穩(wěn)。 22.上下軸瓦的結合面要緊密

44、貼和，用0.05mm塞尺檢查不入。 23.用定位銷固定軸瓦時，應在保證瓦口面和端面與相關軸承孔的開合面和端面包持平齊狀態(tài)下鉆鉸、配銷。銷打入后不得松動。 24.球面軸承的軸承體與軸承座應均勻接觸，用涂色法檢查，其接觸不應小于70%。 25.合金軸承襯表面成黃色時不準使用，在規(guī)定的接觸角內不準有離核現(xiàn)象 ，在接觸角外的離核面積不得大于非接觸區(qū)總面積的10%。 26.齒輪（蝸輪）基準端面與軸肩（或定位套端面）應貼合，用0.05mm塞尺檢查不入。并應保證齒輪基準端面與軸線的垂直度要求。 27.齒輪箱與蓋的結合面應接觸良好。 28.組裝前嚴格檢查并清除零件加工時殘留的

45、銳角、毛刺和異物。保證密封件裝入時不被擦傷。 歸納一下，大約有以下方面的基本技術要求，以供參考（具體數(shù)值，具體條款由設計者根據(jù)實際情況定）： １.一般技術要求： 零件去除氧化皮。 零件加工表面上，不應有劃痕、擦傷等損傷零件表面的缺陷。 去除毛刺飛邊。 ２.熱處理要求： 經調質處理，HRC50～55。 零件進行高頻淬火，350～370℃回火，HRC40～45。 滲碳深度0.3mm。 進行高溫時效處理。 ３.公差要求： 未注形狀公差應符合GB1184-80的要求。 未注長度尺寸允許偏差0.5mm。 鑄件公差帶對稱于毛坯鑄件基本尺寸配置。 ４.零件棱角： 未注

46、圓角半徑R5。 未注倒角均為245。 銳角倒鈍。 ５.裝配要求： 各密封件裝配前必須浸透油。 裝配滾動軸承允許采用機油加熱進行熱裝，油的溫度不得超過100℃。 齒輪箱裝配后應設計和工藝規(guī)定進行空載試驗。試驗時不應有沖擊、噪聲，溫升和滲漏不得超過有關標準規(guī)定。 齒輪裝配后，齒面的接觸斑點和側隙應符合GB10095和GB11365的規(guī)定。 裝配液壓系統(tǒng)時允許使用密封填料或密封膠，但應防止進入系統(tǒng)中。 進入裝配的零件及部件（包括外購件、外協(xié)件），均必須具有檢驗部門的合格證方能進行裝配。 零件在裝配前必須清理和清洗干凈，不得有毛刺、飛邊、氧化皮、銹蝕、切屑、油污

47、、著色劑和灰塵等。 裝配前應對零、部件的主要配合尺寸，特別是過盈配合尺寸及相關精度進行復查。 裝配過程中零件不允許磕、碰、劃傷和銹蝕。 螺釘、螺栓和螺母緊固時，嚴禁打擊或使用不合適的旋具和扳手。緊固后螺釘槽、螺母和螺釘、螺栓頭部不得損壞。 規(guī)定擰緊力矩要求的緊固件，必須采用力矩扳手，并按規(guī)定的擰緊力矩緊固。 同一零件用多件螺釘（螺栓）緊固時，各螺釘（螺栓）需交叉、對稱、逐步、均勻擰緊。 圓錐銷裝配時應與孔應進行涂色檢查，其接觸率不應小于配合長度的60%，并應均勻分布。 平鍵與軸上鍵槽兩側面應均勻接觸，其配合面不得有間隙。 花鍵裝配同時接觸的齒面數(shù)不少于2/3

48、，接觸率在鍵齒的長度和高度方向不得低于50%。 滑動配合的平鍵（或花鍵）裝配后，相配件移動自如，不得有松緊不均現(xiàn)象。 粘接后應清除流出的多余粘接劑。 軸承外圈與開式軸承座及軸承蓋的半圓孔不準有卡住現(xiàn)象。 軸承外圈與開式軸承座及軸承蓋的半圓孔應接觸良好，用涂色檢查時，與軸承座在對稱于中心線120、與軸承蓋在對稱于中心線90的范圍內應均勻接觸。在上述范圍內用塞尺檢查時，0.03mm的塞尺不得塞入外圈寬度的1/3。 軸承外圈裝配后與定位端軸承蓋端面應接觸均勻。 滾動軸承裝好后用手轉動應靈活、平穩(wěn)。 上下軸瓦的結合面要緊密貼和，用0.05mm塞尺檢查不入。 用定位

49、銷固定軸瓦時，應在保證瓦口面和端面與相關軸承孔的開合面和端面包持平齊狀態(tài)下鉆鉸、配銷。銷打入后不得松動。 球面軸承的軸承體與軸承座應均勻接觸，用涂色法檢查，其接觸不應小于70%。 合金軸承襯表面成黃色時不準使用，在規(guī)定的接觸角內不準有離核現(xiàn)象，在接觸角外的離核面積不得大于非接觸區(qū)總面積的10%。 齒輪（蝸輪）基準端面與軸肩（或定位套端面）應貼合，用0.05mm塞尺檢查不入。并應保證齒輪基準端面與軸線的垂直度要求。 齒輪箱與蓋的結合面應接觸良好。 3.7.3總圖 下面附上整個全自動上管機械手的總圖。 圖3-11總圖 小 結 本設計通過

50、對機械設計與自動化專業(yè)大學本科所學知識為基礎，完成一個輔助生產線上按特定要求傳遞工件的機械手的的設計，比較好地體現(xiàn)理論學習水平、實踐動手能力，具有較強的針對性和明確的實施目標，實現(xiàn)了理論和實踐的有機結合。 本次設計的關鍵點有這么幾點，機械手臂要求很高的穩(wěn)定性，原本的設計思路是直接以三個氣缸來控制機械手，但是最后在方老師的指導下，考慮到以氣缸的穩(wěn)定性來帶動整個機械手臂壓力太大，所以改變思路選用了凸輪來控制。另外一點是主軸與主載模塊，主軸與齒輪之間原本的設計只是以螺絲來固定，可靠性比較差，后在方老師的指導下添加上了鍵，大大提高了機械手臂的可靠性以及穩(wěn)定性。 全自動上管機械手有很多優(yōu)點，它結構簡

51、單，易于控制，大量采用標準化，模塊化的通用原件，易于修理維護，而且很多細節(jié)的地方都做了可調節(jié)的設計，使得它能夠適應各種尺寸的變化。為了確保機械手的穩(wěn)定性特意選擇了凸輪帶動齒條再帶動齒輪的傳動模式，大大提高了全自動上管機械手的可靠性，全自動機械手的簡單，穩(wěn)定使得他實現(xiàn)了從傳送帶到設備之間的全自動化，大大節(jié)省了人力成本，提高了工作的效率和穩(wěn)定。在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下，全自動機械手采用了相對簡單的結構和控制, 從而大大地降低了制造成本。 通過近三個月的畢業(yè)設計，收集資料、設計方案，比較方案，論證方案，分析計算，最后還有工程圖紙的繪制以及畢業(yè)設計論文的撰寫等各個環(huán)節(jié)，使我對本科階段的知識有了一個

52、整體的深層次的理解，同時對工程的理解更加深刻。由于時間和個人知識及能力水平有限，論文中難免會有一些紕漏或錯誤之處，懇請各位老師批評指正。 參 考 文 獻 [1]方建.機械結構設計.第一版，北京：化學工業(yè)出版社,2005.12 [2]黃真.并聯(lián)機械手機構學理論及控制．北京：機械工業(yè)出版社，2007.1-3 [3]李允文.工業(yè)機械手設計.北京：機械工業(yè)出版社，2011.718 [4]陸祥生, 楊秀蓮．機械手—理論及應用．北京：中國鐵道出版社，2005.11-12 [5]張培仁.機械手系統(tǒng)設計與算法.合肥：中國科學技術大學出版社，2008.10-01 [6]葉偉昌，林崗.機械工程及自動化簡明設計手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2006.1-1 [7]何祖舜，蔡君亮.機械設計與工藝手冊.寧夏：寧夏人民出版社，2009. [8]王建明，自動線與工業(yè)機械手技術 天津：天津大學出版社, 2009.01-01 25