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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告
題目：凸輪軸機(jī)床的工件輸送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
系 別 機(jī)電信息系
專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
導(dǎo) 師
2012年 12 月 25 日
1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）綜述（題目背景、研究意義及國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況）
1.1題目背景
在現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，生產(chǎn)線零件的輸送是非常重要的工作之一，隨著生產(chǎn)自動(dòng)化的發(fā)展，目前，這一工作已由機(jī)械手的自動(dòng)搬運(yùn)逐漸替代傳統(tǒng)的人工完成。機(jī)械手的出現(xiàn)在減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度和難度、提高工作效率和質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本上做出了突出貢獻(xiàn),機(jī)械手的發(fā)展在企業(yè)的發(fā)展和創(chuàng)收上起到了舉足輕重的作用。本課題設(shè)計(jì)一種在七工位凸輪軸加工機(jī)床上應(yīng)用的機(jī)械手,用于實(shí)現(xiàn)工件的輸送。明確機(jī)械手的功能、技術(shù)參數(shù)、工作原理、主要結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抓取重量大、開(kāi)合行程長(zhǎng)、運(yùn)行可靠,從而提高生產(chǎn)效率。
1.2研究意義
機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備【1】。他的特點(diǎn)是可以通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用的更為廣泛【2】。因此，進(jìn)行凸輪軸機(jī)床的工件輸送機(jī)械手的研究設(shè)計(jì)具有重要意義。我感覺(jué)設(shè)計(jì)所需要的知識(shí)僅課堂所學(xué)的是完全不夠的，但正是這樣，才更能鍛煉自己，才更富有挑戰(zhàn)，我想在這次的設(shè)計(jì)中我一定會(huì)盡全力做好的！
1.3國(guó)內(nèi)研究的情況
我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手的研究研發(fā)開(kāi)發(fā)始于20世紀(jì)70年代左右。1972年我國(guó)的第一臺(tái)工業(yè)機(jī)械手開(kāi)發(fā)制造于上海，隨著全國(guó)各省都開(kāi)始研制和研發(fā)應(yīng)用機(jī)械手。如今我國(guó)正從一個(gè)“制造型大國(guó)”向“制造型強(qiáng)國(guó)”邁進(jìn)，中國(guó)的制造業(yè)正在面臨著與國(guó)際接軌、世界接軌、參與國(guó)際分工的巨大工作和挑戰(zhàn)當(dāng)中，這將會(huì)給機(jī)械手產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新的動(dòng)力和活力【3】。隨著機(jī)械手發(fā)展的深度和廣度以及機(jī)器人智能水平的不斷提高，中國(guó)的機(jī)械手已在眾多領(lǐng)域得到了廣泛普遍的應(yīng)用。已經(jīng)從傳統(tǒng)的工業(yè)制造領(lǐng)域向非制造領(lǐng)域延伸。如采礦機(jī)器人、建筑業(yè)機(jī)器人以及水電系統(tǒng)用于維護(hù)維修的機(jī)器人等。在國(guó)防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、生活服務(wù)等領(lǐng)域機(jī)械手的應(yīng)用也越來(lái)越多。在未來(lái)幾年，我國(guó)將在傳感技術(shù)、激光技術(shù)、工程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中機(jī)械手將會(huì)被廣泛應(yīng)用，因此這些技術(shù)會(huì)使機(jī)械手的應(yīng)用更為高效、高質(zhì)，運(yùn)行成本將更低【4】。據(jù)一系列現(xiàn)象證據(jù)表明，今后機(jī)械手將在醫(yī)療、保健、生物技術(shù)和產(chǎn)業(yè)、教育、救災(zāi)、海洋開(kāi)發(fā)、機(jī)器維修、交通運(yùn)輸和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
1.4國(guó)外研究情況
現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于20世紀(jì)50年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)品種類(lèi)變更，具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化產(chǎn)品[5]。機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的，1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。在此基礎(chǔ)上美國(guó)通過(guò)不斷改進(jìn)完善，研制出一系列新的機(jī)械手，美國(guó)的研制十分注意提高機(jī)械手的可靠性，改進(jìn)其結(jié)構(gòu)，降低其成本。德國(guó)從1970年開(kāi)始在制造行業(yè)中應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。自1969年從美國(guó)引進(jìn)二種典型的機(jī)械手后，便開(kāi)始大力進(jìn)行機(jī)械手的研究。據(jù)報(bào)道，1979年從事機(jī)械手的研究工作的大專(zhuān)院校、研究單位多達(dá)50多個(gè)；1976年大學(xué)和國(guó)家研究部門(mén)用在機(jī)械手的研究費(fèi)用42%；1979年日本機(jī)械手的產(chǎn)值達(dá)443億日元，產(chǎn)量為14535臺(tái)。使用機(jī)械手最多的行業(yè)是汽車(chē)工業(yè)，其次是電機(jī)、電器和電子行業(yè)。到目前在日本工作的工業(yè)機(jī)械手已有100萬(wàn)臺(tái)左右。第二代機(jī)械手設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽(tīng)、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺(jué)到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能。目前國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺(jué)和視覺(jué)機(jī)械手。第三代機(jī)械手（機(jī)械人）則能獨(dú)立地完成工作過(guò)程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。隨著工業(yè)機(jī)器手（機(jī)械人）研究制造和應(yīng)用的擴(kuò)大，國(guó)際性學(xué)術(shù)交流活動(dòng)十分活躍，歐美各國(guó)和其他國(guó)家學(xué)術(shù)交流活動(dòng)開(kāi)展很多[6]。
2.本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施
2.1主要內(nèi)容
2.1.1了解凸輪軸機(jī)床工作原理，工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展及在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用；
2.1.2明確該機(jī)械手的規(guī)格參數(shù)，分析其組成和工作原理；
2.1.3完成該機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算；
2.1.4應(yīng)用軟件繪制所設(shè)計(jì)機(jī)械手的裝配圖。
2.2研究方案
2.2.1凸輪軸機(jī)床的工作原理
如圖1所示零件為凸輪軸。凸輪軸是發(fā)動(dòng)機(jī)中的重要零件之一，其通常是由具有多段高次曲線型面的非圓輪廓面組成，其升程、轉(zhuǎn)角與砂輪半徑之間存在非線性關(guān)系，且大部分凸輪軸屬細(xì)長(zhǎng)軸類(lèi)零件。而凸輪軸加工精度和質(zhì)量直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量、廢氣排放、使用壽命、節(jié)能和效率。圖2是某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸示意圖，其法蘭面上的孔系的加工是在一臺(tái)臥式單面七工位的機(jī)床上完成的,該機(jī)床用一個(gè)多軸頭在5個(gè)加工工位上完成了5道加工工序。在加工工位之前有一個(gè)零件裝卸工位,為了在裝卸工位卸下工件,必須解決工件的返回問(wèn)題。為此,我們?cè)O(shè)計(jì)了機(jī)械手在五個(gè)加工工位之后的等待工位抓取工件,并實(shí)現(xiàn)工件的返回。如圖3所示,工位Ⅰ是裝卸工位,工位Ⅶ是機(jī)械手抓取工位,凸輪軸從Ⅰ工位通過(guò)步伐式棘爪輸送機(jī)構(gòu)依次自動(dòng)輸送至Ⅱ~Ⅶ工位,而機(jī)械手用來(lái)實(shí)現(xiàn)工件由Ⅶ工位返回至Ⅰ工位。
圖1 凸輪軸 圖2 凸輪軸示意圖
圖3 各工位布局圖
2.2.2機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
如圖4所示，機(jī)械手裝置安裝在機(jī)床的側(cè)面，機(jī)械手大臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，靠液壓缸2通過(guò)齒輪、齒條機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。機(jī)械手小臂的升降，由油缸1驅(qū)動(dòng)。手爪4的開(kāi)合動(dòng)作由液壓缸3驅(qū)動(dòng)的連桿、滑塊機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了確保機(jī)械手大臂回轉(zhuǎn)輸送時(shí)，隨行夾具在此時(shí)是平面平行移動(dòng)，采用了平行四邊形機(jī)構(gòu)。機(jī)械手的動(dòng)作順序是：機(jī)械手在等待工位(抓取工件工位)等候—機(jī)械手小臂下降—手爪收攏抓取隨行夾具—小臂上升—大臂回轉(zhuǎn)至裝卸料工位—小臂下降—手爪放松—小臂上升—大臂回轉(zhuǎn)至等待工位等候。機(jī)械手的動(dòng)作全部采用液壓驅(qū)動(dòng)，電氣控制。
(1）機(jī)械手腰座結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
(2）機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
(3）機(jī)械手手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
(4）機(jī)械手手爪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
如圖5所示，手爪是用來(lái)抓取工件的，要求其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈敏，操作方便。
(5）機(jī)械手機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
(6）機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
圖4 機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖 圖5 手爪示意圖
2.3研究方法
2.3.1首先閱讀畢業(yè)設(shè)計(jì)題目和任務(wù)書(shū)，查閱相關(guān)文獻(xiàn)和資料，做出初步規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，積極開(kāi)展調(diào)研論證；
2.3.2向指導(dǎo)老師咨詢有關(guān)問(wèn)題和登陸中國(guó)知網(wǎng)查閱資料文獻(xiàn)；
2.3.3對(duì)機(jī)械手進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，畫(huà)出草圖；
2.3.4結(jié)合自己熟悉的制圖軟件，對(duì)其進(jìn)行深入的實(shí)踐；
2.3.5完善繪圖，請(qǐng)指導(dǎo)老師修改。
3.本課題研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)，前期已開(kāi)展工作
3.1 研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)
機(jī)械手結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；機(jī)械手零件設(shè)計(jì)及其裝配關(guān)系；機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力分析。
3.2前期已展開(kāi)的工作
3.2.1查找和閱讀大量期刊、書(shū)籍、報(bào)紙及優(yōu)秀碩士論文分析相關(guān)數(shù)據(jù)；
3.2.2初步擬定了整體結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方案；
3.2.3學(xué)習(xí)零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有關(guān)知識(shí)；
3.2.4在學(xué)校電子閱覽室查找了有關(guān)機(jī)械手的外文翻譯。 4.完成畢業(yè)論文的工作步驟與時(shí)間安排（按周次填寫(xiě)）
（1）1—3周：調(diào)研并收集資料；
（2）4—6周：明確該機(jī)械手的規(guī)格參數(shù)，分析其組成和工作原理；
（3）7—9周：完成該機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算；
（4）10—12周：完成該機(jī)械手的裝配圖；
（5）13—15周：完成論文撰寫(xiě)，準(zhǔn)備答辯。
5.指導(dǎo)教師意見(jiàn)（對(duì)課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)）
指導(dǎo)教師： 年 月 日
6.所在系審查意見(jiàn)：
系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日
注：1）正文：宋體小四號(hào)字，行距20磅，單面打印；其他格式與畢業(yè)論文要求相同。
2）開(kāi)題報(bào)告由各系集中歸檔保存。
3）開(kāi)題報(bào)告引用參考文獻(xiàn)注釋格式可參照附錄E“畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）參考文獻(xiàn)樣式”執(zhí)行。不進(jìn)入正文，可以作為附件放在開(kāi)題報(bào)告后面。
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