數(shù)控鏜銑床換刀機械手升降機構(gòu)的設(shè)計含SW三維及7張CAD圖

數(shù)控鏜銑床換刀機械手升降機構(gòu)的設(shè)計含SW三維及7張CAD圖,數(shù)控,銑床,機械手,升降,機構(gòu),設(shè)計,sw,三維,cad 一、選題依據(jù) 1．論文（設(shè)計）題目 數(shù)控鏜銑床換刀機械手升降機構(gòu)的設(shè)計 2．研究領(lǐng)域機械手 3．論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值 數(shù)控臥式鏜銑床是一種具有自動換刀裝置和任意分度數(shù)控轉(zhuǎn)臺的數(shù)字控制機床， 工件在一次裝夾后能自動完成幾個側(cè)面的多種工序的加工。鏜銑床加工特點是在加工過程中工件不動，讓刀具移動，并使刀具轉(zhuǎn)動，在實踐中具有“萬能機床”的稱號。通常，刀具旋轉(zhuǎn)為主運動，刀具或工件的移動為進給運動。它主要是用來加工高精度孔或一次定位完成多個孔的精加工，此外還可以從事與孔精加工有關(guān)的其他加工面的加工[1] 。 現(xiàn)代工業(yè)機械手起源于 20 世紀 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)品種類變更，具有多自由度動作功能的柔性自動化產(chǎn)品。工業(yè)機械手是在新技術(shù)革命中迅速發(fā)展起來的一項高新技術(shù)，它在傳統(tǒng)的科技領(lǐng)域與工業(yè)部門中獲得應(yīng)用，并顯示出強大的生命力，成為人類不可或缺的幫手。機器人應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標志。 機械手是工業(yè)自動控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對象，機械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛。在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險的工作?？稍跈C械工業(yè)中， 加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中， 有 75%是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在 50 件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的 5%。從這里可以看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。 工業(yè)機械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動化實踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并已成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分。工業(yè)機械手是提高生產(chǎn)過程自動化、改善勞動條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。 自上世紀六十年代，機械手被實現(xiàn)為一種產(chǎn)品后，對它的開發(fā)應(yīng)用也在不斷發(fā)展， 利用機械手搬運物體、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛?，F(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用在了機械制造、冶金、化工、電力、采礦、建材、輕工、食品、環(huán)保等各行各業(yè)之中。隨著技術(shù)的進步，機械手的設(shè)計已經(jīng)實破了單一試劑、加熱及濾光片的束縛。隨著社會的快速發(fā)展，工業(yè)現(xiàn)場機械手的要求將越來越高，其技術(shù)也越來越成熟。 機械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率，可以減輕勞動強度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)安全生產(chǎn)；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等 6 惡劣的環(huán)境中，它代替人進行正常的工作，意義更為重大。 4．目前研究的概況和發(fā)展趨勢 4.1 數(shù)控臥式鏜銑床 4.1.1 國外研究概況和發(fā)展趨勢 國外數(shù)控臥式鏜床和臥式加工中心均有突飛猛進的發(fā)展。其表現(xiàn)在于機床的結(jié)構(gòu)、精度和壽命，以及自動化水平、生產(chǎn)效率等方面都有很大的提高。在產(chǎn)品開發(fā)工作上，采用模塊化設(shè)計和家算計輔助設(shè)計等現(xiàn)代化設(shè)計方法，在確保產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量和技術(shù)水平的前提下，產(chǎn)品品種大量涌現(xiàn)，變形產(chǎn)品也越來越多，除了可滿足市場的需求外，并獲得了較大的經(jīng)濟效益。一些科學技術(shù)比較發(fā)達的國家，已由生產(chǎn)臥式鏜床轉(zhuǎn)向生產(chǎn)更高水平的自動化機床，并已產(chǎn)生和研制出更高一級的現(xiàn)代化水平的設(shè)備， 從而為實現(xiàn)無人化工廠奠定了基礎(chǔ)。國外數(shù)控臥式鏜床及臥式加工中心的形成、演變過程，一種是以普通臥式鏜床為基礎(chǔ)，配以控制系統(tǒng)，而成為數(shù)控臥式鏜床；進而在配以刀庫及機械手等獨立部件后，演變成為臥式加工中心；另一種是與普通臥式鏜床無關(guān)，獨立設(shè)計而成。很多機床廠家已不生產(chǎn)一般的普通臥式機床，已將其擴散到發(fā)展中國家去生產(chǎn)，而把主要精力集中到更高級的數(shù)控臥式鏜床和臥式加工中心，并進行大量的科學研究工作，因而取得了較大技術(shù)和經(jīng)濟利益[2] 。 4.1.2 國內(nèi)研究概況和發(fā)展趨勢 我國臥式鏜床生產(chǎn)時在 1954 年由仿制開始的。目前已由 13 個省、一個自治區(qū)、 三個直轄市的二十六個廠，臥式鏜床的年產(chǎn)量到 1971 年，已經(jīng)超過一千臺。臥式鏜 床的品種，第一個五年計劃期間，只能生產(chǎn)主軸直徑 85 毫米的臥式鏜銑床，現(xiàn)在已經(jīng)能生產(chǎn)主軸直徑 63、85、125、150 等毫米的臥式鏜床及主軸直徑 110 毫米的加大主軸直徑和移動式鏜床。從只能根據(jù)國外圖紙生產(chǎn)單一產(chǎn)品，發(fā)展到資興設(shè)計試制并采用一定先進技術(shù)的多種產(chǎn)品。國內(nèi)生產(chǎn)廠家在相關(guān)領(lǐng)域取得了快速增長，相關(guān)設(shè)備廠家在國家政策的扶持下取得了不少成果，與國際同行的差距越來越小，甚至有所超越。具有高精度、高效率及卓越的加工能力。采用絕對坐標，不需要長距離的原點回歸操作，有效縮短非加工時間。五軸（X,Y,Z,W,B 軸）控制，四軸同動控制，任意角度定位工作臺（B 軸功能）。適合工件的書面加工，只需一次安裝工件及調(diào)整，配置回轉(zhuǎn)式工作臺，定位精準，確保各加工面之間相互精度。配置刀庫就升級為加工中心。適用于各類大型箱體、缸體的加工[4] 。當代臥式鏜銑床與落地式鏜銑床技術(shù)發(fā)展非常快，主要體現(xiàn)在設(shè)計理念的更新和機床運行速度及制造工藝水平有很大的提高，另一方面是機床結(jié)構(gòu)變化大，新技術(shù)的應(yīng)用層出不窮。臥式鏜銑床的結(jié)構(gòu)向高速電主軸、多軸聯(lián)動、結(jié)構(gòu)形式多樣化的發(fā)展態(tài)勢，這將是今后一個時期技術(shù)發(fā)展的新趨勢[5] 。 4.2 機械手 4.2.1 國外研究概況和發(fā)展趨勢 機械手首先是從美國開始研制的。1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。它的結(jié)構(gòu)是：機體上安裝一個回轉(zhuǎn)長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機構(gòu)。 1962 年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機 械手。商名為 Unimate（即萬能自動）。運動系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲裝置。不少球坐標通用機械手就是在這個基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司,專門生產(chǎn)工業(yè)機械手。 1962 年美國機械制造公司也實驗成功一種叫 Vewrsatran 機械手。該機械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降采用液壓驅(qū)動控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機械手發(fā)展的基礎(chǔ)。 1978 年 美 國 Unimate 公 司 和 斯 坦 福 大 學 ， 麻 省 理 工 學 院 聯(lián) 合 研 制 一 種Unimate-Vicarm 型工業(yè)機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于±1 毫米。聯(lián)邦德國機械制造業(yè)是從 1970 年開始應(yīng)用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。 聯(lián)邦德國 KnKa 公司還生產(chǎn)一種點焊機械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。 日本是工業(yè)機械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自 1969 年從美國引進兩種機械手后大力從事機械手的研究。 前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應(yīng)用機械手，至 1977 年底，其中一半是國產(chǎn)，一半是進口。 第一代機械手主要依靠工人進行控制；改進的方向主要是降低成本和提高精度。第二代機械手設(shè)有微型電子計算控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的 能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，是機械手具有感覺機能。 第三代機械手則能獨立完成工作中過程中的任務(wù)。它與電子計算機和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) FMS 和柔性制造單元 FMC 中的重要一環(huán)。 4.2.2 國內(nèi)研究概況和發(fā)展趨勢 在國內(nèi)，應(yīng)用于生產(chǎn)實際的工業(yè)機械手特別是示教再現(xiàn)性機械手不斷增多，而且計算機控制的也有所應(yīng)用。國內(nèi)近年來在移動機械手控制方面也開展了許多研究工作，如清華大學徐文立教授在考慮了動力學耦合的情況下，設(shè)計了急于 Lyanpov 穩(wěn)定性理論的魯棒控制器設(shè)計方法，保證了全部狀態(tài)漸進跟蹤期望軌跡。中國科學院自動化研究所的易建強教授對移動機械手的視覺定位和導航、冗余度運動分析進行了研究。北京科技大學的余達太教授提出了優(yōu)化準則，利用遺傳算法求解移動載體的運動代價、機械手的運動代價、機械手偏離優(yōu)化位姿勢所需的運動代價。 在國外應(yīng)用于生產(chǎn)實際的工業(yè)機械手多為示教再現(xiàn)型機械手，而且計算機控制的工業(yè)機械手占有相當比例。帶有“觸覺”，“視覺”等感覺的“智能機械手”正處于研制開發(fā)階段。帶有一定智能的工業(yè)機械手是工業(yè)機械手技術(shù)的發(fā)展方向。國外還在高完整性機器人、遙控移動機器人、環(huán)境與移動機器人系統(tǒng)的集成等方面作了大量的研究。 隨著科技及計算機發(fā)展步伐的進一步加快,機械手仍具有非常廣闊的發(fā)展前景, 今后的機械手會向更加小型化、高科技化、多功能化、以人為本化方向發(fā)展。 二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容 1.重點解決的問題 （1）數(shù)控臥式鏜銑床自動換刀機械手-升降機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計； （2）機械手升降機構(gòu)的電氣動控制原理設(shè)計； （3）運用 SolidWorks 軟件進行升降機構(gòu)的零部件、裝配后結(jié)構(gòu)的三維建模。 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路） （1）查閱相關(guān)數(shù)控臥式鏜銑床自動換刀機械手-升降機構(gòu)產(chǎn)品的資料，了解產(chǎn)品的理論意義和應(yīng)用價值以及國內(nèi)外研究概況和發(fā)展趨勢； （2）分析各主要組件的特點，確定數(shù)控臥式鏜銑床自動換刀機械手-升降機構(gòu)總體設(shè)計方案； （3）數(shù)控臥式鏜銑床自動換刀機械手-升降機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算； （4）數(shù)控臥式鏜銑床自動換刀機械手-升降機構(gòu)的三維實體建模； （5）動態(tài)演示。 3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果 （1）數(shù)控臥式鏜銑床自動換刀機械手-升降機構(gòu)的總體方案，包括機械手升降機構(gòu)的電氣動控制部分； （2）數(shù)控臥式鏜銑床自動換刀機械手-升降機構(gòu)的三維實體模型，包括零件圖、裝配體； （3）數(shù)控臥式鏜銑床自動換刀機械手-升降機構(gòu)的動態(tài)演示。 三、論文（設(shè)計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)） 通過查閱文獻、類比方法進行研究，用 SolidWorks 軟件進行三維建模和動態(tài)演示。規(guī)格參數(shù)（機械手）： --抓 重：20 公斤 --自由度數(shù)：4 個 --坐標形式：圓柱坐標 --手指夾持刀柄的直徑：f100 毫米 --驅(qū)動方式：液壓 --手架運動參數(shù)： 升 降 行 程 （ 即 找 刀 排 Y）： 3x420 毫米(刀排間垂直方向距離為 420 毫米，共四排) --控制方式：數(shù)字控制 --位置檢測與定位方式： 手架升降運動采用無觸點行程開關(guān)進行位置檢測，并控制三位四通閥適時“關(guān)閉” 來定位。 --緩沖方式： 手架升降運動采用無觸點行程開關(guān)發(fā)信，切斷油路減速緩沖。 2.論文（設(shè)計）進度計劃第 1 周：布置畢設(shè)任務(wù) 第 2 周：根據(jù)題目查閱文獻 第 3 周：準備開題報告材料 第 4 周：撰寫開題報告，準備開題 第 5 周：查閱文獻，初步進行方案設(shè)計 第 6 周：方案設(shè)計 第 7 周：根據(jù)設(shè)計任務(wù)完善設(shè)計方案 第 8 周：根據(jù)方案完成結(jié)構(gòu)設(shè)計 第 9 周：零件三維建模 第 11 周：零件圖裝配 第 12 周：完善裝配圖和零件圖 第 13 周：設(shè)計說明書 第 14 周：修改設(shè)計說明書 第 15 周：上交設(shè)計成果，準備答辯 四、需要閱讀的參考文獻 [1] 徐寧安.從 CIMT2005 看數(shù)控臥式鏜銑床與落地式銑鏜床的發(fā)展[J].世界制造技術(shù)與裝備市場,2005(6):98-100. 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