无人机床自动上下料机械手作业工艺
目录
引言 1
一、机械手的发展概述 1
（一）机械手的发展趋势 1
（二）机械手的概述 1
二、机械手的原理及其组成 1
（一）机械手原理 1
（二）机械手结构 3
三、机械手的设计及其编程 5
（一）机械手框架设计 5
（二）机械手的核心部件设计 6
（三）机械手编程控制设计 6
四、机械手作业工艺 8
（一）机械手作业工艺 8
（二）作业工艺发展 9
总结 10
参考文献 11
谢辞 12
引言
本论文是我在苏州MAX机床有限公司顶岗实习期间，细心研究工作内容，在校外企业指导老师和校内指导老师共同指导下完成的。
当今社会，工业在不断地发展，科学技术也在不断地提高，对于工作效率来说，是必须要提高的，否则企业就跟不上效益的发展，单纯的手工劳作是根本满足不了现代企业工业的自动化发展的，因此，为了提高效率，企业必须要引进先进的设备来满足企业如今高效率的发展。在这样一个时代背景下，机械手就是发展过程中的一个产物，它不仅帮助企业增加了效益，还帮助工人摆脱了枯燥乏味的重复工作，减轻了工人们工作的劳动强度。在机械制造业中，机械手可以说是必不可少的一项机械设备，它不仅可以用来组装零部件，还可以搬运、装卸加工工件，尤其是在自动化数控机床上，它的强大作用就更显而易见了。但是目前我国的机械制造业和国外还是有一定差别的，机械化的水平也相对较低，所以机械手的开发和应用可以说是我国机械制造业的一个里程碑。另外，机械制造业是一个相对其他服务行业来说，是一个较危险的行业，它有很多易燃、易爆等高危险的体力工作，机械手就可以代替工人完成这些高危险工作。我所在的实习单位——苏州MAX机床有限公司就是以无人自动化机床为主的精密机床私营企业，其中机械手就是无人机床上不可或缺的一部分。为此，我把上下料机械手作为我研究的课题。
一、机械手的发展概述
（一）机械手的发展趋势
近年来,机械制造业的气动技术应用领域迅速拓宽,特别是在各类自动化生产线上得到了广泛的应用。运用电气PLC与气动技术
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
替工人完成这些高危险工作。我所在的实习单位——苏州MAX机床有限公司就是以无人自动化机床为主的精密机床私营企业，其中机械手就是无人机床上不可或缺的一部分。为此，我把上下料机械手作为我研究的课题。
一、机械手的发展概述
（一）机械手的发展趋势
近年来,机械制造业的气动技术应用领域迅速拓宽,特别是在各类自动化生产线上得到了广泛的应用。运用电气PLC与气动技术相结合,使整个系统更完善的走向自动化，控制方式更容易。而机械手则是气动技术运用中最为成功的技术之一。气动机械手使现代自动生产线的发展速度得到了显著的提高，迫使气动技术在机械手行业做出更大的介入。因为气动技术的结构相对简单、抗污染的能力强和成本低廉，所以，启动该技术得到了目前很多自动化企业的青睐。
（二）机械手的概述
机械手可分为三种，第一种是根据生产任务的需要来编程序，以完成程序规定的各项操作的一种独立不附属于任何主机的装置，它是不需要人工操作的，只需电脑编程就可以。另外它不仅具备一般的普通机械手的性能，还具备通用机械和记忆技能。第二种机械手是起源于原子、军事工业，一开始的时候，是通过这种机械手来完成特定任务的，后来就把其运用到无线电讯上，用来探测月球等工作，这种机械手是需要人工来操作的，一般就称作为操作机，现如今工业中所用的锻造操作机也是属于这一种机械手。第三种机械手就是我本课题所要重点研究的机械手，它是一种专用型的机械手，主要应用在机械制造业，是附属在自动机床上或自动线上的一种机械手，专门用来解决机床上下料的运输和工件的传送的。
把机械手运用到自动化的车间中，使其来完成运送物料、焊接、喷漆、装配等工作，让企业中的工人解放双手，不用重复这些枯燥的工作，只需操作机械手来完成这些乏味的工作。尤其是在高温、危险、有害的作业环境中，可以使用机械手来代替人的部分操作。目前，机械手在铸造、锻造、冲压、切削加工、喷漆、装配等各种工艺过程中广泛运用。本文重点讲述的是一种由伺服电机，采用PLC控制的机械手控制系统的设计的一种执行机构，运用在本公司的现代无人自动机床上的专用机械手。
二、机械手的原理及其组成
（一）机械手原理
机械手的主要四大机构是执行装置、驱动系统、控制系统和位置检测装置。在PLC程序的控制管理下，机械手采用气压传动的方式，来执行机构中相应部位发生的规定要求，这一过程，机械手进行的是一种有顺序的，有运动轨迹的，有一定加速度和时间的工作动作，在执行装置执行的同时，控制系统还像执行装置发出相关指示，并且通过位置检测装置来对机械手进行检测，当机械手有错误的动作或者机器发生故障时，检测装置都会立即发出报警信号。另外，位置检测装置还会随时把执行机构的实际位置反应给控制系统，把这个实际位置与之前设置好的位置进行比较，如果发现位置不一致，控制系统就会进行调整，使其与之前设置好的位置一致，最终就能使执行装置执行出可以以精度计算的准确位置。
图1-1 苏州MAX机床公司无人机床机械手 图1-2机械手简单工作流程图
（二）机械手结构
1．执行机构
包括翻转头、手爪、横轴、竖轴和立柱等部件，有的还增设行走机构。
（1）翻转头
翻转头如图1-3、图1-4所示；（1-3为solidworks工程图，1-4为外观图）
图1-3 SolidWorks工程图 图1-4 翻转头外观图
翻转头是我们无人自动化机械手最为关键的部位，其是连接手爪和竖轴的关键部位，手爪亦是靠翻转头在完成抓取。本公司的翻转头分为3KG、5KG和10K的，规格型号的不同是表示抓取的物件的重量大小的不同，根据客户需要来安装设计，我们的机械手没有手腕手臂，只有靠横竖轴及翻转头，再有就是翻转头上的手爪来调整位置，以完成抓取。翻转头是连接竖轴与手爪的关键部位，因为它可以360°无死角的旋转，故而有时候我们称它反转头。
（2）手爪
手爪就是机械设备上与物件接触的部件，也就是我们通常所说的夹具。因为与物件接触的方式不一样，所以我们把手爪大致分为夹持式和吸附式，在本课题中我们重点采用夹持式手部机构。夹持式手部机构主要是由手指(或手爪)和传力机构所组成的。手指是与物件直接接触的构件，我们常见的手指的运动形式有回转型和平移型。相对于平移型手指来说回转型手指结构相对简单，制作也相对容易，所以回转型手指在机械制造行业应用较广泛。
气动手爪的优点：（1）快速传动，工作频率高；（2）体积小，
引言 1
一、机械手的发展概述 1
（一）机械手的发展趋势 1
（二）机械手的概述 1
二、机械手的原理及其组成 1
（一）机械手原理 1
（二）机械手结构 3
三、机械手的设计及其编程 5
（一）机械手框架设计 5
（二）机械手的核心部件设计 6
（三）机械手编程控制设计 6
四、机械手作业工艺 8
（一）机械手作业工艺 8
（二）作业工艺发展 9
总结 10
参考文献 11
谢辞 12
引言
本论文是我在苏州MAX机床有限公司顶岗实习期间，细心研究工作内容，在校外企业指导老师和校内指导老师共同指导下完成的。
当今社会，工业在不断地发展，科学技术也在不断地提高，对于工作效率来说，是必须要提高的，否则企业就跟不上效益的发展，单纯的手工劳作是根本满足不了现代企业工业的自动化发展的，因此，为了提高效率，企业必须要引进先进的设备来满足企业如今高效率的发展。在这样一个时代背景下，机械手就是发展过程中的一个产物，它不仅帮助企业增加了效益，还帮助工人摆脱了枯燥乏味的重复工作，减轻了工人们工作的劳动强度。在机械制造业中，机械手可以说是必不可少的一项机械设备，它不仅可以用来组装零部件，还可以搬运、装卸加工工件，尤其是在自动化数控机床上，它的强大作用就更显而易见了。但是目前我国的机械制造业和国外还是有一定差别的，机械化的水平也相对较低，所以机械手的开发和应用可以说是我国机械制造业的一个里程碑。另外，机械制造业是一个相对其他服务行业来说，是一个较危险的行业，它有很多易燃、易爆等高危险的体力工作，机械手就可以代替工人完成这些高危险工作。我所在的实习单位——苏州MAX机床有限公司就是以无人自动化机床为主的精密机床私营企业，其中机械手就是无人机床上不可或缺的一部分。为此，我把上下料机械手作为我研究的课题。
一、机械手的发展概述
（一）机械手的发展趋势
近年来,机械制造业的气动技术应用领域迅速拓宽,特别是在各类自动化生产线上得到了广泛的应用。运用电气PLC与气动技术
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
替工人完成这些高危险工作。我所在的实习单位——苏州MAX机床有限公司就是以无人自动化机床为主的精密机床私营企业，其中机械手就是无人机床上不可或缺的一部分。为此，我把上下料机械手作为我研究的课题。
一、机械手的发展概述
（一）机械手的发展趋势
近年来,机械制造业的气动技术应用领域迅速拓宽,特别是在各类自动化生产线上得到了广泛的应用。运用电气PLC与气动技术相结合,使整个系统更完善的走向自动化，控制方式更容易。而机械手则是气动技术运用中最为成功的技术之一。气动机械手使现代自动生产线的发展速度得到了显著的提高，迫使气动技术在机械手行业做出更大的介入。因为气动技术的结构相对简单、抗污染的能力强和成本低廉，所以，启动该技术得到了目前很多自动化企业的青睐。
（二）机械手的概述
机械手可分为三种，第一种是根据生产任务的需要来编程序，以完成程序规定的各项操作的一种独立不附属于任何主机的装置，它是不需要人工操作的，只需电脑编程就可以。另外它不仅具备一般的普通机械手的性能，还具备通用机械和记忆技能。第二种机械手是起源于原子、军事工业，一开始的时候，是通过这种机械手来完成特定任务的，后来就把其运用到无线电讯上，用来探测月球等工作，这种机械手是需要人工来操作的，一般就称作为操作机，现如今工业中所用的锻造操作机也是属于这一种机械手。第三种机械手就是我本课题所要重点研究的机械手，它是一种专用型的机械手，主要应用在机械制造业，是附属在自动机床上或自动线上的一种机械手，专门用来解决机床上下料的运输和工件的传送的。
把机械手运用到自动化的车间中，使其来完成运送物料、焊接、喷漆、装配等工作，让企业中的工人解放双手，不用重复这些枯燥的工作，只需操作机械手来完成这些乏味的工作。尤其是在高温、危险、有害的作业环境中，可以使用机械手来代替人的部分操作。目前，机械手在铸造、锻造、冲压、切削加工、喷漆、装配等各种工艺过程中广泛运用。本文重点讲述的是一种由伺服电机，采用PLC控制的机械手控制系统的设计的一种执行机构，运用在本公司的现代无人自动机床上的专用机械手。
二、机械手的原理及其组成
（一）机械手原理
机械手的主要四大机构是执行装置、驱动系统、控制系统和位置检测装置。在PLC程序的控制管理下，机械手采用气压传动的方式，来执行机构中相应部位发生的规定要求，这一过程，机械手进行的是一种有顺序的，有运动轨迹的，有一定加速度和时间的工作动作，在执行装置执行的同时，控制系统还像执行装置发出相关指示，并且通过位置检测装置来对机械手进行检测，当机械手有错误的动作或者机器发生故障时，检测装置都会立即发出报警信号。另外，位置检测装置还会随时把执行机构的实际位置反应给控制系统，把这个实际位置与之前设置好的位置进行比较，如果发现位置不一致，控制系统就会进行调整，使其与之前设置好的位置一致，最终就能使执行装置执行出可以以精度计算的准确位置。
图1-1 苏州MAX机床公司无人机床机械手 图1-2机械手简单工作流程图
（二）机械手结构
1．执行机构
包括翻转头、手爪、横轴、竖轴和立柱等部件，有的还增设行走机构。
（1）翻转头
翻转头如图1-3、图1-4所示；（1-3为solidworks工程图，1-4为外观图）
图1-3 SolidWorks工程图 图1-4 翻转头外观图
翻转头是我们无人自动化机械手最为关键的部位，其是连接手爪和竖轴的关键部位，手爪亦是靠翻转头在完成抓取。本公司的翻转头分为3KG、5KG和10K的，规格型号的不同是表示抓取的物件的重量大小的不同，根据客户需要来安装设计，我们的机械手没有手腕手臂，只有靠横竖轴及翻转头，再有就是翻转头上的手爪来调整位置，以完成抓取。翻转头是连接竖轴与手爪的关键部位，因为它可以360°无死角的旋转，故而有时候我们称它反转头。
（2）手爪
手爪就是机械设备上与物件接触的部件，也就是我们通常所说的夹具。因为与物件接触的方式不一样，所以我们把手爪大致分为夹持式和吸附式，在本课题中我们重点采用夹持式手部机构。夹持式手部机构主要是由手指(或手爪)和传力机构所组成的。手指是与物件直接接触的构件，我们常见的手指的运动形式有回转型和平移型。相对于平移型手指来说回转型手指结构相对简单，制作也相对容易，所以回转型手指在机械制造行业应用较广泛。
气动手爪的优点：（1）快速传动，工作频率高；（2）体积小，
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