xhk0825加工中心上料机械手设计(附件)
摘 要 在先如今庞大的机械制造业中，企业们在保证产品合格率的同时为了提高生产效率，开始想方设法的提高生产的自动化程度，工业机械手作为提高自动化程度最重要的方法之一，正在世界各大制造企业中不断普及。一个国家的工业机械手的发展和普及程度从一定程度上可以反映了这个国家的机械制造业水平，从而反映这个国家的工业自动化水平。本文将设计一台三个自由度的工业机械手，用于给XHK0825加工中心运送物料。首先，本文将设计工业机器人的底座、手、手腕、臂部等结构。然后选择合适的传动方式，驱动方式，搭建工业机器人的结构平台。其次，在设计过程中，要综合考虑各方面因素，选择合适的伺服电机、联轴器、行动机构元件、丝杆、旋转气缸等。
目 录
第一章 绪论 1
1.1机械手的分类 1
1.2机械手的组成装置 2
1.3 工业机械手在生产中的作用 3
第二章 总体方案设计 5
2.1总体设计 5
2.2传动方案的选择 5
2.3电动机的选择 6
2.4导向方案的选择 7
第三章 结构设计 9
3.1轴承的选择 9
3.2滚珠丝杆的选用要求 9
3.3联轴器的选择 10
3.4滚珠丝杆螺母副的支撑方式 11
3.5电机主轴与丝杆轴的连接装配 12
3.6线性导轨的安装 12
第四章 滚珠丝杆的校核计算 13
4.1计算滚珠丝杆所受载荷Fc 13
4.2滚珠丝杆的刚度校核计算 13
4.3滚珠丝杆的效率验算 14
结束语 15
致 谢 16
参考文献 17
绪论
机械行业是一个国家发展的基础，因为他为一个国家的经济和人民提供了日常消耗品和工业发展所需的装备，不论是传统的农业还是新兴的新型产业都离开机械行业。而机械行业中的制造机器的性能，对国民经济的发展和进步有非常直接的影响。一个国家的机械行业的发展是否快速可以从一定程度上体现一个国家的科技水平
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
，所以很多国家用机械制造水平来直接衡量一个国家的科学技术水平。所以世界上的所有国家都把发展机械制造行业作为发展国民经济的重点。
机械手是为了适应自动化生产而发展出来的新型机械手加工设备。在如今的机械制造行业中，机械手正在被广泛的使用。，而机械手的研究和生产也称为了一个新的领域，在这个领域内，很多世界上的尖端人才正在对如何研制出更好的机械手做出艰辛的努力。这些研究促进了机械手的发展，也间接地促进了机械制造行业的发展。目前的工业机械手虽然还不能像人类的手一样灵活，但是它也具有人类的手所不具备的有点，比如能适应各种极限环境、可以二十四小时工作，不会受伤，更加具备通用性，降低了工人的工作负担与受伤的可能性。同时，机械手的力量比人类大很多，许多重型的材料可能需要数名工人，但是可能只需要一个机械手就可以搬运。因此，工业机械手在这个行业内越来越受到重视。
机械手是一种吸取了人的有点与机器的有点的电子机械设备，而不是一种简单地代替人类劳动的装置，它能对工作环境快速反应，工作精确度高，不会犯错，而且机械手可以长时间工作，只需要工程师定期维护就可以持续工作数年。从某种意义上说，机械手比让工人更加的优秀，比工人更加适合做机械制造行业，他是机械制造行业的发展所催生出来的产物，是机械制造行业在进步的道路上不可或缺的角色。
1.1机械手的分类
机械手的分来可以按照其用途、功能以及机械手的规格来进行分类。
按规格（所搬运的工件重量）分类一般可分为微型、小型、中型、大型，目前大多数工业机械手一般是微型、小型、中型。最小的机械手的规格为0.5kg，而最大的已达800kg，从这里可以看出机械手具有很强的适应性。
按照机械手的功能可以分为简易工业机械手、记忆再现型工业机械手、计算机数字控制机械手、智能机械手。简易型机械手还可以分为固定程序和可变程序两种。简易型机械手多为气动控制或者液压控制，结构相对简单，价格低廉，更改程序方便。但是这种机械手只适用于比较简单的点位控制，只能作为一般单服务的搬运作业。目前这种机械手是使用最为广泛的。
机械手的还可以分为专用机械手与通用机械手。专用机械手是安装在主机上的，它的程序是固定不变的，所以专用机械手一般没有单独的控制系统。这种机械手一般固定不动，加工对象单一，整体结构简单，适用于大型生产线的物料运送。而通用机械手与专用机械手最大的区别就是通用机械手具有独立的控制装置，它的程序可以随时更改，结构相对复杂，所以它的动作更加灵活多变。通用机械手由于是个相对独立的设备，所以它的通用性很高，可以使用各种工作环境，它的定位精度也非常高，比较使用与经常变换加工对象的中小批的自动化生产中。
1.2机械手的组成装置
机械手由控制系统发出命令，驱动系统提供动力给执行机构，执行机构对工件进行搬运，在运动期间，位置检测装置对机械手的精度进行检测和调整，以此保证机械手的定位精度。各部分的关系如图1.1所示。
图1.1 机械手装置构成图
（1）执行机构
执行机构由手爪部分、腕部、手臂和运动机构等部件组成。
1）手爪部分在工作过程中直接与工件或者物料接触的部分，一般具有一个自由度。手爪一般有两个，多爪较少，根据不同的结构还可以分为机械式外抓和内抓，还有吸盘式与电磁式。
2）腕部是用来连接手爪部分与手臂的，并用来变换手爪是水平还是垂直，以此使用不用的物料摆放姿态。
3）臂部是将物料在空间内进行移动的关键部件。同时它还支撑起了整个机械手的重量。本次设计的手臂具有两个自由度，即空间直角坐标系中X轴的移动与Z轴的移动。
4）运动机构并不是所有机械手都具备的机构，在有些制造场景，需要机械手具备行走的能力。
（2）驱动机构
机械手的驱动方式一般有四种，即电动、气动、液压和机械式。各种驱动方式都有自己的优缺点。气动式的运动速度较快，结构最简单。相应的成本也更低。在采用点位控制或者机械挡块定位控制时，气动式的重复定位精度是很高的，但气动式的缺点是臂力较低，只能用于搬运中小型的物料。而液压式机械手在臂力方面很好的弥补了气动式机械手的不足，它的臂力可以达到气动式的三倍以上，可实现连续控制，拓宽了机械手的用途和通用性，液压式机械手的定位精度一般在1mm以内。电动式机械手的优点主要是对加工环境的影响较小，但一般只会出现在小型机械手上，机械式机械手由于只能应付最简单的场合，目前已经很少使用。
本机械手采取的设计是气电结合，腕部采用气动、X轴与Z轴的移动采用电动控制，这种组合既有较好的重复定位精度又可以解决机械手的成本。
（3）控制系统
在控制系统方面，有电动控制和连续控制两种方式，电动控制由步进电机完成，连续控制则用伺服电机。还有些要求更高的机械手采用可变程序控制器控制、微型计算机控制等。控制系统控制手爪部分来移动物料的空间坐标，并控制整个机械手的运动速度。
目 录
第一章 绪论 1
1.1机械手的分类 1
1.2机械手的组成装置 2
1.3 工业机械手在生产中的作用 3
第二章 总体方案设计 5
2.1总体设计 5
2.2传动方案的选择 5
2.3电动机的选择 6
2.4导向方案的选择 7
第三章 结构设计 9
3.1轴承的选择 9
3.2滚珠丝杆的选用要求 9
3.3联轴器的选择 10
3.4滚珠丝杆螺母副的支撑方式 11
3.5电机主轴与丝杆轴的连接装配 12
3.6线性导轨的安装 12
第四章 滚珠丝杆的校核计算 13
4.1计算滚珠丝杆所受载荷Fc 13
4.2滚珠丝杆的刚度校核计算 13
4.3滚珠丝杆的效率验算 14
结束语 15
致 谢 16
参考文献 17
绪论
机械行业是一个国家发展的基础，因为他为一个国家的经济和人民提供了日常消耗品和工业发展所需的装备，不论是传统的农业还是新兴的新型产业都离开机械行业。而机械行业中的制造机器的性能，对国民经济的发展和进步有非常直接的影响。一个国家的机械行业的发展是否快速可以从一定程度上体现一个国家的科技水平
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
，所以很多国家用机械制造水平来直接衡量一个国家的科学技术水平。所以世界上的所有国家都把发展机械制造行业作为发展国民经济的重点。
机械手是为了适应自动化生产而发展出来的新型机械手加工设备。在如今的机械制造行业中，机械手正在被广泛的使用。，而机械手的研究和生产也称为了一个新的领域，在这个领域内，很多世界上的尖端人才正在对如何研制出更好的机械手做出艰辛的努力。这些研究促进了机械手的发展，也间接地促进了机械制造行业的发展。目前的工业机械手虽然还不能像人类的手一样灵活，但是它也具有人类的手所不具备的有点，比如能适应各种极限环境、可以二十四小时工作，不会受伤，更加具备通用性，降低了工人的工作负担与受伤的可能性。同时，机械手的力量比人类大很多，许多重型的材料可能需要数名工人，但是可能只需要一个机械手就可以搬运。因此，工业机械手在这个行业内越来越受到重视。
机械手是一种吸取了人的有点与机器的有点的电子机械设备，而不是一种简单地代替人类劳动的装置，它能对工作环境快速反应，工作精确度高，不会犯错，而且机械手可以长时间工作，只需要工程师定期维护就可以持续工作数年。从某种意义上说，机械手比让工人更加的优秀，比工人更加适合做机械制造行业，他是机械制造行业的发展所催生出来的产物，是机械制造行业在进步的道路上不可或缺的角色。
1.1机械手的分类
机械手的分来可以按照其用途、功能以及机械手的规格来进行分类。
按规格（所搬运的工件重量）分类一般可分为微型、小型、中型、大型，目前大多数工业机械手一般是微型、小型、中型。最小的机械手的规格为0.5kg，而最大的已达800kg，从这里可以看出机械手具有很强的适应性。
按照机械手的功能可以分为简易工业机械手、记忆再现型工业机械手、计算机数字控制机械手、智能机械手。简易型机械手还可以分为固定程序和可变程序两种。简易型机械手多为气动控制或者液压控制，结构相对简单，价格低廉，更改程序方便。但是这种机械手只适用于比较简单的点位控制，只能作为一般单服务的搬运作业。目前这种机械手是使用最为广泛的。
机械手的还可以分为专用机械手与通用机械手。专用机械手是安装在主机上的，它的程序是固定不变的，所以专用机械手一般没有单独的控制系统。这种机械手一般固定不动，加工对象单一，整体结构简单，适用于大型生产线的物料运送。而通用机械手与专用机械手最大的区别就是通用机械手具有独立的控制装置，它的程序可以随时更改，结构相对复杂，所以它的动作更加灵活多变。通用机械手由于是个相对独立的设备，所以它的通用性很高，可以使用各种工作环境，它的定位精度也非常高，比较使用与经常变换加工对象的中小批的自动化生产中。
1.2机械手的组成装置
机械手由控制系统发出命令，驱动系统提供动力给执行机构，执行机构对工件进行搬运，在运动期间，位置检测装置对机械手的精度进行检测和调整，以此保证机械手的定位精度。各部分的关系如图1.1所示。
图1.1 机械手装置构成图
（1）执行机构
执行机构由手爪部分、腕部、手臂和运动机构等部件组成。
1）手爪部分在工作过程中直接与工件或者物料接触的部分，一般具有一个自由度。手爪一般有两个，多爪较少，根据不同的结构还可以分为机械式外抓和内抓，还有吸盘式与电磁式。
2）腕部是用来连接手爪部分与手臂的，并用来变换手爪是水平还是垂直，以此使用不用的物料摆放姿态。
3）臂部是将物料在空间内进行移动的关键部件。同时它还支撑起了整个机械手的重量。本次设计的手臂具有两个自由度，即空间直角坐标系中X轴的移动与Z轴的移动。
4）运动机构并不是所有机械手都具备的机构，在有些制造场景，需要机械手具备行走的能力。
（2）驱动机构
机械手的驱动方式一般有四种，即电动、气动、液压和机械式。各种驱动方式都有自己的优缺点。气动式的运动速度较快，结构最简单。相应的成本也更低。在采用点位控制或者机械挡块定位控制时，气动式的重复定位精度是很高的，但气动式的缺点是臂力较低，只能用于搬运中小型的物料。而液压式机械手在臂力方面很好的弥补了气动式机械手的不足，它的臂力可以达到气动式的三倍以上，可实现连续控制，拓宽了机械手的用途和通用性，液压式机械手的定位精度一般在1mm以内。电动式机械手的优点主要是对加工环境的影响较小，但一般只会出现在小型机械手上，机械式机械手由于只能应付最简单的场合，目前已经很少使用。
本机械手采取的设计是气电结合，腕部采用气动、X轴与Z轴的移动采用电动控制，这种组合既有较好的重复定位精度又可以解决机械手的成本。
（3）控制系统
在控制系统方面，有电动控制和连续控制两种方式，电动控制由步进电机完成，连续控制则用伺服电机。还有些要求更高的机械手采用可变程序控制器控制、微型计算机控制等。控制系统控制手爪部分来移动物料的空间坐标，并控制整个机械手的运动速度。
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