一种新型机械手控制系统关键部件的设计与实现(附件)【字数：9083】
摘 要机械手臂，顾名思义就是以人手部的某些动作进行模拟和仿真，然后用适当的程序以实现对物体的抓握、移动或对工具的操纵的一种智能操作设备。它具有结构相对简单、性能稳定和高可靠性等优点。能在高温、易爆、有毒、有放射性的环境下正常运行，极大的保护了人身安全，并且能实现自动化和机械化生产。因此在各个行业中得到了越来越多的应用。本次毕业设计的课题主要是进行对数控加工中心中自动换刀装置控制的设计和实现。自动换刀装置一般是由执行部分、控制部分、驱动部分组成。这次课题设计的要求是设计性价比高的机械手，所以经济性是我们设计的一大依托。最终我们选择的是液压传动作为驱动装置，PLC控制作为控制系统。综合多方面的分析得到最终的自动换刀装置。
目 录
第一章 概述 1
1.1引言 1
1.2 本课题所涉及的软件 2
1.3 研究的内容与意义 3
第二章 换刀机械手臂总体方案设计 4
2.1原理设计 4
2.2 方案设计 5
第三章 换刀机械手控制系统的设计 8
3.1换刀机械手的工作原理 8
3.2 可编程序控制器的介绍 9
3.3 机械手臂控制系统的设计 11
第四章 结论与发展趋势 13
4.1 结论 13
4.2 自动换刀装置的发展趋势 13
致 谢 14
参考文献 15
第一章 概述
1.1引言
1.1.1数控机床的特点和发展
随着社会和科技的发展，人们对机械产品的性能、质量以及成产成本有了越来越高的要求。要满足上述要求的的重要措施之一就是使机械加工过程实现自动化。在机械产品生产中，单件小批量生产占据了大部分，所以一种能能适应产品更新换代快、种类繁多、质量和生产率高、生产成本低等市场需要的自动化生产设备的普及应用已经迫在眉睫。数控机床就是这些要求和市场需要的产物。
1952年，第一台采用真空管电路数控装置的数控化三坐标铣床在美国麻省理工学院问世。1955年，数控机床首次投入批量生产。综合运用各项技术的数控铣床是一个划时代的重大技术突破。它利用编程软件，将工序集中，提 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
高了生产效益。
在对复杂零件进行加工时，因为零件的工序较多，加工过程中必须得不断地进行换刀。因此增加了大量的加工时间。为了提高加工效率，实现对刀具的自动换取，首次研制除了转塔头立式钻镗铣床。但是一直到1958年，世界第一台将多工序集中到一起，且带有自动换刀装置的加工中心在美国的一家公司面世。
所谓加工中心，它是一种具备刀库并且能够自动更换刀具对零件进行多工序加工的数控机床。它在零件加工质量的提高、经济效益的增加等方面都取得了显著的提升。因为其在生产加工零件所用的时间相比传统的数控机床大大的减少了。它是一个综合机械、电子、计算机软件、气动、拖动、现代控制理论、测量及传感技术以及通讯诊断、刀具和应用编程技术的高技术产品。所以加工中心是一个集高新技术于一体的机械加工设备，它的发展代表了一个国家制造业的水平。
随着计算机应用水平的不断提高，数控机床的种类也越来越多，性能在日臻完善，应用领域也在不断地扩大。科技水平在不断的进步，市场的需求也在不断地提高，为了满足科技发展和市场的需求，为了将现代制造技术提升到更高的水平，当前数控技术及其设备的发展目标是：高速、高效和高精度；高可靠性；模块化、智能化、柔性化和集成化；开放性；出现新一代数控加工工艺与装备。
1.1.2 自动换刀装置
在利用数控机床加工零件时，大多数的产品都需要多道工序的加工才能完成。利用普通数控机床加工零件的过程中，占整个加工时间70%的时间都是用于安装刀具、对刀、装夹零件和检查加工质量等辅助工作上，而只有小部分时间真正用于切削。为了缩短切削时间，进一步提高数控机床的加工效率，往往采用“工序集中”的原则。因此出现了各式各样的加工中心，此类机床必须有自动换刀装置，在加工零件时选取不同的刀具完成不同工序的加工工艺。
为完成对零件的多道工序加工而设置的存储及更换刀具的设备称为自动换刀装置。自动换刀装置都是由刀库、机械手臂、和驱动装置所组成的。都是数控装置及可编程序控制器作为控制系统，电动机、液压泵或气压结构作为驱动装置，刀库和机械手臂作为执行机构，三者协调工作实现刀具的自动更换。现如今自动换刀装置的换刀流程、选刀方式、刀库的结构、机械手臂类型等种类繁多，形成了各式各样的自动换刀装置。
自动换刀装置应满足刀具换刀时间短且换刀可靠；保证足够的重复定位精度；足够的刀具储存量；结构紧凑，安装和后期保养维护方便等基本要求。
和世界工业发达的国家相比，我国这方面的技术起步比较晚，对自动换刀技术的研究少之又少。20世纪末期，南京机床研究所、沈阳机床研究所、北京密云所、成都机床厂都进行了自动换刀装置的研究，都取得了不错的成就。
1.2 本课题所涉及的软件
1.2.1 CAXA技术的应用
随着科学技术的不断发展，人们在机械设计中用图版和铅笔进行低效率的设计工作一去不复返了。计算机辅助设计技术已经完全的进入到了每个设计行业，极大的提高的人们的设计效率。计算机辅助设计技术的出现，对制造技术的发展是一个极大的突破，因此也称为20世纪最重要的发明之一。在本次设课题中，大量的图纸设计对CAXA电子图版有大量的应用。
CAXA电子图版是一套高效、方便、智能化的通用中文设计绘图软件，可以帮助设计人员进行零件图、装配图、工艺图表、平面包装的设计，适合所有需要二维绘图的设计。它可以让设计人员彻底甩掉图版，集中精力在零件的设计构思上，满足现代化企业快速设计、绘图、信息电子化的要求。CAXA电子图版对制图设计起到了非常重要的作用，主要体现在以下方面：可以进行快速绘图；可以方便的进行修改；在大多数情况下，能得到比手工设计更好的效果和精度。
目 录
第一章 概述 1
1.1引言 1
1.2 本课题所涉及的软件 2
1.3 研究的内容与意义 3
第二章 换刀机械手臂总体方案设计 4
2.1原理设计 4
2.2 方案设计 5
第三章 换刀机械手控制系统的设计 8
3.1换刀机械手的工作原理 8
3.2 可编程序控制器的介绍 9
3.3 机械手臂控制系统的设计 11
第四章 结论与发展趋势 13
4.1 结论 13
4.2 自动换刀装置的发展趋势 13
致 谢 14
参考文献 15
第一章 概述
1.1引言
1.1.1数控机床的特点和发展
随着社会和科技的发展，人们对机械产品的性能、质量以及成产成本有了越来越高的要求。要满足上述要求的的重要措施之一就是使机械加工过程实现自动化。在机械产品生产中，单件小批量生产占据了大部分，所以一种能能适应产品更新换代快、种类繁多、质量和生产率高、生产成本低等市场需要的自动化生产设备的普及应用已经迫在眉睫。数控机床就是这些要求和市场需要的产物。
1952年，第一台采用真空管电路数控装置的数控化三坐标铣床在美国麻省理工学院问世。1955年，数控机床首次投入批量生产。综合运用各项技术的数控铣床是一个划时代的重大技术突破。它利用编程软件，将工序集中，提 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
高了生产效益。
在对复杂零件进行加工时，因为零件的工序较多，加工过程中必须得不断地进行换刀。因此增加了大量的加工时间。为了提高加工效率，实现对刀具的自动换取，首次研制除了转塔头立式钻镗铣床。但是一直到1958年，世界第一台将多工序集中到一起，且带有自动换刀装置的加工中心在美国的一家公司面世。
所谓加工中心，它是一种具备刀库并且能够自动更换刀具对零件进行多工序加工的数控机床。它在零件加工质量的提高、经济效益的增加等方面都取得了显著的提升。因为其在生产加工零件所用的时间相比传统的数控机床大大的减少了。它是一个综合机械、电子、计算机软件、气动、拖动、现代控制理论、测量及传感技术以及通讯诊断、刀具和应用编程技术的高技术产品。所以加工中心是一个集高新技术于一体的机械加工设备，它的发展代表了一个国家制造业的水平。
随着计算机应用水平的不断提高，数控机床的种类也越来越多，性能在日臻完善，应用领域也在不断地扩大。科技水平在不断的进步，市场的需求也在不断地提高，为了满足科技发展和市场的需求，为了将现代制造技术提升到更高的水平，当前数控技术及其设备的发展目标是：高速、高效和高精度；高可靠性；模块化、智能化、柔性化和集成化；开放性；出现新一代数控加工工艺与装备。
1.1.2 自动换刀装置
在利用数控机床加工零件时，大多数的产品都需要多道工序的加工才能完成。利用普通数控机床加工零件的过程中，占整个加工时间70%的时间都是用于安装刀具、对刀、装夹零件和检查加工质量等辅助工作上，而只有小部分时间真正用于切削。为了缩短切削时间，进一步提高数控机床的加工效率，往往采用“工序集中”的原则。因此出现了各式各样的加工中心，此类机床必须有自动换刀装置，在加工零件时选取不同的刀具完成不同工序的加工工艺。
为完成对零件的多道工序加工而设置的存储及更换刀具的设备称为自动换刀装置。自动换刀装置都是由刀库、机械手臂、和驱动装置所组成的。都是数控装置及可编程序控制器作为控制系统，电动机、液压泵或气压结构作为驱动装置，刀库和机械手臂作为执行机构，三者协调工作实现刀具的自动更换。现如今自动换刀装置的换刀流程、选刀方式、刀库的结构、机械手臂类型等种类繁多，形成了各式各样的自动换刀装置。
自动换刀装置应满足刀具换刀时间短且换刀可靠；保证足够的重复定位精度；足够的刀具储存量；结构紧凑，安装和后期保养维护方便等基本要求。
和世界工业发达的国家相比，我国这方面的技术起步比较晚，对自动换刀技术的研究少之又少。20世纪末期，南京机床研究所、沈阳机床研究所、北京密云所、成都机床厂都进行了自动换刀装置的研究，都取得了不错的成就。
1.2 本课题所涉及的软件
1.2.1 CAXA技术的应用
随着科学技术的不断发展，人们在机械设计中用图版和铅笔进行低效率的设计工作一去不复返了。计算机辅助设计技术已经完全的进入到了每个设计行业，极大的提高的人们的设计效率。计算机辅助设计技术的出现，对制造技术的发展是一个极大的突破，因此也称为20世纪最重要的发明之一。在本次设课题中，大量的图纸设计对CAXA电子图版有大量的应用。
CAXA电子图版是一套高效、方便、智能化的通用中文设计绘图软件，可以帮助设计人员进行零件图、装配图、工艺图表、平面包装的设计，适合所有需要二维绘图的设计。它可以让设计人员彻底甩掉图版，集中精力在零件的设计构思上，满足现代化企业快速设计、绘图、信息电子化的要求。CAXA电子图版对制图设计起到了非常重要的作用，主要体现在以下方面：可以进行快速绘图；可以方便的进行修改；在大多数情况下，能得到比手工设计更好的效果和精度。
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