数控车床自动上下料机械手结构设计.docx
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1、数控车床自动上下料机械手结构设计摘要:本课题针对于数控车床而设计了结构圆柱坐标型的自动上下料机械手,通过对机械手的传动机构,驱动系统、液压系统以及控制系统进行了理论分析和计算。同时对机械手整体结构进行了详细的设计,主要包括机械手的机身机座,机械手手臂,机械手手爪等部分。并分析了数控车床自动上下料机械手的操作流程,主要采用液压缸、步进电机等元件实现机械手的运动部分。关键词:数控车床;机械手;传动机构;液压系统;驱动系统1、数控车床自动上下料机械手的设计方案1.1 机械手结构的设计工业机器人的结构形式主要包括直角坐标型机器人、圆柱坐标型机器人、球坐标型机器人、关节型坐标机器人四种。其对应的特点如表
2、Io表1工业机器人结构类型名称空间运动结构特点主要应用直角坐标型机器人三个直线运动自动控制、重发编程、多自由度、速度快、精度大、稳定性高装配机器人、搬运机器人圆柱坐标型机器人一个回转运动及两个直线运动构造简单、精度一般搬运机器人球坐标型机器人两个回转运动以及一个直线运动结构简单、造价成本较低精度较差搬运机器人关节型机器人三个回转运动动作灵活、结构紧凑焊接机器人、喷漆机器人、搬运1.2 数控车床自动上下料机械手手部设计1.2.1 机械手手部的设计要求本课题机械手手爪开闭范围需够大。在机械手工作时,其中一个手爪张开夹紧角度的最大变化量为开闭范围。手爪开闭范围的要求与工件的形状以及尺寸等因素都有关联
3、。通常情况下,机械手手爪的开闭范围越大越好。1.2.2 手爪结构的采用方案结合具体的工作要求,综上所述,本课题采用的是齿轮齿条式。通过活塞往返带动齿条完成手爪张开或夹紧的动作。1.3 数控车床自动上下料机械手腕部设计机械手手腕主要功能是可以使被夹持工件的方位产生变化,此时机械手手腕需做回转运动,即只存在一个回转自由度。结合本课题,本设计手腕不加自由度以便于机械手结构简单,操作简单。1.4 数控车床自动上下料机械手手臂设计考虑到操纵器在工作中的稳定性和安全性,将两个平行的导向杆添加到该对象的水平框架中,使其与运动活塞杆截面形成等腰三角形结构,以保证其结构更加稳定牢靠。垂直手臂添加四个导杆其截面为
4、正四边形,每个导杆都选用空心结构以保证机械手整体重量。添加此导杆结构主要原因是可以保证机械手整体稳定。2、数控车床自动上下料机械手驱动系统设计2.1 驱动系统采用方案具体到本设计,综合考虑以上因素,本课题机械手机座为回转运动,采用步进电机驱动最优,机械手水平手臂和垂直手臂选用液压驱动最优。2.2 数控车床自动上下料机械手传动设计本课题中机械手手臂运动均采用液压驱动。故该部分不采用传动结构,即简化了机械手结构,也有利于提高机械手整体的精度。本课题机械手机座部分选择了电机驱动,则需要通过传动机构进行减速。经分析比较,本课题选择圆柱齿轮传动。2.3 数控车床自动上下料机械手定位与稳定性设计2.3.1
5、 影响定位精度及平衡的因素定位方式、速度、刚度、运动件重量以及驱动源等因素对机械手整体的平衡以及稳定都会产生一定影响。如定位方式选择机械挡块定位,其挡块的强度以及与挡块碰撞时速度的大小等都有关联。速度对定位精度也有较大影响如,速度过快或过慢都会影响最终精度,所以控制其速度可以适当减小最后的精度误差。刚度对机械手整体结构的影响在于如接触刚度较低,易振动,此时定位精度一般较低。运动件重量对定位精度的影响在于如运动件重量变大时,定位精度会相应减小,机械手整体以及被夹持工件均属于运动件。合理控制运动件本重量以及机械手工作时被夹持工件重量是必要的。驱动源包括液压、气压、电压、油温等。驱动源产生变化时,重
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