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畢業(yè)設計(論文)開題報告 題目：凸輪軸機床的工件輸送機構的設計 系 別 機電信息系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 姓 名 學 號 導 師 2012年 12 月 25 日 1.畢業(yè)設計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關研究情況） 1.1題目背景 在現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)線零件的輸送是非常重要的工作之一，隨著生產(chǎn)自動化的發(fā)展，目前，這一工作已由機械手的自動搬運逐漸替代傳統(tǒng)的人工完成。機械手的出現(xiàn)在減輕工人勞動強度和難度、提高工作效率和質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本上做出了突出貢獻,機械手的發(fā)展在企業(yè)的發(fā)展和創(chuàng)收上起到了舉足輕重的作用。本課題設計一種在七工位凸輪軸加工機床上應用的機械手,用于實現(xiàn)工件的輸送。明確機械手的功能、技術參數(shù)、工作原理、主要結(jié)構及特點。要求結(jié)構簡單、抓取重量大、開合行程長、運行可靠,從而提高生產(chǎn)效率。 1.2研究意義 機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設備【1】。他的特點是可以通過編程來完成各種預期的作業(yè)，在構造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應用的更為廣泛【2】。因此，進行凸輪軸機床的工件輸送機械手的研究設計具有重要意義。我感覺設計所需要的知識僅課堂所學的是完全不夠的，但正是這樣，才更能鍛煉自己，才更富有挑戰(zhàn)，我想在這次的設計中我一定會盡全力做好的！ 1.3國內(nèi)研究的情況 我國的工業(yè)機械手的研究研發(fā)開發(fā)始于20世紀70年代左右。1972年我國的第一臺工業(yè)機械手開發(fā)制造于上海，隨著全國各省都開始研制和研發(fā)應用機械手。如今我國正從一個“制造型大國”向“制造型強國”邁進，中國的制造業(yè)正在面臨著與國際接軌、世界接軌、參與國際分工的巨大工作和挑戰(zhàn)當中，這將會給機械手產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新的動力和活力【3】。隨著機械手發(fā)展的深度和廣度以及機器人智能水平的不斷提高，中國的機械手已在眾多領域得到了廣泛普遍的應用。已經(jīng)從傳統(tǒng)的工業(yè)制造領域向非制造領域延伸。如采礦機器人、建筑業(yè)機器人以及水電系統(tǒng)用于維護維修的機器人等。在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、生活服務等領域機械手的應用也越來越多。在未來幾年，我國將在傳感技術、激光技術、工程網(wǎng)絡技術中機械手將會被廣泛應用，因此這些技術會使機械手的應用更為高效、高質(zhì)，運行成本將更低【4】。據(jù)一系列現(xiàn)象證據(jù)表明，今后機械手將在醫(yī)療、保健、生物技術和產(chǎn)業(yè)、教育、救災、海洋開發(fā)、機器維修、交通運輸和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等各領域得到廣泛應用。 1.4國外研究情況 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[5]。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。在此基礎上美國通過不斷改進完善，研制出一系列新的機械手，美國的研制十分注意提高機械手的可靠性，改進其結(jié)構，降低其成本。德國從1970年開始在制造行業(yè)中應用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設備的上下料等作業(yè)。日本是工業(yè)機械手發(fā)展最快、應用最多的國家。自1969年從美國引進二種典型的機械手后，便開始大力進行機械手的研究。據(jù)報道，1979年從事機械手的研究工作的大專院校、研究單位多達50多個；1976年大學和國家研究部門用在機械手的研究費用42%；1979年日本機械手的產(chǎn)值達443億日元，產(chǎn)量為14535臺。使用機械手最多的行業(yè)是汽車工業(yè)，其次是電機、電器和電子行業(yè)。到目前在日本工作的工業(yè)機械手已有100萬臺左右。第二代機械手設有微型電子計算機控制系統(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，使機械手具有感覺機能。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺機械手。第三代機械手（機械人）則能獨立地完成工作過程中的任務。它與電子計算機和電視設備保持聯(lián)系。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。隨著工業(yè)機器手（機械人）研究制造和應用的擴大，國際性學術交流活動十分活躍，歐美各國和其他國家學術交流活動開展很多[6]。 2.本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施 2.1主要內(nèi)容 2.1.1了解凸輪軸機床工作原理，工業(yè)機器人的發(fā)展及在工業(yè)生產(chǎn)中的應用； 2.1.2明確該機械手的規(guī)格參數(shù)，分析其組成和工作原理； 2.1.3完成該機械手的結(jié)構設計和主要部件的設計計算； 2.1.4應用軟件繪制所設計機械手的裝配圖。 2.2研究方案 2.2.1凸輪軸機床的工作原理 如圖1所示零件為凸輪軸。凸輪軸是發(fā)動機中的重要零件之一，其通常是由具有多段高次曲線型面的非圓輪廓面組成，其升程、轉(zhuǎn)角與砂輪半徑之間存在非線性關系，且大部分凸輪軸屬細長軸類零件。而凸輪軸加工精度和質(zhì)量直接影響到發(fā)動機的質(zhì)量、廢氣排放、使用壽命、節(jié)能和效率。圖2是某型號發(fā)動機的凸輪軸示意圖，其法蘭面上的孔系的加工是在一臺臥式單面七工位的機床上完成的,該機床用一個多軸頭在5個加工工位上完成了5道加工工序。在加工工位之前有一個零件裝卸工位,為了在裝卸工位卸下工件,必須解決工件的返回問題。為此,我們設計了機械手在五個加工工位之后的等待工位抓取工件,并實現(xiàn)工件的返回。如圖3所示,工位Ⅰ是裝卸工位,工位Ⅶ是機械手抓取工位,凸輪軸從Ⅰ工位通過步伐式棘爪輸送機構依次自動輸送至Ⅱ~Ⅶ工位,而機械手用來實現(xiàn)工件由Ⅶ工位返回至Ⅰ工位。 圖1 凸輪軸 圖2 凸輪軸示意圖 圖3 各工位布局圖 2.2.2機械手總體結(jié)構的設計 如圖4所示，機械手裝置安裝在機床的側(cè)面，機械手大臂的回轉(zhuǎn)運動，靠液壓缸2通過齒輪、齒條機構來實現(xiàn)。機械手小臂的升降，由油缸1驅(qū)動。手爪4的開合動作由液壓缸3驅(qū)動的連桿、滑塊機構來實現(xiàn)。為了確保機械手大臂回轉(zhuǎn)輸送時，隨行夾具在此時是平面平行移動，采用了平行四邊形機構。機械手的動作順序是：機械手在等待工位(抓取工件工位)等候—機械手小臂下降—手爪收攏抓取隨行夾具—小臂上升—大臂回轉(zhuǎn)至裝卸料工位—小臂下降—手爪放松—小臂上升—大臂回轉(zhuǎn)至等待工位等候。機械手的動作全部采用液壓驅(qū)動，電氣控制。 (1）機械手腰座結(jié)構的設計 (2）機械手手臂結(jié)構的設計 (3）機械手手腕結(jié)構的設計 (4）機械手手爪結(jié)構的設計 如圖5所示，手爪是用來抓取工件的，要求其結(jié)構簡單，動作靈敏，操作方便。 (5）機械手機械傳動機構的設計 (6）機械手驅(qū)動系統(tǒng)的設計 圖4 機械手結(jié)構圖 圖5 手爪示意圖 2.3研究方法 2.3.1首先閱讀畢業(yè)設計題目和任務書，查閱相關文獻和資料，做出初步規(guī)劃設計方案，積極開展調(diào)研論證； 2.3.2向指導老師咨詢有關問題和登陸中國知網(wǎng)查閱資料文獻； 2.3.3對機械手進行結(jié)構分析，畫出草圖； 2.3.4結(jié)合自己熟悉的制圖軟件，對其進行深入的實踐； 2.3.5完善繪圖，請指導老師修改。 3.本課題研究的重點及難點，前期已開展工作 3.1 研究的重點及難點 機械手結(jié)構的設計及其傳動機構和驅(qū)動系統(tǒng)的設計；機械手零件設計及其裝配關系；機械手的技術參數(shù)、結(jié)構特點和受力分析。 3.2前期已展開的工作 3.2.1查找和閱讀大量期刊、書籍、報紙及優(yōu)秀碩士論文分析相關數(shù)據(jù)； 3.2.2初步擬定了整體結(jié)構和設計方案； 3.2.3學習零件的結(jié)構設計的有關知識； 3.2.4在學校電子閱覽室查找了有關機械手的外文翻譯。 4.完成畢業(yè)論文的工作步驟與時間安排（按周次填寫） （1）1—3周：調(diào)研并收集資料； （2）4—6周：明確該機械手的規(guī)格參數(shù)，分析其組成和工作原理； （3）7—9周：完成該機械手的結(jié)構設計計算； （4）10—12周：完成該機械手的裝配圖； （5）13—15周：完成論文撰寫，準備答辯。 5.指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見） 指導教師： 年 月 日 6.所在系審查意見： 系主管領導： 年 月 日 注：1）正文：宋體小四號字，行距20磅，單面打印；其他格式與畢業(yè)論文要求相同。 2）開題報告由各系集中歸檔保存。 3）開題報告引用參考文獻注釋格式可參照附錄E“畢業(yè)設計（論文）參考文獻樣式”執(zhí)行。不進入正文，可以作為附件放在開題報告后面。 參考文獻 [1] 姚志良. 工業(yè)機械手淺談（二）[J]. 組合機床與自定化技術. 1977，(03) ：6- 9 [2] 郭益友. 工業(yè)機械手在制造工藝中的發(fā)展及應用[J]. 淮南職業(yè)技術學院學報. 2002，(01) ：5- 7 [3] 國內(nèi)機械行業(yè). 機械手應用與技術發(fā)展概況（上）[J]. 科技簡報. 1975，(07) ：9- 11 [4] 鄒莉. 傳感檢測技術在機械手中的應用[J]. 科技信息（學術研究）. 2008，(36) ：25- 31 [5] 吳振彪，王正家. 工業(yè)機器人 [M]. 武漢：華中科技大學出版社. 2006 [6] Tsai LW. 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