多自由度机械手论文开题报告

自上世纪六十年代，机械手被实现为一种产品后，对它的开发应用也在不断发展，利用机械手搬运物体、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。现在已经应用在了机械制造、冶金、化工、电力、采矿、建材、轻工、食品、环保等各行各业之中。比如：最典型的发展是生产者将此产品大量应用于卫生行业（全自动生化分析仪），从而实现了卫生检验中急需短时间、大量样品数据的要求，但在卫生领域的机械手因采用样品加单一酶试剂显色法，且采用滤光片结构设计，造成试剂价格昂贵，限制了产品市场的发展。随着技术的进步，机械手的设计已经实破了单一试剂、加热及滤光片的束缚。随着社会的快速发展，工业现场机械手的要求将越来越高，其技术也越来越成熟。

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机械设计开题报告范文篇1

论文题目：左接头锻造工艺分析与模具设计

一、选题意义:

1、理论意义:(1)学习模具设计的一般方法，了解和掌握常用模具整体设计、零部件的设计过程和计算方法，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，特别是总体设计和计算的能力.

(2)综合运用热锻模课程和其它有关选修课程的理论及生产实践的知识去分析和解决模具设计问题，并使所学专业知识得到进一步巩固和深化.

(3)通过计算和绘图，学会运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等，培养模具设计的基本技能

(4)可以掌握锻造工艺，熟悉各种锻造各种锻造设备，熟悉掌握计算机操作以及了解DEFORM软件的应用，并具有机械设计及制造等综合知识.

2、现实意义:随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术，新工艺，新设备，新材料不断涌现，进一步提高锻件的性能指标;同时缩短了生产周期，降低了成本，使之在竞争中处于优势地位.

锻造是一种借助工具或模具在冲击作用下加工金属机械零件或零件毛坯的方法.锻件的最大优势是韧性高、纤维组织合理，件与件之间性能变化小;锻件内部质量与加工历史有关，不会被任何一种金属加工工艺超过.

锻件的优势是由于金属材料通过塑性变形后，消除了内部缺陷，如锻(焊)合空洞，压实疏松，打碎碳化物，非金属夹杂并使之沿变形方向分布，改善或消除成分偏析等，得到了均匀、细小的低倍和高倍组织.而铸造工艺得到的锻件，尽管能获得较准确的尺寸和比锻件更为复杂的形状，但难以消除疏松、空洞、成分偏析、非金属夹杂等缺陷;机械加工方法获得的零件，尺寸精度较高，表面光滑，但金属内部流线往往被切断，容易造成应力腐蚀，承载拉压交变应力的能力较差.

这几年，我国火车不断提速，动车、高铁相继投入运营，这也代表着以后的发展方向，这要求我们必须保证火车导轨的安全可靠行，为保证高速列车运行的平稳性和旅客的舒适性，高速铁路的平顺性是很重要的指标，国外高速铁路采用断面尺寸公差和平直度要求很高的长定尺钢轨并焊接成超长无缝线路.接头作为连接导轨的关键部件起着至关重要的作用.

模具制造技术现代化是模具工业发展的基础，性能良好的锻造设备是提高锻造生产技术水平的基本条件，高精度、高寿命、高效率的锻模模需要高精度高自动化的锻造设备相匹配.为了满足大批量高速生产的需要，目前锻造设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展，加之机械手乃至机器人的大量使用，使锻造生产效率得到大幅度的提高，各式各样的锻造自动线和高速自动压力机纷纷投入使用.

二、课题关键问题及难点

本课题以锻造工序的数目确定、预成形设计为重点，对比不同形状预制坯的成形过程，给出了合理的制坯工序布排和设计，实现了一火锻造.同时，开发了封闭飞边闭式锻造预锻工序，提高了材料利用率.最后，对锻造过程进行了三维有限元模拟，在40MN热模锻压力机上进行了试验和试生产，模拟和试验结果证明锻造设计符合生产要求.该锻件形状复杂，材料分布非常不均匀，其锻造工序编排和模具设计难度更大.

本课题的难点在于应用三维绘图软件和deform软件对其进行应力应变分析，通过软件规范初设数据并反复进行修改，直到得到最优的设计方案..

三、调研报告(或文献综述)

我国的经济体制发生了根本的变化，由过去的计划经济过度到现在的市场经济.锻压生产虽然生产效率高，节约原材料和机械加工工时;但生产周期较长，成本较高，处于不利的竞争地位.铸造、焊接、机械加工豆加入了竞争.锻造生产要跟上当代科学技术的发展，需不断改进技术，采用新工艺、新技术，进一步提高锻件的性能指标;同时要缩短生产周期，降低成本，使之在竞争中处于优势地位.模具的技术水平明显有了提高，一些国产优质模具的性能已接近国外同类产品的先进水平，但由于我国起步晚，许多模具不得不依赖进口，与发达国家相比差距还非常大.

当代科学技术的发展对锻压技术本身的完善和发展有着重大的影响，这主要表现在一下几个方面:

1. 对机械零件的性能要求更高.现代交通工具如汽车、飞机、机车的速度越来越高，负荷越来越大.出更换强度更高的材料外，研究和开发新的锻造技术.挖掘原有材料的潜力也是一条出路.

2 .模具计算辅助设计、制造与分析(CAD/CAM/CAE)的研究和应用将极大地提高模具制造效率，提高模具质量，使模具设计与制造技术实现一体化.

3. 模具的标准化、商品化、机械化及专业化自动生产.

4. 工艺分析计算的现代化.它将与现代数学、计算机技术联姻，对加工零件进行计算机模拟和有限元分析，达到预测某一工艺方案对零件成形的可能性与成形过程中可能会发生的问题，供设计人员修改和选择.

目前锻造业面临的问题大概可以归纳为一下几个方面:

1.装备水平低，其主要表现是设备老化、精确度低.

2.管理体制亟待理顺，生产厂点过多，力量分散.

3.机械制造厂家封闭式经营生产，是产品缺乏竞争力.

4.科学研究投入少，接受新技术新工艺迟缓，其结果导致搞科研也搞生产，生产厂家的问题无人去解决.

四、参考文献

【1】姚泽坤主编. 锻造工艺学与模具设计 西北工业大学出版社

【2】卢秉恒. 机械制造技术基础. 北京: 机械工业出版社，

【3】王先奎. 机械制造工艺学. 北京:机械工业出版社，2002

【4】吴宗泽 机械零件设计手册. 北京:机械工业出版社，

【5】郑家骧 刘永田. 画法几何与机械制图. 内蒙古科技出版社，

【6】锻压手册(设备) 北京:机械工业出版社，2002

【7】锻模设计手册 北京:机械工业出版社，1991

五、研究内容及确定方案各步骤

1、研究内容:

(1)模具整体方案设计，包括零件的工艺分析、设计绘制锻件图、模具类型的确定、确定变形工步及中间坯料尺寸，压力中心计算、压力机选择、计算原坯料尺寸的确定等;

(2)模具整装配图和模具主要零件的设计;

(3)编写设计毕业论文

2、基本设计方案

本零件是属于大型锻件，首先根据相关尺寸确定其锻造工步，通过计算/r以及H/d的相关数值， 基本步骤设计如下:

1、计算毛坯尺寸

2、选择成型设备及其参数

3、用DEFORM模拟软件进行有限元模拟并分析缺陷并加以改进

4、模具工作部分尺寸的计算

5、模具的总体设计

6、下料

7、加热

8、弯曲

9、预锻

10、终锻

11、切边

六、进度安排

第5-6周 毕业实习，撰写实习报告

第7-8周 写出不少于3000字的文献综述;根据参考文献和课题要求，提出自己拟定的可行方案;

第9-10周 写出开题报告，开题;进行总体设计

第11-12周 外文文献翻译，完成详细方案设计

第13-14周 完成结构优化设计

第15-16周 绘制图纸，列出论文编写大纲，设计计算说明书的编写

第17周，整理设计资料，进行毕业答辩

机械设计开题报告范文篇2

课题名称：浅谈盒盖注塑模设计

专业：机械设计制造及其自动化

班级:xxx

姓名：yjbys

学号：xxx

指导老师：黄xx

一、选题的目的与意义

塑料相对金属，密度小，但强度比较高，绝缘性能优良，具有非常好的抗化学腐蚀性，在机械、化工、汽车、航空航天等领域，塑料已经大规模的取代了金属。目前塑料制件在工业、日常生活各领域几乎无处不在。所以掌握模具设计这一门技巧，对于未来从事相关行业的我们极其重要。在本课题的制做过程中，我们还锻炼使用UG、AUTOCAD等CAD,CAE绘图软件的技巧。使我们在塑件结构设计、塑料成型工艺分析、塑料模具数字化设计、塑料模具零件的选材、热处理、塑料模具零件的制造，以及资料检索、英文翻译等方面获得综合训练，为未来工作适应期奠定坚实的基础。

二、我国模具工业的研究现状及发展趋势

80年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速均为13%，1999年我国模具工业产值为245亿，至2002年我国模具总产值约为360亿元，其中塑料模约30%左右。在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。

我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新方面也取得较大进展。

在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，如美国EDS的UGⅡ、美国ParametricTechnology公司的Pro/Emgineer、美国CV公司的CADS5、英国Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美国AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亚Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。

目前，国内市场对中高档模具的需求量很大，但要求国产模具必须在质量、交货期等方面满足用户的需求。另外，随着近年来工业发达国家的人工费用增加，其模具生产正向发展中国家特别是东南亚国家转移。因此，只要国产模具的质量能够有提高，交货期能够保证，模具出口的前景是十分乐观的。

未来我国的模具将呈现十大发展趋势：一是模具日趋大型化。二是模具的精度越来越高。三是多功能复合模具将进一步发展。新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能要求也越来越高。四、是热流道模具在塑料模具中的比重逐渐提高。五、是随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将随之发展。六、是标准件的应用将日渐广泛。七、是快速经济模具的前景十分广阔。八、是随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高，同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求。九、是以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例将不断增大。十、是模具技术含量将不断提高，中、高档模具比例将不断增大，这也是产品结构调整所导致模具市场走势的变化。

三、课题关键问题及难点

1.明确塑件设计要求

仔细阅读塑件制品零件图，从制品的塑料品种，塑件形状，尺寸精度，表面粗糙度等各方面考虑注塑成型工艺的可行性和经济性，必要时，要与产品设计者探讨塑件的材料种类与结构修改的可能性。

2、运用UG及CAD软件完成模具设计。

分型面应选在塑件外形最大轮廓处。满足塑件的外观质量要求:注塑时分型面处不可避免地要在塑件上留下溢料或拼合缝的痕迹，因此分型面最好不要选在塑件光亮的外表面或带圆弧的转角处。其中分模是最重要的一环。

3、模具结构设计

1).塑件成型位置及分型面选择;

2).模具型腔数的确定，型腔的排列和流道布局以及浇口位置设置;

3).模具工作零件的结构设计;

4).顶出机构设计;

5).拉料杆的形式选择;

6).排气方式设计。

4、模具总体尺寸的确定，选购模架

模架已逐渐标准化，根据生产厂家提供的模架图册，选定模架在以上模具零部件设计基础上初步绘出模具的完整结构图。

5、模具结构总装图和零件工作图的绘制

模具总图绘制必须符合机械制图国家标准，其画法与一般机械图画法原则上没有区别，只是为了更清楚地表达模具中成型制品的形状，浇口位置的设置，在模具总图的俯视图上，可将定模拿掉，而只画动模部分的俯视图。

模具总装图应该包括必要尺寸，如模具闭合尺寸，外形尺寸，特征尺寸(与注塑机配合的定位环尺寸)，装配尺寸，极限尺寸(活动零件移动起止点)及技术条件，编写零件明细表等。

通常主要工作零件加工周期较长，加工精度较高，因此应首先认真绘制，而其余零部件应尽量采用标准件。

四、课题研究进程规划

1、支座三维模型的设计:根据盒盖零件的尺寸，设计出它的三维模型，并分析模型的具体特征，确定注塑模的基本结构。

2、分型面的设计:根据盒盖零件的结构进行拆模，设计型芯、模及定模的分型面。

3、创建塑模模具元件:生成型芯、动模、定模等模具的成型零件。

4、模具的充模、开模仿真:通过充模仿真，检查该模具注塑出的具有单一实体特征的塑件是否符合设计要求;通过开模仿真，检查开模是否能够顺利进行，开模是否发生干涉，从而确定模具设计的合理性。

五、参考文献：

1.张维合编著，注塑模具设计实用教程[M],化学工业出版社，

2.屈华昌主编，塑料成型工艺与模具设计[M],机械工业出版社，

3.屈华昌.塑料成型工艺与模具设计.北京:机械工业出版社，1996,1-3

4.刘际泽.塑料制品内与模具设计提案.北京:中国轻工业出版社，2001,4

5.李得群.国外注射模CAD/CAM/CAE发展概况.模具工业，1994,(9):47-53

6.刘跃军，翟金平.聚合物注射成型的过程控制[[J].工程塑料应用，2001,29(9):41-42

7.益小苏.高分子材料的制备与加工.杭州:浙江大学出版社，1997,4-8

8.刑海涛.精品模具申城展风采高水平设备荟萃上海[[J].机械工人/冷加工，2002,(4):1

六、指导教师意见

指导教师签名：

机械设计开题报告范文篇3

院(系)名称：机电工程系

专业名称：机电一体化

年级：09机电三班

学生姓名：夏**

学号：******

指导教师姓名：袁**

设计题目：电梯控制系统的PLC原理图及梯形图设计

电梯的国内外研究动向及意义

从1887年美国奥的斯公司制造出世界上第一台电梯，到中国最早的一部电梯在上海出现，电梯行业在中国迅速发展，由此电梯变成了高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯也提出了更高的要求。

随着科技的进步，电梯也更加安全、舒适。然而，人们的追求并没有就此停止下来，仍在不断地进行研究改进。21世纪开始国际开始强调“绿色”，绿色和平，绿色天然，绿色和谐。电梯是载人的机电设备，要实现绿色，也就是强调电梯更舒适、更安全地为人类的生产和生活服务，强调电梯与环境的协调与和谐。

目前意义上的“绿色”，一般是强调“天然”的一面，强调与环境的协调与和谐。电梯属于纯粹的工业产品，其天然性应表现为对环境影响的尽可能小，与环境的协调与平衡，以及电梯本身的人性化。这也应是绿色电梯的发展方向。

(1)智能化。我们这所说的智能化电梯是传统的人工智能是无法胜任的。传统的智能控制是一种技术的事先安排，说到底是一种程序控制，是一种周期性的系统自动控制，实际上还算不上智能。而真正的智能电梯应更具人性化特点，不仅具有传统的人工智能的所有优点，而且还有传统的人工智能无法比拟的东西，具有动念和随机处理各种问题的能力，诸如能根据轿厢内的情况和各层的候梯信息，自动地制定每次最优的运动速度和停车政策;自动选择运动方面;双向语音交流;到达目的层的语音提示等，让乘客有更多的主动性，使大楼交通运输实现真正的人机对话。智能化要求电梯有自动安全检测功能，让电梯自己能够检测到电梯的故障所在，并及时报警予以排除。

(2)安全。运行安全是电梯的根本和关键。可以说，电梯的全部其他工作都是以此为中心展开的，使电梯安全运行更有保障。运行安全不仅要消除电梯启动时较强的电磁辐射，使用安全材料和运行稳定，而且要有一种良好的视觉效果，让每一位乘客在宽敞、明亮轿厢内有安全、舒适的好心情。同时，电梯运行安全也要求电梯在运行中发生故障时，不但要使乘客容易与外界沟通联系，而且电梯本身应当能自动播放让乘客感到放松的音乐，彻底消除产生紧张不安的情绪。当小孩和老人乘坐时，电梯对他们应给予一种如同家人般的照顾，不但让老人和孩子感到方便和舒适，而且更让其家人感到放心。电梯运行安全还要求电梯有自动休眠功能，使电梯在保证运行效率最高的同时，使电梯能最大限度地得到休眠。

(3)与环境的协调和平衡，包括以下几个方面：

①视觉协调。有人曾经做过环境色彩是否对人有影响的研究。该研究发展：视觉不协调的环境色彩对人的情绪、精神影响非常大。色彩宜人，格调高雅，制作精良的电梯，乘客自然会有一种安全的感觉，有一种视觉上的舒适。用料低廉，款式陈旧，色彩沉闷，甚至破破烂烂的电梯，乘客视觉协调无从谈起，乘坐电梯的第一感觉就是不安全。国内的许多电梯公司对此的重视是远远不够的，甚至不少通过引进国外技术国产化的电梯也显露出一副土生土长的容貌。

②消除电磁辐射。如前所述，由于电梯是大楼里频繁起制动的大容量电器是电磁干扰的元凶，所以绿色电梯必须是一个达到自身对大楼电磁干扰最小，而又不被其他电磁干扰影响的建筑机电设备。这样不仅可以保证乘客的身心健康，而且也可以保证大楼、大厦中的大楼的办公自动化、楼宇自动化、通讯自动化的正常运转。

③舒适感。通过采用高载频波矢量静音变频器，可降低噪声变换频率及电压。以CPU控制电压及频率的连续变换方式，按人体生理适应要求，利用计算机优化设计而成的理想运行曲线，实现更稳定、更舒适的运行。

对现代化电梯性能的衡量，主要着重于可靠性、安全性和乘坐的舒适性。此外，对经济性、能耗、噪声等级和电磁干扰程度等方面也有相应要求。随着时代的发展，相信电梯行业会越来越贴近生活。

研究的主要内容及所解决的问题

目前，在电梯的控制方式上，主要有继电器控制、PLC控制和微型计算机控制三种。而PlC实际上是一种专用计算机，它采用巡回扫描的方式分时处理各项任务，而且依靠程序运行，这就保证只有正确的程序才能运行，否则电梯不会工作;又由于PLC中的内部辅助继电器及保持继电器等实际上是PLC系统内存工作单元，即无线圈又无触点，使用次数不受限制，属无触点运行，因此，它比继电器控制有着明显的优越性，运行寿命更长，工作更加可靠安全，自动化水平更高。PLC控制是三种控制方式中最具有可靠性、实用性和灵活性的控制方式，它更适合于用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代，是电梯控制系统中理想的控制新技术。

电梯的控制是比较复杂的，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了广阔的空间，随着PLC应用技术的不断发展，将使得它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠，抗干扰性能增强、机械与电气部件有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。它已经成为电梯运行中的关键技术。因此，研究plc技术更具有了战略性的意义。

Plc的研究内容及措施

对于电梯的控制，可选用继电-接触系统或可编程控制器来完成，但是二者有各自的特点：

a:继电-接触系统：它的优点是线路直观，大部分电器均为常用电器，更换方便，价格较便宜。但是他触点繁多，线路复杂，电器的电磁机构及触点动作较慢，能耗高，机械动作噪音大，而且可靠性差。

b:PLC在设计和制造上采取了许多抗干扰措施，使用方便，扩展容易。它使用了梯形图和可编程指令，易于掌握。总之，PLC取代继电-接触系统已经成为大的趋势。

基于上述原因，我选择用可编程控制器来完成对电梯的控制。

设计的内容与要求：

概述：

随着时代的发展，工业自动化程度的不断提高，PLC行业已经在工业市场上占有一大片领地。在此次设计中，我将利用PLC来实现对电梯的控制。其中包括对PLC硬件的设计，软件设计，驻点路的设计，控制柜的设计，以及电梯惦记和其他设备的选择，还有原理分析等。相信此次设计后，我对电梯的实际运行能有初步的了解。

控制要求：

1.电梯轿箱的控制要求：

a：选向：根据电梯各层内选外呼信号的先后和停止时轿箱所在的楼曾位置决定电梯的运行方向。

b：选层换速：指电梯能够根据轿内所选层而决定运行方向，而且遵守或一直向上，或一直向下的原则。并且在每次平层的时候都能够换速。

c：楼层位置的指示：选用了数码管显示的方法。由于FX2N系列已有内部计数-译码驱动模块，所以只要外部加上LED七段显示管和电源就可以显示楼层了。

2.电梯门的控制要求：

要求当电梯平层的时候，电梯门自动打开，经过10秒钟后电梯门自动关上。如果遇到有人在门中间的情况，电梯会因为光电开关的作用而自动开门。

3.补充要求：

除了上述两个要求以外，还要注意的一点就是备用电梯电机的使用，一但曳引电机出现故障，备用电机将手动控制转入运行状态，避免因曳引电机出故障而引发的不必要的麻烦。

开题报告一、设计题目卧式加工中心的机械手升降机构二、课题研究的目的、意义在机械工业中，应用机械手的意义可以概括如下：1）以提高生产过程中的自动化程度应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。2）以改善劳动条件，避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。3）可以减轻人力，并便于有节奏的生产应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都没有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。综上所述，有效的应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。三、国内外现状和发展趋势工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用自动换刀装置是数控加工中心在工件的一次装夹中实现多道工序加工不可缺少的装置, 主要由刀库、机械手和驱动装置几部分组成。机械手和驱动装置是两个关键部分, 根据驱动装置的不同, 自动换刀装置可分为凸轮式、液压式、齿轮式、连杆式及各种机构复合式, 其中以凸轮式用得较多。发达国家数控加工中心的立式自动换刀机械手主要采用凸轮式, 我国加工中心技术起步较晚, 对自动换刀机械手研究较少。进入20 世纪90 年代后, 北京机床研究所、大连组合机床研究所、济南第一机床厂、青海机床厂以及陕西省的秦川机床厂都对立式自动换刀机械手进行了研究和开发。迄今为止, 我国制造的加工中心配置的自动换刀机械手大多数是进口的。其主要原因: 一是国内生产的换刀机械手质量较差, 成本也不低; 二是进口换刀机械手价格虽然较高, 但在整个加工中心中所占份额不大。作为加工中心的配套技术, 自动换刀机械手的研究和开发将直接影响到我国自动化生产水平的提高, 从经济上、技术上考虑都是十分必要的。立式换刀机械手和卧式换刀机械手已得到广泛应用20 世纪90 年代以来, 数控加工技术得到迅速的普及和发展, 数控机床在制造业得到了越来越广泛的应用。带有自动换刀系统的数控加工中心在现代先进制造业中起着愈来愈重要的作用, 它能缩短产品的制造周期, 提高产品的加工精度, 适合柔性加工。加工中心是数控机床中较为复杂的加工设备, 由于其具有多种加工能力而得到广泛的应用, 其强大的加工能力和效率得益于其配置的自动换刀装置(A u2tomat ic Too l Changer)。换刀装置作为加工中心的重要组成部分, 其主要作用在于减少加工过程中的非切削时间, 提高生产率, 降低生产成本, 进而提升机床乃至整个生产线的生产力。加工中心自动换刀装置是实现多工序连续加工的重要装置, 其结构设计及其控制是实现加工中心设计制造的关键。加工中心的换刀过程较为复杂, 动作多, 动作间的相互协调关系多, 因而自动换刀系统性能的好坏直接影响加工效率的高低。四、研究内容及方案拟定各已知的参数和要求如下：①机械手装置的行程：1260mm；②机械手重：m1=40kg；③刀具的最大质量：m2=10kg；④机械手的回转及装卸刀具装置质量：m3=200kg；⑤换刀时间：t1=3s；⑥刀具的升降时间：t2=6s。机械手基本形式的选择：常见的工业机械手根据手臂的动作形态,按坐标形式大致可以分为以下4种:(1)直角坐标型机械手;(2)圆柱坐标型机械手;(3)球坐标(极坐标)型机械手;(4)多关节型机械手。其中圆柱坐标型机械手结构简单紧凑,定位精度较高,占地面积小,能够较容易地实现凸轮轴加工机床的运动要求。（5）机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。（6） 机械手的工艺流程: 机械手原位→机械手前伸→机械手上升→机械手抓取并夹紧→机械手后退→机械手前进（小车）→小车停止→机械手左转90°→机械手前伸→机械手松开→机械手后退（小车）→机械手下降→机械手右转90°→小车后退→退至原位控制系统的选择：1.考虑到机械手的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制.2.国际上生产可编程序控制器的厂家很多，如日本三菱公司的F系列PC,德国西门子公司的SIMATIC N5系列PC、日本OMRON(立石)公司的C型、P型PC等。考虑到本机械手的输入输出点不多，工作流程较简单，同时考虑到制造成本，因此在本次设计中选择了OMRON公司的C28P型可编程序控制器。3.气动机械手的工作流程如下：（1） 当按下机械手启动按钮之后，首先立柱右转电磁阀通电，机械手右转，至右限位开关动作。（2） 立柱上升电磁阀通电，立柱上升，至上限位开关动作。（3） 手臂伸长电磁阀通电，手臂开始伸长，至限位开关动作。（4） 手腕逆时针转电磁阀通电，手腕逆时针转动，至逆时针转限位开关动作。（5） 立柱下降电磁阀通电，立柱下降，至下限位开关动作。（6） 手爪抓紧电磁阀通电，手爪抓紧，至限位开关动作。（7） 立柱上升电磁阀通电，立柱上升，至上限位开关动作。（8） 手腕逆时针转电磁阀通电，手腕逆时针转动，至逆时针转限位开关动作。（9） 手腕收缩电磁阀通电，手腕收缩，至限位开关动作。（10） 立柱左转电磁阀通电，机械手左转，至左限位开关动作。（11） 手臂伸长电磁阀通电，手臂开始伸长，至限位开关动作。（12） 手腕逆时针转电磁阀通电，手腕逆时针转动，至逆时针转限位开关动作。（13） 立柱下降电磁阀通电，立柱下降，至下限位开关动作。（14） 手爪松开电磁阀通电，手爪松开，至限位开关动作。（15） 手腕收缩电磁阀通电，手腕收缩，至限位开关动作。完成一次循环，然后重复以上循环动作。按下停止按钮或停电时，机械手停止在现行的工步上，重新启动时，机械手按上一工步继续工作。电动机的选择：本系统采用110BF 反应式步进电机为执行元件, 其步距角为每步 , 整个控制系统硬件组成如图：步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件, 广泛应用于工业控制系统中。其机械角位移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成比例, 通过改变电脉冲频率可在大范围内进行调速; 同时, 该电机还能快速启动、制动、反转和自锁; 此外, 步进电机易于实现与计算机或其它数字元件接口, 适用于数字控制系统。步进电机通电相序的方向控制以软件代替环形脉冲分配器, 实现对相序的直接控制, 各相脉冲输出由并行口直接控制, 将控制字(步进电机各相通断电顺序) 从内存中读出, 然后送到单片机并行口中输出, 从而实现步进电机的正、反转。使用这种方案不仅简化了系统的硬件线路, 降低了成本,而且还可以根据控制系统的需要, 灵活地改变步进电机的运行方式。采用三相六拍步进电机, 电机正转时通电顺序为:A - AB- B- BC- C- CA - A; 反转时的通电顺序为:A - AC- C- CB- B- BA - A。此外, 控制进给脉冲的频率, 改变单片机输出端口状态代码(输出字) 之间的间隔时间, 即可调整电机的转速, 实现刀盘的加速-恒速- 减速之间的转换, 从而缩短换刀时间, 提高换刀效率。应收集的资料及参考文献:⑴金属切削机床与数控机床 张俊生主编 1994年8月第一版⑵数控机床的结构与传动 北京航空学院机械加工教研室编 1977年9月第一版⑶数字控制技术与数控机床 杨有君主编 1999年10月⑷实用数控机床技术手册 1993年8月第一版⑸现代数控机床结构设计 王爱玲主编 1999年9月⑹现代数控机床 毕承恩 丁乃建等 1991年12月第一版⑺试谈数控机床加工中心的结构设计 机械制造出版社 1994年1月五、进度安排1、～ 毕业设计调研，完成科技译文及开题报告；(科技译文不少于3000汉字)2、～ 完成总体设计、零部件设计、控制电路设计等；（完成4张零号图，要求CAD出图；具体落实到每个人内容有所不同，时间段相同）3、～ 完成设计（论文）说明书（40～60页，要求打印）；4、～ 评审、答辩。（给出成绩及评语，注意答辩时间2010年6月15——20日，请在15日前完成所有任务）六、参考文献1.《机械设计手册》（1-5卷） 徐灏 主编 机械工业出版社2．《简明实用机械手册》（第二版） 上海市机械工程学会 编机械工业出版社3.《汽车构造（下册）》陈家瑞主编 机械工业出版社4．《机械设计图册》 成大先 主编 化学工业出版社5．《机械设计》（第六版）西北工业大学濮良贵、纪名刚 主编 高等教育出版社6．《机械制造装备设计》 冯辛安 主编 机械工业出版社7．《现代机构手册》（上、下册）孟宪源 主编 机械工业出版社8．《机械设计常用元器件手册》（上、下册） 刘仁家等编 机械工业出版社9．《机床课程设计指导书》吉林工业大学机床教研室 宋在明 陶永兰 编 .《几何量公差与检测》（第三版）甘永立 主编 上海科学技术出版社11.《新编液压工程手册(上,下册)》 雷天觉 北京理工大学出版社