摘 要

机械手是在工业生产过程中所采用的一种具有抓取和运输工件功能的机械装置，它是在机械制造自动化生产过程中崛起的一种新型装置。它能替代人力进行危险、重复的工作，减少了劳动力的投入，增加了劳动生产力。以前我国数控外圆磨床的自动上下料大部分是由人工完成的，随着市场经济的高速发展，对生产的要求逐渐提高，对于磨床磨削加工的要求也越来越高，自动上下料机械手开始逐步得到重视。

本文根据实际加工要求设计了一款PLC控制，步进电机驱动，丝杠传动的导轨直线型机械手，与其他类型的机械手相比，采用丝杠传动的机械手传动效率更高，定位精度更高，除此之外，采用PLC控制使得机械手更加灵活，稳定，可以根据不同的工作要求编写不同的程序。

关键词：机械手,自动上下料，PLC，丝杠传动

Abstract

Manipulator is an automated device used in the automated production process with the ability to grab and move the workpiece, which is a new type of device developed in the mechanized and automated production process. Manipulator can replace human beings to complete the danger and repeat the boring work. What’s more, It has reduced human labor intensity and improved labor productivity. In the past, China's automatic loading and unloading of CNC cylindrical grinder are most completed by human. With the rapid development of market economy, the production requirements continue to improve and the grinding requirements are getting higher and higher. automatic loading and unloading manipulator has been getting more and more attention.

According to the actual processing requirements, I designed a screw drive manipulator that is controlled by PLC and driven by stepper motor. Compared with other types of manipulators, the use of screw drive makes my manipulator more efficient and accurate. In addition, the use of PLC control makes the robot more flexible and stable and the program can be changed according to different situation.

Key words: Manipulator, Automatic loading and unloading, PLC, Screw drive

目录

第一章 绪论----------------------------------------------------------------（1）

1.1目的与意义----------------------------------------------------------（1）

1.2国内外研究现状------------------------------------------------------（1）

1.3我要设计的机械手----------------------------------------------------（2）

1.3.1加工零件的分析--------------------------------------------------（2）

1.3.2臂力的确定------------------------------------------------------（2）

1.3.3工作范围的确定--------------------------------------------------（2）

1.4论文的主要研究内容--------------------------------------------------（4）

第二章 机械手手臂部分总体设计----------------------------------------------（6）

2.1执行机构的选择------------------------------------------------------（6）

2.2 驱动机构的选择-----------------------------------------------------（6）

2.3 传动结构的选择 ----------------------------------------------------（7）

2.4机械手的基本形式选择------------------------------------------------（7）

2.5机械手直臂部分的主要部件及运动--------------------------------------（7）

2.6机械手的技术参数----------------------------------------------------（8）

第三章 手爪部分------------------------------------------------------------（9）

3.1 概述---------------------------------------------------------------（9）

3.2 腕部的结构形式-----------------------------------------------------（9）

3.3手腕驱动力矩的计算--------------------------------------------------（9）

3.4手腕驱动力矩的计算--------------------------------------------------（9）

3.4.1驱动力的计算----------------------------------------------------（9）

3.4.2定位误差分析---------------------------------------------------（12）

第四章 手臂部分-----------------------------------------------------------（13）

4.1 横臂的设计--------------------------------------------------------（13）

4.1.1滚珠丝杠副的特点-----------------------------------------------（13）

4.1.2滚珠丝杠的设计-------------------------------------------------（13）

4.1.2.1 滚珠丝杆副型号选择---------------------------------------（14）

4.1.2.2 丝杠预紧力计算-------------------------------------------（14）

4.1.2.3 丝杠稳定性验算-------------------------------------------（14）

4.1.2.4 临界转速计算---------------------------------------------（15）

4.1.2.5 螺杆强度校核---------------------------------------------（15）

4.1.2.6 丝杠的传动效率计算---------------------------------------（16）

4.1.3 滚动轴承的选择与设计------------------------------------------（16）

4.1.3.1 最大径向力的计算-----------------------------------------（16）

4.1.3.2 最大轴向力的计算-----------------------------------------（16）

4.1.3.3 轴承所受当量动载荷的计算---------------------------------（17）

4.1.3.4 基本计算额定动载荷C的计算--------------------------------（17）

4.1.3.5 角接触轴承型号的选择-------------------------------------（18）

4.1.4步进电机的选择-------------------------------------------------（18）

4.2大臂的设计---------------------------------------------------------（18）

4.2.1 滚珠丝杠的设计------------------------------------------------（19）

4.2.1.1 滚珠丝杆副型号选择---------------------------------------（19）

4.2.1.2 丝杠预紧力计算-------------------------------------------（19）

4.2.1.3 丝杠稳定性验算-------------------------------------------（20）

4.2.1.4 临界转速计算---------------------------------------------（20）

4.2.1.5 螺杆强度校核---------------------------------------------（21）

4.2.1.6 丝杠的传动效率计算---------------------------------------（21）

4.2.2 滚动轴承的选择与设计------------------------------------------（21）

4.2.2.1 最大径向力的计算-----------------------------------------（21）

4.2.2.2 最大轴向力的计算-----------------------------------------（22）

4.2.2.3 轴承所受当量动载荷的计算---------------------------------（22）

4.2.2.4 基本计算额定动载荷C的计算--------------------------------（22）

4.2.2.5 角接触轴承型号的选择-------------------------------------（23）

4.2.3步进电机的选择-------------------------------------------------（23）

4.3 直臂的设计--------------------------------------------------------（23）

4.3.1 滚珠丝杠的设计------------------------------------------------（23）

4.3.1.1 滚珠丝杆副型号选择---------------------------------------（24）