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摘 要

本课题是为普通车床配套而设计的上料机械夹具。工业机械夹具是工业生产的必然产物，它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。实践证明，工业机械夹具可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，采用机械夹具是有效的。此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。

本课题通过应用Solidworks技术对机械夹具进行结构设计和液压传动原理设计，它能实行自动上料运动；在安装工件时，将工件送入卡盘中的夹紧运动等。上料机械夹具的运动速度是按着满足生产率的要求来设定。

本文着重描述了夹持型机械夹具的设计，包括总体要求的分析、结构的设计、驱动方式的选择，通过三种设计方案的比对，最终确定一种符合要求的方案，写出详细的设计、计算过程。

关键词 机械夹具 Solidworks 可编程控制器(PLC) 结构设计

目录

摘要··························································I

第一章机械夹具设计任务书··································1

1.1毕业设计目的··········································1

第二章绪论···················································2

2.1机械夹具的概念········································2

2.2机械夹具的简介········································2

2.2.1机械夹具·········································2

2.2.2机械夹具的发展趋势·······························4

2.1.1搬运机械夹具的结构·······························4

第三章 夹具设计的基本要求·································5

3.1基本要求··············································5

3.1.1功能方面·········································5

3.1.2结构方面·········································5

3.1.3材料方面·········································5

3.1.4设计参数及要求···································5

3.2夹持器方案选择········································5

3.2.1夹持器原理方案设想·······························6

3.2.2夹具动力源形式···································6

3.3 筛选三种方案·········································6

第四章夹具装置设计·········································9

4.1对手部设计的要求······································9

4.1.1有适当的夹紧力···································9

4.1.2有足够的开闭范围·································9

4.2夹紧力计算············································9

4.3驱动力计算············································10

4.4电机的选取············································10

4.5齿轮的计算·············································· 10

4.5.1选择齿轮的材料····································· 10

4.5.2按齿面接触强度设··································· 10

4.5.3手爪的夹持误差及分析······························· 11

4.6电机的选择·············································· 14

4.7螺柱的设计与校核········································ 15

第五章夹具手的定位与平稳性·································· 17

5.1常用的定位方式·········································· 17

5.2影响平稳性和定位精度的因素······························ 17

第六章物料输送系统············································ 18

6.1控制系统模式的选择······································ 18

6.2控制系统的搭建·········································· 19

6.2.1工控机·············································· 19

6.2.2 数据采集卡·········································· 19

6.2.3伺服放大器·········································· 19

6.2.4 端子板·············································· 20

结语····························································· 22

参考资料························································· 22

致谢····························································· 23

第一章机械夹具设计任务书

1.1毕业设计目的

毕业设计是学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义。

其主要目的：

1. 培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识。
2. 培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序规范和方法。

三、培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。

四、培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。

第二章绪论

机械夹具是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。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的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械夹具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。

2.1机械夹具的概念

我国国家标准(GB/T12643–90)对机械夹具的定义：“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体，或进行其它操作的机械装置。”

机械夹具可分为专用机械夹具和通用机械夹具两大类。专用机械夹具：它作为整机的附属部分，动作简单，工作对象单一，具有固定(有时可调)程序，使用大批量的自动生产。如自动生产线上的上料机械夹具，自动换刀机械夹具，装配焊接机械夹具等装置。通用机械夹具：它是一种具有独立的控制系统、程序可变、动作灵活多样的机械夹具。它适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产。它的工作范围大，定位精度高，通用性强，广泛应用于柔性自动线。

机械夹具最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。机械夹具扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调的重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。机械夹具与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统(FMS )和计算机集成制造系统(CIMS )，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械夹具的应用领域日益扩大。

2.2机械夹具的简介

2.2.1机械夹具

工业机械夹具使用最多的一种驱动方式是电机驱动。驱动电机一般采用步进电机、直流伺服电机以及交流伺服电机。由于电机速度高，通常须采用减速机构(如谐波传动、RV摆线针轮传动、齿轮传动、螺旋传动和多杆机构等)。这类机械夹具的特点是控制精度高，驱动力较大，响应快，信号检测、传递、处理方便，并可以采用多种灵活的控制方案。但是由于这类机械夹具价格昂贵，限制了在一些场合的广泛应用。因此，人们开始寻求其它一些经济适用的机械夹具驱动方式。随着气动技术获得了快速发展，其利用成本性能比低廉及同时具有许多优点的气动设备，在满足社会生产实践需要的同时也越来越多的受到重视。机械夹具技术已经成为能够满足许多行业生产实践要求的一种重要实用技术。

机械夹具与其它控制方式的机械夹具相比，具有价格低廉、结构简单、功率体积比高、无污染及抗干扰性强等特点，表1.1给出了各种控制方式的比较。

表1.1 各种控制方式的比较

续表 1.1

机械夹具是在己有的机械夹具基础上发展起来的。二者之间的区别在于机械夹具发展的起点颇高，它强调模块化的形式，把专用机械夹具和通用机械夹具结合起来。现代机械夹具的基本结构由感知部分、控制部分、主机部分和执行部分四个方面组成。采集感知信号及控制信号均由智能阀岛来处理，气动伺服定位系统代替了伺服电机、步进马达或液压伺服系统；气缸、摆动马达完成原来由液压缸或机械所作的执行动作；主机部分采用了标准型材辅以模块化的装配形式，使得机械夹具能拓展成系列化、标准化的产品。人们根据应用情况的要求，选择相应功能和参数的模块，像积木一样随意的组合，这是一种先进的设计思想，代表机械夹具今后的发展方向，也将始终贯穿着机械夹具的发展及实用性。因此，机械夹具可以代替一些功能不理想的工业机械夹具的地位，在目前的工业自动线上有着及其广泛的应用前景。

2.2.2机械夹具的发展趋势

尽管世界工业经济发展放缓，使得机械夹具的发展受到一定的影响，然而机械夹具的发展势不可挡。目前，机械夹具的发展呈现出了以下趋势：

1、结构模块化

2、控制智能化

3、感觉功能变强

4、系统应用与集成化

5、可靠性越来越高

2.3机械夹具的设计

2.3.1搬运机械夹具的结构

机械夹具的种类很多，但按手臂坐标类型来分主要有直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式、关节坐标式、SCARA型。

本论文所针对的机械夹具属于圆柱坐标式，如图3.1所示，机械夹具主要是由基座和手臂两部分组成。基座的主要任务是支撑和完成手臂回转。手臂装在基座上，作上下直线运动，手部可夹紧/放松。

图3.1 机械夹具原理图

第三章 夹具设计的基本要求

3．1基本要求

3.1.1功能方面：

（1）应具有适当的夹紧力和驱动力；

（2）手指应具有一定的开闭范围；

（3）应保证工件在手指内的夹持精度；

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