1. 研究目的与意义（文献综述）

在工业生产中，气切割是常见的工艺方法，就是利用气体火焰的热能将工件切割处金属预热到一定温度后，喷出高速切割氧气流使预热处的金属燃烧，并放出热量实现切割的方法。钢材的气切割是利用气体火焰，将钢材表面加热到能够在氧气流中燃烧的温度，然后送进高纯度，高流速切割氧，使钢材在氧氛围中燃烧生成氧化铁熔渣，同时放出大量热，借助这些燃烧热和熔渣不断加热钢材的下层和切口边缘，使之也达到燃点，直至工件的底部。与此同时，切割氧流把氧化铁熔渣吹掉，从而形成切口将钢材切割开[1]。

但人工操作劳动强度大、生产效率低、工作环境恶劣不适应现代制造的理念和要求。为了代替人类在某些苛刻的场合从事生产，或用于流水作业，以机械手往复的工作，节约人的体力[2]。所以本课题设计机械手来代替人工实施气切割成型。它不仅提高了劳动生产的效率和生产过程中的自动化程度，进而提高产品质量；而且可以节省人工，减轻人力，便于有节奏的生产，更能改善劳动条件，避免人身事故，保障工人的安全及健康。由于机械手在生活中的大量运用，使得人类的生产率有了大幅的提高，同时也改善了工人的工作环境。

机械手是一种模拟人手操作的自动机械。它可按固定程序抓取、搬运物件或操持工具完成某些特定操作[3]。应用机械手可以代替人从事单调、重复或繁重的体力劳动，实现生产的机械化和自动化[4]，代替人在有害环境下的手工操作，改善劳动条件，保证人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置[5]。如今，机械手正朝着重复高精度、模块化、无给油化和机电一体化方向发展[6]。

2. 研究的基本内容与方案

2.1总体方案的确定

数控气切割机的结构有龙门式、鼠笼式、龙式、车式、兔式、壁式仿行、壁虎式等许多形式[10]。本课题总体布局采用龙门结构，而龙门结构又分为定梁式、动梁式、动柱式、天车式等，在这些形式之中本课题选用天车式龙门结构。切削头安装在垂直方向进给的滑块上，割嘴通过蜗轮蜗杆[11]的结构调节垂直高度。横向滑块沿横梁导轨作横向进给运动，纵向进给运动采用齿轮齿条[12]的传动方式实现，整个机械手直接采用电机驱动来完成纵向进给运动[13]。

2.2控制及传动系统选用

纵向和横向两个方向的进给运动均由步进电机驱动的开环控制系统。电动机采用反应式步进电机，这类电动机步距角小，工作频率高，控制功率小，输出转矩大，无励磁时具有转矩定位的优点[14]。

横向和纵向进给运动选用滚珠丝杠[12]传动。滚珠丝杠的摩擦系数小于丝杠，从而使各个进给总体刚度值增大，且传动比较平稳，综上可以确定其总体方案为：采用微机对数据进行计算处理[15]，由i/o接口输出脉冲给步进电机带动滚珠丝杠实现纵向和横向的进给运动[16]。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅、收集与气切割成型机械手相关的中英文文献资料，明确研究内容，初步制定出相关方案，完成开题报告。

第4－6周：完成英文文献的翻译工作，拟定设计方案，并对方案进行分析、论证与计算。

第7－8周：完成气切割成型机械手的结构布局、标准件选型。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 《金属切割实用技术》张应力编著.金属工艺有限公司，2009

[2] 《机械产品设计常用标准手册》杨振宽主编.北京:中国标准出版社，2010

[3] 《机械设计基础》吴瑞祥等编著.北京：北京航空航天大学出版社，2004.9