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機械行業比較好的方向范文1
[關鍵詞]中部崛起戰略；高校；畢業生；就業
[作者簡介]劉峰，合肥工業大學機械與汽車工程學院副院長，副教授；張海林，合肥工業大學機械與汽車工程學院助教；楊琳。合肥工業大學機械與汽車工程學院助教，安徽合肥230009
[中圖分類號]G473．8
[文獻標識碼]A
[文章編號]1672－2728(2007)11－0201－03
一、引 言
2004年黨和政府提出“中部崛起戰略”，與“沿海地區率先改革開放戰略”、“西部大開發戰略”、“振興東北老工業基地戰略”相聯結，標志著我國區域發展的完整戰略格局全面形成。合肥工業大學作為面向全國招生的以工科為主的“21l”全國重點大學，為了能向全國重點區域和重點行業輸送更多的優秀人才，在學校黨委的統一部署下，組成畢業生就業工作調研小組，奔赴中部地區的安徽、河南、湖北、湖南等地，先后走訪了多家國有大型企業和科研單位，廣泛開展畢業生就業工作調研，著重了解在“中部崛起”戰略的推動下，中部地區經濟發展和人才需求狀況，取得圓滿的效果。
用人單位根據我校校友的情況對我校畢業生給予了實事求是的分析?？傮w上看，我校畢業生具有以下明顯的優點：第一，業務能力比較強，具有較強的動手能力，專業知識扎實；第二，工作作風踏實、有吃苦耐勞的精神，能夠腳踏實地開展工作，很多畢業生都是通過在基層扎實的工作逐步走向重要的管理和技術崗位；等等。這些優點是很多用人單位愿意選拔我校畢業生的重要原因。我校的有關專業在相關行業享有很高的聲譽。在調研過程中我們發現，我校機械設計制造及自動化、車輛工程、電氣工程及自動化、計算機應用、材料成型、粉末冶金、土木工程、建筑工程、建筑學等等傳統優勢專業一直是非常受歡迎的，有些單位至今仍和我校有著密切的科研及人才培養等方面的合作。例如鄭州機械研究所，目前不僅和我校有著密切的科研項目的合作，而且還共同培養碩士研究生和博士研究生。
在調查中，我們也發現由于我國區域經濟發展不平衡，“中部崛起”戰略也是近年才提出，包括我校在內的全國許多重點大學的學生就業去向主要集中在珠三角、長三角和首都經濟圈等地。因此，在我們走訪的用人單位中，我校校友主要還是在上世紀八十年代和九十年代初的畢業生，九十年代后期以來，到中部地區就業的學生人數較少，這個趨勢是和中部地區快速發展不相符的。同時，在調查中發現，我校的傳統優勢專業在中部地區仍然有著比較好的聲譽，畢業生受用人單位青睞，而近年來新設置專業的影響力較小。
二、中部地區的畢業生就業市場的特征
(一)中部地區國有大中型企業以及國防科工企業的發展態勢良好，對高素質人才的需求大幅增加。現在的很多大型國有企業經過比較長時間的公司化、股份化和深入的改革，逐步建立起現代企業制度，對市場經濟的適應程度得到了很大程度地提高，企業內部的經營管理機制、分配和激勵機制、選拔用人機制等等也非常靈活和高效，很多企業在紛紛實施多元化和國際化戰略。例如株洲硬質合金集團公司和南車集團株洲電力機車廠都是國家大型企業，有著高效靈活的企業經營管理機制，生產的現代化程度高、產品的國際化程度高，在國內外都有著較大影響。同時，隨著國家綜合國力的提升，黨和國家高度重視國防建設，不斷加大對國防科工企業和科學研究機構的投入，例如武昌造船廠在生產民用產品的同時，也在大批量生產軍工產品。這些企業對高素質人才的需求大幅增加。
(二)中部地區在國家宏觀政策的驅動下。區域經濟增長快速，對高素質人才的需求增長快。在國家“中部崛起”戰略的指引下，在我國中部地區形成了一些以省會城市為中心的經濟快速增長的區域。這些區域有著明顯的區域優勢，例如在湖南的長株潭一體化、鄭州-洛陽城市群等區域。隨著國家宏觀經濟的發展以及城市投資環境的優化，原國有大型企業的復蘇、外資企業的進駐和民營企業的快速發展等等，也急需各類高素質人才，其中尤其是工科類人才。
(三)高等學校畢業生就業市場的競爭日趨激烈。尤其是畢業生就業的高端市場格局逐步變化。很多國家重點高校紛紛利用多種途徑加強和中部地區用人單位的密切聯系，而且這些高校也都瞄準國有大型企業和國防科工系統的企業和研究所的大好發展前景，非常重視向這些行業系統的單位輸送畢業生。值得我們高度關注的是：隨著高等教育辦學格局的變化，以行業辦學的局面被打破，傳統的以行業內高校為主的畢業生就業市場逐步改變，中部地區的很多行業企業改變了以前從行業內高校選拔畢業生的途徑，開始面向全國各類高校招聘人才。這些情況的出現，需要引起我們的高度重視。對以機械行業為背景的我校來說，不僅要鞏固傳統的就業市場，而且要積極開拓新的畢業生就業市場。中部地區裝備制造業的快速發展，也為我校畢業生提供了廣闊的施展才華的舞臺。
(四)用人單位選拔聘用畢業生的標準越來越高。畢業生的競爭壓力大。機遇和挑戰并存。隨著我國進人高等教育大眾化教育階段，高校畢業生近年來增長非常迅速，用人單位對選拔聘用的畢業生的質量提出了非常高的要求，特別是一些在行業內有一定影響以及效益比較好的大型企業和科研機構，對選擇什么高校畢業生、什么專業畢業生、什么素質和標準的畢業生有著非常嚴格的具體要求。例如關于國家英語四級考試的問題，當很多人在討論四級是否和學位掛鉤的時候，畢業生就業市場實際已經給了我們答案，用人單位對四級的要求幾乎是完全一致的，如果畢業生沒有通過英語四級，用人單位幾乎就不考慮。因此，加強英語教學，努力提高學生英語四級考試通過率，才是我們做好畢業生就業工作的務實做法。通過調查，也引起我們深深的思考，在高等教育大眾化的背景下，作為“21l”全國重點大學，我們仍要堅持精英教育，努力提高教育質量，培養高規格、高素質的優秀人才。
三、面向“中部崛起"的高校畢業生就業指導的思考
(一)豐富就業指導教育的內涵，深入開展畢業生就業指導
畢業生就業指導教育是一項涉及人的理想追求、國家宏觀經濟戰略、市場經濟理論、法律道德等等知識系統綜合的教育，不單純是就業技巧的教育。經過調研，我們認為應包括以下內容：
首先是要加強畢業生的事業觀教育和理想信念的教育，引導學生將對事業的追求和實現人生理想作為選擇工作單位和崗位的主要價值取向，用事業觀和人生理想來統領就業、擇業和創業的觀念，
用理想信念和對事業的追求來指引自己行動和奮斗的方向，在“事業發展、待遇要求、區域位置”等形成合理穩定的就業價值取向。引導大學生在選擇職業時既要符合個人的特點、能力，也要符合社會、企業發展的需要，高校要大力開展職業精神和職業價值觀的教育，讓大學生認識到只有將自我價值與社會價值統一起來的事業才是真正成功的事業，才有可能促進個人職業生涯的持續發展…。要堅決避免以前提出的“先就業、后擇業、再創業”的觀點，引導畢業生克服在就業過程中的目標短視的現象。
其次要加強國家宏觀經濟政策取向和社會主義市場經濟理論的教育。國家宏觀經濟的發展方向是非常值得研究的，隨著改革的深入，近年來我國的制造裝備行業和國防科工系統得到了比較快速的發展，中部崛起、振興東北、西部開發等國家戰略，在很大程度上為畢業生就業提供了新的方向。隨著市場經濟的成熟，很多知名企業都在實施國際化、多元化、異地化戰略，很多東部地區的企業也紛紛到中西部地區投資或開發市場，許多到東部地區就業的畢業生會被企業安排到中西部地區去工作。
同時要加強法制教育和誠信道德教育，其中包括《公司法》的基本知識的教育、現代企業制度基本知識的教育，民事合同法律知識的普及。根據我國《企業法》的規定，根據不同的標準劃分企業的類型，如根據生產資料所有情況劃分國有企業和私營民營企業，根據資本構成和責任分擔情況劃分為公司制企業和合伙制企業及個人獨資企業等。我國的國有企業目前也基本實現了公司制改造，逐步建立了現代企業制度。隨著市場經濟的發展，從法律上看，今后我國的企業劃分標準逐步實現符合國際慣例的按照企業資本構成和責任分擔的標準來劃分，而不是簡單地理解為國有企業或民營企業。很多畢業生對這樣的情況很不了解，迫切需要加強普及教育。要引導學生掌握合同、協議等所具備的法律意義，了解自己應該承擔的民事責任。加強學生誠信道德教育，堅持道德教育和制度約束相輔相成。因為道德領域的問題是和個人品行和素養緊密聯系的，對缺乏道德缺乏誠信的現象，不能僅僅依靠輿論和個人的反思來約束調整，最好上升到制度和法律層面來進行約束。現在有人提出的加強“誠信檔案”的建設是可以嘗試的。
(二)用市場細分理論作指導，結合學校的專業設置和學科建設方向，積極加強和用人單位的聯系，鞏固和擴大大學生就業的行業背景
由于我校原來屬于國家機械電子工業部，學科建設和專業設置也具有明顯的行業背景，我們和機械電子行業的很多大型企業和科研機構有著密切的聯系。雖然我國的機械電子行業的發展經過了比較大的波折，但是隨著市場經濟的成熟和國有企業改革的深化，大多現在已經恢復了生機。這些機械和電子行業的企業和科研機構基本上有我校畢業生在不同的工作崗位上工作，也有著比較好的評價。我們必須下大力氣繼續鞏固同機械電子行業的企業和科研機構在選拔聘用畢業生方面的密切聯系。
加強和中部地區用人單位的密切聯系，是推進在“中部崛起”背景下促進畢業生就業的有效途徑。可以采取“走出去、請進來”的方法，不僅要堅持每年派出有關從事畢業生就業工作的領導和老師利用寒暑假等時間深入到用人單位加強聯系，也可以通過在寒暑假或節假日期間舉辦“學生就業工作研討會”等形式有選擇地邀請有關重要的用人單位的有關領導和人力資源部門的負責同志到我校來座談交流、相互了解、溝通感情、增進友誼。
畢業生就業市場的鞏固和開拓是一項系統工程，還需要充分發揮各院系、教研室以及廣大教師的作用，廣泛收集信息。主要是因為：一方面各院系對所設置專業的行業背景、學生就業主導方向有著比較充分的掌握，對本行業的發展狀況以及人才需求情況在總體上有著比較清楚的了解，特別對新專業尤為重要；另一方面，各院系教研室老師可以利用科學研究、學術交流等途徑走訪有關用人單位，積極開展產學研合作，同時也可以充分依托校友加強和用人單位的聯系，逐步擴大畢業生人才市場。
(三)增強畢業生的綜合素質仍然是做好畢業生就業工作的根本。加強大學生在校學習生活過程的教育和培養是做好畢業生就業工作的迫切要求
機械行業比較好的方向范文2
【關鍵詞】機械設計；制造；問題
0.前言
在市場經濟不斷發展的過程中，機械行業逐漸向多樣化的方向發展。要在綜合考慮各種情況的基礎上進行機械加工，在材料選擇的過程中要以性價比為選擇的重要標準，為了最大程度的提升設備的使用壽命應當將劑使用在機械加工過程中，這樣就能夠達到提高企業經濟效益的目標。本文從材料的選擇、標準化的運用以及對機加工件表面層物理性能有影響的因素出發介紹了機械設計中常見的問題。
1.機械設計過程中對材料的選擇問題研究
1.1按照基本要求進行機械零件材料的選擇
首先應該滿足相應的使用性能要求，所謂使用性能指的是材料在使用過程中的表現，在選材的過程中應當將這些要求作為根本，不同的零件具有不同的使用性能要求，有的零件對于耐磨性的要求比較高，有的零件對于強度的要求比較高，有的零件在性能要求上很嚴格，有的零件只是對外觀要求比較高，因此在選材的過程中首先應當判斷出零件的使用性能要求。然后是工藝性能要求，所謂材料的工藝性指的是材料本身能夠適應各種加工工藝要求的能力，在加工制造過程中應當保證選擇的材料質量的基礎上方便的制造出成品。
1.2選擇機械零件材料的方法
產品的壽命周期在很大程度上受到選材的影響，產品壽命周期成本的各個組成部分受到材料選用的影響。通常情況下，在保證工程實踐過程中產品合理功能或性能的前提下可以選擇價格較為便宜的材料，這樣有利于降低產品的壽命周期成本；但是另外一方面如果選用一些成本較高但是性能比較好的材料，在減輕產品重量的基礎上能夠增大壽命以及減少維修費用，因此這種機械零件材料的選擇方法從產品壽命周期成本角度考慮是經濟的。
在材料選擇過程中還要進行制造方法的選擇，將結構設計、材料選擇以及可用的加工方法有機的結合起來。要在考慮零件的某單項加工工序成本的基礎上應綜合考慮其整個加工路線所涉及的全部加工工序之總成本。
2.通過機械設計的標準化來降低成本并提高質量
作為機器的基本組成要素，機械零件的設計工作離不開標準化。其中零件的標準化指的是按照一種大家共同遵守的標準對零件的尺寸、結構要素、材料性能、檢驗方法、設計方法、制圖要求等進行確定，標準化主要有以下幾個方面的作用：首先機械設計的標準化在一些用途較廣零件的制造過程中能夠采用先進的方法以及專門化的工廠進行大量和集中的制造，同時在提高質量的基礎上降低成本。然后，在對材料和零件的性能指標進行比較的過程中能夠提高零件性能的可靠性。最后，設計工作能夠通過采用標準結構及零部件進行簡化，進而在縮短設計周期的基礎上提高設計質量。
產品成本可以通過設計階段的標準化工作來降低，生產廠家在市場經濟體制的影響下以市場不斷變化的需求為基礎進行產品品種的更新，進而在提高產品質量和降低物資消耗的基礎上提高經濟效益。這些目的的實現和標準化聯系非常密切，通過標準化手段的采用來嚴格的進行產品設計，增添企業的市場競爭力，促進企業新產品的設計和開發。
3.機加工表面層物理力學性能影響因素研究
在切削力和切削熱的作用下，機械加工工件表面層發生了非常大的物理力學性能變化，使得與基體材料性能的差異，其中表面層的金相組織和硬度的變化及表面層出現的殘余應力是這些變化的主要表現方面。
3.1表面層金相組織的變化
機械加工過程中所消耗的熱量是加工表面的溫度逐漸升高，當溫度達到金相組織變化的臨界點時表面層金相組織就會發生相應的改變。由于一般的切削加工的切削熱被切屑帶走，產生的影響比較小。但是在磨削加工過程中單位面積上產生的切削熱比較大，表面層金屬在切削區高溫的影響下出現了相變，另外，砂輪材料、磨削用量是影響磨削燒傷的主要因素。
3.2加工表面的冷作硬化現象
加工過程中的晶體之間由于表面層金屬的塑性變形而產生剪切滑移，晶格在嚴重扭曲的過程中出現了晶粒的拉長、破碎和纖維化，進而使材料的強度和硬度逐漸提高，這就是冷作硬化的過程。其中硬化層深度、表面層的纖維硬度、及硬化程度是加工表面冷作硬化的主要指標。硬化程度的增大使得硬化層的深度逐漸加大。其中切削用量和刀具是影響冷作硬化的主要因素。
3.3表面層的殘余應力
表面層的殘余應力指的是切削過程中金屬材料的表層組織發生形狀和組織變化，在表層金屬與基體材料交界處產生的彈性應力主要有兩個方面的原因產生了表面層的殘余應力。一方面是冷態塑性變形所引起的殘余應力。另一方面是熱態塑性變形引起的殘余應力。
4.劑的特性及應用研究
通過對工件的切削、研磨、沖壓和拉拔等工序操作使得工件得到所期望的幾何形狀、尺寸精度和表面質量，而在加工工藝過程中使用的冷卻材料就是金屬加工劑。
4.1劑的主要作用
目前使用的金屬切削劑主要有以下幾個方面的作用：第一，延長刀具的使用壽命，保證和提高工件的加工尺寸精度；第二，及時排除金屬屑，確保切削過程順利進行；第三，防止機床和工件產生腐蝕和銹蝕；第四，改善工件表面的光潔度；第五，提高切削加工效率，降低成本；第六，及時帶走切屑熱，迅速均勻冷卻刀具和工件等。而為了實現上述的主要作用金屬切屑劑主要應該具有冷卻性能、清洗性能以及防銹性能三個方面的主要性能。
4.2選擇金屬切削劑的方法
在選擇金屬切削劑的過程中，第一要根據切削加工的具體工藝條件和要求進行純油性或水溶性切削劑的選取，在選擇的時候可以借鑒機床供應商的建議。第二，在選取的時候要可以借助經驗來進行，例如在進行低速切削的過程中采用純油性的刀具，在進行高速切削的過程中采用水溶性的硬質合金刀具等。
5.總結
在機械加工的過程中有很多需要注意的問題，在機械加工的過程中，加工成本、加工工藝等性能都會在一定程度上影響機械加工設計過程，因此為了更加充分的保證加工產品的質量以及成本，保證高的性價比就需要在加工的過程中對各種影響因素進行控制。后續還應當對機械設計制造過程中常見的問題進行更加深入的研究。
【參考文獻】
[1]李濤.石油機械設計加工中常見問題分析[J].中國科技縱橫，2012，32（12）：56-58.
機械行業比較好的方向范文3
關鍵詞：機械手；PLC；液壓伺服定位；電液系統
目 錄
第1章 前言............................................................. 1
1.1 選題背景. 1
1.2 設計目的. 1
1.3 發展現狀和趨勢. 1
第2章 機械手各部件的設計. 3
2.1機械手的總體設計. 3
2.1.1 機械手總體結構的類型. 3
2.1.2 具體設計方案. 4
2.2機械手手爪結構的設計. 4
2.2.1 設計要求. 4
2.2.2 驅動方式. 5
2.2.3 典型結構. 5
2.2.4 具體設計方案. 6
2.3機械手手腕結構的設計. 7
2.3.1 手腕結構的設計要求. 7
2.3.2 具體設計方案. 7
2.4機械手手臂構的設計. 8
2.4.1 手臂結構的設計要求. 8
2.4.2 具體設計方案. 8
2.5機械手腰座結構的設計. 9
2.5.1 腰座結構的設計要求. 9
2.5.2 具體設計方案. 9
2.6機械手的機械傳動機構的設計. 10
2.6.1 傳動機構設計應注意的問題. 10
2.6.2 常用的傳動機構形式. 10
2.6.3 具體設計方案. 11
2.7機械手驅動系統的設計. 12
2.7.1 常用驅動系統及其特點. 12
2.7.2 具體設計方案. 12
2.8機械手手臂的平衡機構設計. 12
2.8.1 平衡機構的形式. 12
2.8.2 具體設計方案. 13
第3章 理論分析和設計計算. 14
3.1電機選型有關參數計算. 14
3.1.1 有關參數的計算. 14
3.1.2 電機型號的選擇. 16
3.2液壓傳動系統設計計算. 18
3.2.1 確定液壓系統基本方案. 18
3.2.2 擬定液壓執行元件運動控制回路. 19
3.2.3 液壓源系統的設計. 19
3.2.4 繪制液壓系統圖. 20
3.2.5 確定液壓系統的主要參數. 21
3.2.6 計算和選擇液壓元件. 26
第4章 機械手控制系統的設計. 28
4.1系統硬件設計. 28
4.1.1 操作面板布置. 28
4.1.2 工藝過程與控制要求. 28
4.1.3 作業流程. 29
4.1.4 控制器的選型. 30
4.1.5 控制系統原理分析. 31
4.1.6 PLC外部接線設計. 31
4.1.7 I/O地址分配. 32
4.2系統軟件設計. 33
4.2.1 控制主程序流程圖. 33
4.2.2 控制程序設計. 34
結論. 51
致謝................................................................52
參考文獻.......................................................... 53
第一章 前言
1.1選題背景
由于工業自動化的全面發展和科學技術的不斷提高，對工作效率的提高迫在眉睫。單純的手工勞作以滿足不了工業自動化的要求，因此，必須利用先進設備生產自動化機械以取代人的勞動，滿足工業自動化的需求。其中機械手是其發展過程中的重要產物之一，它不僅提高了勞動生產的效率，還能代替人類完成高強度、危險、重復枯燥的工作，減輕人類勞動強度，可以說是一舉兩得。在機械行業中，機械手越來越廣泛的得到應用，它可用于零部件的組裝，加工工件的搬運、裝卸，特別是在自動化數控機床、組合機床上使用更為普遍。目前，機械手已發展成為柔性制造系統FMS和柔性制造單元FMC中一個重要組成部分。把機床設備和機械手共同構成一個柔性加工系統或柔性制造單元，可以節省龐大的工件輸送裝置，結構緊湊，而且適應性很強。但目前我國的工業機械手技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，應用規模和產業化水平低，機械手的研究和開發直接影響到我國機械行業自動化生產水平的提高，從經濟上、技術上考慮都是十分必要的。因此，進行機械手的研究設計具有重要意義。
1.2設計目的
目前，我國大多數工廠的生產線上數控機床裝卸工件仍由人工完成，其勞動強度大、生產效率低，而且具有一定的危險性，已經滿足不了生產自動化的發展趨勢。為了提高工作效率，降低成本，并使生產線發展成為柔性制造系統，適應現代機械行業自動化生產的要求，針對具體生產工藝，結合機床的實際結構，利用機械手技術，設計用一臺上下料機械手代替人工工作，以提高勞動生產率。本機械手主要與數控機床組合最終形成生產線，實現加工過程的自動化和無人化。
1.3發展現狀和趨勢
目前，國內外各種機械手和機械手的研究成為科研的熱點，其研究的現狀和大體趨勢如下：
一．機械結構向模塊化、可重構化發展。
二．工業機械手控制系統向基于PC機的開放型控制器方向發展，便于標準化、網絡化；器件集成度提高，結構小巧，且采用模塊化結構；大大提高了系統的可靠性、易操作性，而且維修方便。
三．機械手中的傳感器作用日益重要，除采用傳統的位置、速度、加速度等傳感器外，還引進了視覺、聽覺、接觸覺傳感器，使其向智能化方向發展。
四．關節式、側噴式、頂噴式、龍門式噴涂機械手產品標準化、通用化、模塊化、系列化設計；柔性仿形噴涂機械手開發，柔性仿形復合機構開發，仿形伺服軸軌跡規劃研究，控制系統開發；
五．焊接、搬運、裝配、切割等作業的工業機械手產品的標準化、通用化、模塊化、系列化研究；以及離線示教編程和系統動態仿真。
總的來說，大體是兩個方向：其一是機械手的智能化，多傳感器、多控制器，先進的控制算法，復雜的機電控制系統；其二是與生產加工相聯系，性價比高，在滿足工作要求的基礎上，追求系統的經濟、簡潔、可靠，大量采用工業控制器，市場化、模塊化的元件。
第二章機械手各部件的設計
2.1機械手的總體設計
2.1.1機械手總體結構的類型
工業機械手的結構形式主要有四種：直角坐標結構，圓柱坐標結構，球坐標結構和關節型結構。各結構形式及其相應的特點，分別介紹如下：
1.直角坐標機械手結構特點
直角坐標機械手的空間運動是用三個相互垂直的直線運動來實現的，如圖2-1.a。由于直線運動易于實現全閉環的位置控制，因此，其運動位置精度高，但此種類型機械手的運動空間相對較小，如要達到較大運動空間，則要求機械手的尺寸足夠大。直角坐標機械手的工作空間為一空間長方體，主要用于裝配作業及搬運作業。直角坐標機械手有懸臂式，龍門式，天車式三種結構。
2.圓柱坐標機械手結構特點
圓柱坐標機械手的空間運動是用一個回轉運動及兩個直線運動來實現的，如圖2-1.b。其工作空間是一個圓柱狀的空間。這種機械手構造比較簡單，精度相對較高，常用于搬運作業。
3.球坐標機械手結構特點
球坐標機械手的空間運動是由兩個回轉運動和一個直線運動來實現的，如圖2-1.c。其工作空間是一個類球形的空間。這種機械手結構簡單、成本較低，但精度不很高，主要應用于搬運作業。
4.關節型機械手結構特點
關節型機械手的空間運動是由三個回轉運動實現的，如圖2-1.d。相對機械手本體尺寸，其工作空間比較大，動作靈活，結構緊湊，占地面積小。此種機械手在工業中應用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運、裝配等作業。關節型機械手又分為水平關節型和垂直關節型兩種。
2.1.2具體采用方案
如圖2-2所示機械手模擬工作布局圖，根據實際操作的需要，該機械手在工作中需要3種運動，其中手臂的伸縮和立柱升降為直線運動，另一個為手臂的回轉運動，因此其自由度數目為3，綜合考慮，應選擇圓柱坐標機械手結構，其結構簡單，工作范圍相對較大，且有較高的精度，滿足設計要求。
2.2機械手手爪結構設計
2.2.1設計要求
手爪是用來進行操作及作業的裝置，其種類很多，根據操作及作業方式的不同，分為搬運用、加工用、測量用等。搬運用手爪是指各種夾持裝置，用來抓取或吸附被搬運的物體；加工用手爪是帶有噴槍、焊槍、砂輪、銑刀等加工工具的機械手附加裝置，用來進行相應的加工作業；測量用手爪是裝有測量頭或傳感器的附加裝置，用來進行測量及檢驗作業。
機械手手爪設計有如下要求：
1、機械手手爪是根據機械手作業要求來設計的。既根據其應用場合設計手爪，在滿足作業要求的前提下，機械手手爪還要求體積小、重量輕、結構緊湊。
2、機械手手爪的萬能性與專用性是矛盾的。萬能手爪在結構上很復雜，甚至很難實現，從工業實際應用出發，應著重開發各種專用的、高效率的機械手手爪，加之以快速更換裝置，以實現機械手的多種作業功能，而不主張用一個萬能的手爪去完成多種作業，以考慮設計的經濟效益。
3、機械手手爪的通用性。通用性是指有限的手爪，可適用于不同的機械手，這就要求末端執行器要有標準的機械接口（如法蘭），使末端執行器實現標準化。
4、機械手手爪要便于安裝和維修，易于實現計算機控制。
2.2.2驅動方式
一般工業機械手手爪，多為雙指手爪。按手指的運動方式，可分為回轉型和移動型；按夾持方式來分，有外夾式和內撐式兩種。
機械手夾持器（手爪）的驅動方式主要有三種：
1.氣動驅動方式
這種驅動系統是用電磁閥來控制手爪的運動方向，用氣流調節閥來調節其運動速度。由于氣動驅動系統價格較低，所以氣動夾持器在工業中應用較為普遍。另外，由于氣體的可壓縮性，使氣動手爪的抓取運動具有一定的柔順性，這一點是抓取動作十分需要的。
2.電動驅動方式
電動驅動手爪應用也較為廣泛。這種手爪，一般采用直流伺服電機或步進電機，并需要減速器以獲得足夠大的驅動力和力矩。電動驅動方式可實現手爪的力與位置控制。但是，這種驅動方式不能用于有防爆要求的條件下，因為電機有可能產生火花和發熱。
3.液壓驅動方式
液壓驅動方式是利用液壓系統進行控制，傳動剛度大，可實現連續位置控制。
2.2.3典型結構
機械手手爪的典型結構有以下五種：
1.楔塊杠桿式手爪
利用楔塊與杠桿來實現手爪的松、開，來實現抓取工件。
2.滑槽式手爪
當活塞向前運動時，滑槽通過銷子推動手爪合并，產生夾緊動作和夾緊力，當活塞向后運動時，手爪松開。這種手爪開合行程較大，適應抓取大小不同的物體。
3.連桿杠桿式手爪
在活塞的推力下，連桿和杠桿使手爪產生夾緊（放松）運動，由于杠桿的力放大作用，這種手爪有可能產生較大的夾緊力。通常與彈簧聯合使用。
4.齒輪齒條式手爪
通過活塞推動齒條，齒條帶動齒輪旋轉，產生手爪的夾緊與松開動作。
5.平行杠桿式手爪
采用平行四邊形機構，因此不需要導軌就可以保證手爪的兩手指保持平行運動，且比帶有導軌的平行移動手爪的摩擦力要小得多。
2.2.4具體設計方案
結合具體的工作情況，本設計采用連桿杠桿式的手爪。驅動活塞往復移動，通過活塞桿端部齒條，中間齒條及扇形齒條使手指張開或閉合。手指的最小開度由加工工件的直徑來調定。本設計按照工件的直徑為50mm來設計。手爪的具體結構形式如圖2-3所示：
2.3機械手手腕結構的設計
機械手手腕是機械手操作機的最末端，與手爪相連接，它與機械手手臂配合，使手爪在空間運動，完成所需要的作業動作。
2.3.1 手腕結構的設計要求
1、由于手腕安裝在機械手末端，因此要求手腕設計應盡量小巧輕盈，結構緊湊。
2、根據作業需要，設計機械手手腕的自由度。一般情況下，自由度數目愈多，腕部的靈活性愈高，對對作業的適應能力也愈強。但自由度的增加，必然使腕部結構更復雜，控制更困難，成本也會相應增加。因此，手腕的自由度數，應根據實際作業要求來確定。
3、為實現腕部的通用性，要求有標準的連接法蘭，以便于和不同的機械手手爪進行連接。
4、為保證工作時力的傳遞和運動的連貫，腕部結構要有足夠的強度和剛度。
5、要設有可靠的傳動間隙調整機構，以減小空回間隙，提高傳動精度。
6、手腕各關節軸轉動要有限位開關，并設置硬限位，以防止超限造成機械損壞。
2.3.2具體設計方案
通過對數控機床上下料作業的具體分析，考慮數控機床加工的具體形式及對機械手上下料作業時的具體要求，在滿足系統工藝要求的前提下提高安全和可靠性，為使機械手的結構盡量簡單，降低控制的難度，本設計手腕不增加自由度，實踐證明這是完全能滿足作業要求的，3個自由度來實現機床的上下料完全足夠。具體的手腕（手臂手爪聯結梁）結構見圖2-4。
2.4機械手手臂結構的設計
2.4.1手臂結構的設計要求
機械手的手臂在工作時，要承受一定的載荷，且其運動本身具有一定的速度，因此，機械手手臂的設計需要遵循以下設計要求：
1、工作空間的形狀和大小與機械手手臂的長度，手臂關節的轉動范圍有密切的關系，因此手臂尺寸設計應合理，一般滿足其工作空間即可。
2、為了提高機械手的運動速度與控制精度，應在保證機械手手臂有足夠強度和剛度的條件下，盡可能在結構上、材料上設法減輕手臂的重量。
3、應盡可能使機械手手臂各關節軸相互平行；相互垂直的軸應盡可能相交于一點，這樣可以使機械手運動學正逆運算簡化，有利于機械手的控制。
4、機械手各關節的軸承間隙要盡可能小，以減小機械間隙所造成的運動誤差。
5、為提高機械手手臂運動的響應速度、減小電機負載，機械手的手臂相對其關節回轉軸應盡可能在重量上平衡。
2.4.2具體設計方案
由于機械手手臂運動為直線運動，且考慮到搬運工件的重量較大（質量達30KG），以及機械手的動態性能及運動的穩定性，安全性和較高的剛度要求，因此選擇液壓驅動方式。通過液壓缸的直接驅動，液壓缸既是驅動元件，又是執行運動件，因此不用再額外設計執行件；而且液壓缸實現直線運動，控制簡單，易于實現計算機的控制。
由于液壓系統能提供很大的驅動力，因此驅動力和結構的強度都較容易實現，其關鍵在于機械手運動的穩定性和剛度的設計。因此手臂液壓缸的設計原則是液壓缸的直徑取得大一點（在整體結構允許的情況下），再進行強度的較核。
同時，因為控制和具體工作的要求，機械手的手臂的結構不能太大，若僅僅通過增大液壓缸的直徑來增大剛度，是不能滿足系統剛度要求的。因此，在設計時另外增設了導桿機構，小臂增設了兩個導桿，與活塞桿一起構成等邊三角形的截面形式，盡量增加其剛度；大臂增設了四個導桿，成正四邊形布置，為減小質量，各個導桿均采用空心結構。通過增設導桿，能顯著提高機械手的運動剛度和穩定性，比較好的解決了結構、穩定性的問題。
2.5機械手腰座結構的設計
2.5.1腰座結構的設計要求
機械手的腰座，就是機械手的回轉基座。它是機械手的第一個回轉關節，承受了機械手的全部重量。因此在設計機械手腰座結構時，有以下設計要求：
1、由于腰座要承受機械手全部的重量和載荷，因此，機械手腰座的結構要有足夠大的強度和剛度，以保證其承載能力，且腰座是機械手的第一個回轉關節，它對機械手末端的運動精度影響最大，因此，在設計時要特別注意腰部軸系及傳動鏈的精度與剛度。
2、腰部結構要便于安裝、調整。要有可靠的定位基準面和調整機構。且腰座要安裝在足夠大的基面，以保證機械手在工作時整體安裝的穩定性。
3、腰部的回轉運動要有相應的驅動裝置，它包括驅動器及減速器。驅動裝置一般都帶有速度與位置傳感器，以及制動器。
4、為了減輕機械手運動部分的慣量，提高控制精度，要求回轉運動部分由比重較小的鋁合金材料制成，而不運動的基座是用鑄鐵或鑄鋼材料制成。
2.5.2具體設計方案
腰座回轉的驅動形式主要有兩種，一是電機通過減速機構來實現，二是通過擺動液壓缸或液壓馬達來實現?？紤]到腰座是機械手的第一個回轉關節，對機械手的最終精度影響大，故采用電機驅動來實現腰部的回轉運動。因為電動方式控制的精度高，結構緊湊，不用額外設計液壓系統及其輔助元件。由于電機都不能直接驅動，并考慮到轉速以及扭矩的具體要求，故采用大傳動比的齒輪傳動系統進行減速和扭矩的放大。由于齒輪傳動存在著齒側間隙，影響傳動精度，故僅采用一級齒輪傳動，采用大的傳動比（大于100），同時為了減小傳動誤差，齒輪采用高強度、高硬度的材料，高精度加工制造。腰座具體結構如圖2-5所示：
2.6機械手的機械傳動機構設計
2.6.1傳動機構設計應注意的問題
由于傳動部件直接影響著機械手的精度、穩定性和快速響應能力，因此，在設計機械手的傳動機構時要注意以下問題：
1、機械手的傳動機構要力求結構緊湊，重量輕，體積小，以提高機械手的運動速度及控制精度。并在傳動鏈及運動副中采用間隙調整機構，以減小反向空回所造成的運動誤差。
2、盡量減少系統運動部件的靜摩擦力，而正摩擦力為盡可能小的正斜率，以消除爬行現象，增加系統壽命。
3、盡量縮短傳動鏈，提高傳動與支承剛度。
4、選用最佳傳動比，以達到提高系統分辨率、減少等效到執行元件輸出軸上的等效轉動慣量，盡可能提高加速能力。
5、適當的阻尼比。阻尼比越大，零件產生振動時最大振幅越小，衰減越快。但大的阻尼會使系統誤差增大，精度降低。故應采取合適的阻尼比。
2.6.2常用的傳動機構形式
常用的機械傳動機構主要有螺旋傳動、齒輪傳動、鏈傳動、同步帶傳動等。
1.螺旋傳動
它主要是用來將旋轉運動變換為直線運動或將直線運動變換為旋轉運動。有傳遞能量為主的，如螺旋壓力機、千斤頂等；有以傳遞運動為主的，如機床工作臺的進給絲杠。
2.齒輪傳動
在機械手中常用的齒輪傳動機構有圓柱齒輪，圓錐齒輪，諧波齒輪，擺線針輪及蝸輪蝸桿傳動等。
齒輪傳動部件是轉矩、轉速和轉向的變換器，用于伺服系統的齒輪減速器是一個力矩變換器。齒輪傳動時，齒輪傳動形式及其傳動比必須是最佳匹配，應滿足驅動部件與負載之間的位移及轉矩、轉速的匹配要求，其輸入電動機為高轉速，低轉矩，而輸出則為低轉速，高轉矩，且系統要有足夠的剛度。同時，為保證在同一驅動功率時，其加速度響應最大，還要求其轉動慣量盡量小。為使系統穩定，不產生傳動死區，要盡量采用齒側間隙小，精度高的齒輪，并采用調整齒側間隙的方法來消除或減小嚙合間隙，從而提高傳動精度和系統的穩定性，降低成本。
3.鏈傳動
在機械手中鏈傳動多用于腕傳動上，為了減輕機械手末端的重量，一般都將腕關節驅動電機安裝在小臂后端或大臂關節處。由于電機距離被傳動的腕關節較遠，故采用精密套筒滾子鏈來傳動。
4.同步帶傳動
同步帶傳動是綜合了普通帶傳動和鏈傳動優點的一種新型傳動。為保證帶和帶輪作無滑動的同步傳動，在帶的工作面及帶輪外周上均制有采用承載后無彈性變形的高強力材料制成嚙合齒，通過齒間嚙合進行傳動。其特點是傳動比準確、傳動效率高（可達98%）、節能效果好；能吸振、噪聲低、不需要；傳動平穩，能高速傳動（可達40m/s）、傳動比可達10，結構緊湊、維護方便等優點，故在機械手中使用很多。
2.6.3具體設計方案
因為選用了液壓缸作為機械手的手臂，它既是關節結構，又是動力單元，因此不需要中間傳動機構，既簡化了結構，又提高了精度。而其腰座的回轉采用步進電動機驅動，而電動機不能作為直接驅動元件，因此為取得較大的轉矩，經分析比較，選擇圓柱齒輪傳動。為了保證比較高的精度，盡量減小因齒輪傳動造成的誤差；同時大大增大扭矩，以較大的降低電機轉速，使機械手的運動平穩，動態性能好。這里只采用一級齒輪傳動，采用大的傳動比（大于100），齒輪采用高強度、高硬度的材料，高精度加工制造。
2.7機械手驅動系統設計
2.7.1常用驅動系統及其特點
工業常用驅動系統，按動力源分為液壓、氣動和電動三大類。根據需要也可將這三種基本類型組合成復合式的驅動系統。這三類基本驅動系統的主要特點如下。
1.液壓驅動系統
具有動力大、力（或力矩）與慣量比大、快速響應高、易于實現直接驅動、精度高等特點。適合于在承載能力大，慣量大以及在防火防爆的環境中工作的機械手。
2.氣動驅動系統
具有速度快，系統結構簡單，維修方便、價格低等特點。適用于中、小負荷的機械手中采用。但是因難于實現伺服控制，多用于程序控制的機械手中。
3.電動驅動系統
具有使用方便，噪聲較低，控制靈活等特點。這類驅動系統不需要能量轉換，但大多數電機后面需安裝精密的傳動機構。
2.7.2具體設計方案
在分析了具體工作要求后，綜合考慮各個因素，機械手腰部的旋轉運動需要一定的定位控制精度，因此采用步進電動機來實現。由于手臂采用液壓缸，故用液壓驅動。隨著機床加工的工件的不同，手臂伸出長度不同，要求手臂具有伺服定位能力，故采用電液伺服液壓缸進行驅動。而手爪的張開和夾緊通過液壓柱塞缸活塞與中間齒輪和扇形齒輪配合來實現，即手爪在柱塞缸推力作用下通過活塞桿端部齒條、中間齒輪及扇形齒輪使手指張開和閉合。
2.8 機械手手臂的平衡機構設計
直角坐標型、圓柱坐標型和球坐標型機械手可以通過合理布局，優化設計結構，使得手臂本身可能達到平衡。關節機械手手臂一般都需要平衡裝置，以減小驅動器的負荷，同時縮短啟動時間。
2.8.1平衡機構的形式
1.配重平衡機構
這種平衡裝置結構簡單，平衡效果好，易于調整，工作可靠，但增加了機械手手臂的慣量與關節軸的載荷。一般在機械手手臂的不平衡力矩比較小的情況下采用這種平衡機構。
2.彈簧平衡機構
彈簧平衡機構，機構簡單、造價低、工作可靠、平衡效果好、易維修，因此應用廣泛。
3.活塞推桿平衡機構
活塞式平衡系統分為兩種，一是液壓平衡系統，二是氣動平衡系統。其中液壓平衡系統平衡力大，體積小，有一定的阻尼作用；而氣動平衡系統，具有很好的阻尼作用，但體積比較大?；钊狡胶庑枰鋫溆袑ｉT的液壓或氣動裝置，系統復雜，因此造價高，設計、安裝和調試都增加了難度，但是平衡效果好。用于配重平衡、彈簧平衡滿足不了工作要求的場合。
2.8.2具體設計方案
因為本機械手采用圓柱坐標型的結構，而且在手臂的結構設計以及整個機械手的設計和布局中都重點考慮了機械手手臂的平衡問題，通過合理布局，優化設計結構，使得手臂本身盡可能達到平衡。若實際工作中平衡結果不滿足，則設置彈簧平衡機構進行平衡。
第3章 理論分析和設計計算
3.1電機選型有關參數計算
3.1.1有關參數的計算
1.若傳動負載作直線運動（通過滾珠絲杠）則有
具體到本設計，因為步進電機是驅動腰部的回轉，傳遞運動形式屬于第二種。下面進行具體的計算。
因為腰部回轉運動只存在摩擦力矩，在回轉圓周方向上不存在其他的轉矩，則在回轉軸上有；
3.1.2電機型號的選擇
根據以上計算結果，并綜合考慮各方面因素，決定選擇北京和利時電機技術有限公司（原北京四通電機公司）的步進電機，具體型號為：
110BYG550B-SAKRMA-0301 或 110BYG550B-SAKRMT-0301 或 110BYG550B-BAKRMT-0301，該步進電機高轉矩，低振動，綜合性能很好，各項參數如表3-2。
其中 110BYG550B-SAKRMA-0301型步進電機矩頻特性曲線和相關技術參數。如圖3-3所示
驅動方式為升頻升壓 ，步距角為0.36°。同時因為腰部齒輪傳動比為1：120，步進電機經過減速后傳遞到回轉軸，回轉軸實際的步距角將為電機實際步距角的1/120（理論上），雖然實際上存在著間隙和齒輪傳動非線性誤差，實際回轉軸的最小步距角也仍然是很小的，故其精度相當高，完全滿足機械手的定位精度要求。
3.2液壓傳動系統設計計算
3.2.1確定液壓系統基本方案
液壓執行元件大體分為液壓缸和液壓馬達，液壓缸實現直線運動，液壓馬達實現回轉運動。二者的特點及適用場合見表3-1：
因為機械手設計為圓柱坐標形式，且具有3個自由度，一個為腰座的轉動，兩個為手臂的移動自由度。同時考慮機械手的工作環境和載荷對其布局和定位精度的要求，以及計算機的控制的因素，腰部的回轉用電機驅動實現，機械手的水平手臂和垂直手臂都采用單活塞桿液壓缸，來實現直線往復運動。
3.2.2擬定液壓執行元件運動控制回路
液壓執行元件確定后，其運動速度和運動方向的控制是液壓回路的核心問題。
速度控制通過改變液壓執行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來實現。相應的調速方式有節流調速、容積調速以及二者結合的容積節流調速；方向控制是用換向閥或是邏輯控制單元來實現。對于一般中小流量的液壓系統，通過換向閥的有機組合來實現所要求的動作。對高壓大流量的系統，多采用插裝閥與先導控制閥的邏輯組合來實現。
本設計的速度的控制主要采用節流調速，利用用比較簡單的節流閥來實現，而方向控制采用電磁換向閥來實現。
3.2.3液壓源系統的設計
液壓系統的工作介質完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節流調速系統一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統的需油量，多余的油經溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制并穩定油源壓力的作用。容積調速系統多用變量泵供油，用安全閥來限定系統的最高壓力。
油液的凈化裝置是液壓源中不可缺的元件。一般泵的入口要裝粗濾油器，進入系統的油液根據要求，通過精濾油器再次過濾。為防止系統中雜質流回油箱，可在回油路上設置磁過濾器。根據液壓設備所處的環境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。
本設計的液壓系統采用定量泵供油，由溢流閥V1來調定系統壓力。為了保證液壓油的潔凈，避免液壓油帶入污染物，故在油泵的入口安裝粗過濾器，而在油泵的出口安裝精過濾器對循環的液壓油進行凈化。
3.2.4繪制液壓系統圖
本機械手的液壓系統圖如圖3-2所示（詳見圖紙第四頁），
它擁有垂直手臂的上升、下降，水平手臂的前伸、后縮，以及執行手爪的夾緊、張開三個執行機構。
其中，泵由三相交流異步電動機M拖動；系統壓力由溢流閥V1調定；1DT的得失電決定了動力源的投入與摘除。
考慮到手爪的工作要求輕緩抓取、迅速松開，系統采用了節流效果不等的兩個單向節流閥。當5DT得電時，工作液體經由節流閥V5進入柱塞缸，實現手爪的輕緩抓緊；當6DT失電時，工作液體進入柱塞缸中，實現手爪迅速松開。
另外，由于機械手垂直升降缸在工作時其下降方向與負荷重力作用方向一致，下降時有使運動速度加快的趨勢，為使運動過程的平穩，同時盡量減小沖擊、振動，保證系統的安全性，采用V2構成的平衡回路相升降油缸下腔提供一定的排油背壓，以平衡重力負載。
3.2.5確定液壓系統的主要參數
液壓系統的主要參數是壓力和流量，他們是設計液壓系統，選擇液壓元件的主要依據。壓力決定于外載荷，流量取決于液壓執行元件的運動速度和結構尺寸。
1.計算液壓缸的總機械載荷
3.液壓缸主要參數的確定
考慮到機械手的特點，系統的剛度及其穩定性是很重要的。因此，先從剛度角度進行液壓缸缸徑的選擇，以盡量優先保證機械手的結構和運動的穩定性和安全性。至于液壓缸的工作壓力和缸的工作速度，放在液壓系統設計階段，通過外部的液壓回路、采用合適的調速回路和元件來實現。經過仔細分析，綜合考慮各方面的因素，初步確定各液壓缸的基本參數如下；
因為伸縮缸的作用主要是實現直線運動，在其軸向上并不承受顯性的工作載荷（因為手爪夾持工件，受力方向為垂直方向），軸向主要是克服摩擦力矩，其所受的載荷主要是徑向載荷，載荷性質為彎矩，使其產生彎曲變形。而且因為機械手要求具有一定的柔性，水平液壓缸活塞桿要求具有比較大的工作行程。同時具有比較大的彎矩和比較長的行程，這對液壓缸的穩定性和剛度有較高的要求。
因此，在水平伸縮缸的設計上，一是增大其抗彎能力，二是通過合理的結構布局設計，使其具有盡量大的剛度。為了達到這個目的，設計中采用了兩個導向桿，以滿足長行程活塞桿的穩定性和導向問題。另一方面，為增大結構的剛度和穩定性，將兩個導向桿與活塞桿布局成等邊三角形的截面形式，以增大抗彎截面模量，也大大增加了液壓缸的工作剛度。
因為垂直液壓缸所承受的載荷方式既有一定的軸向載荷，又存在著比較大的傾覆力矩（由加工工件的重力引起的）。作為液壓執行元件，滿足此處的驅動力要求是輕而易舉的，要解決的關鍵問題仍然是它的結構設計能否有足夠的剛度來抗傾覆。這里同樣采用了導向桿機構，圍繞垂直升降缸設置四根導桿，較好的解決了這一問題。
4.液壓缸強度的較核
（1）活塞桿直徑的較核
3.2.6計算和選擇液壓元件
1. 控制元件的選擇
根據系統最高工作壓力和通過該閥的最大流量，在標準元件的產品樣本中選取各控制元件。
2. 液壓泵的計算
第4章 機械手控制系統的設計
4.1硬件設計
4.1.1操作面板布置
操作面板布置如圖4-2所示：
機械手的操作方式分為手動操作和自動操作兩種。
1.手動操作：就是用按鈕作機械手的每一步運動進行單獨的控制。當選擇升／降按鈕時，按下啟動按鈕，機械手上升；按下停止按鈕時，機械手上升。當選擇正轉/逆轉按鈕時，按下啟動按鈕，機械手順時針轉動，而按下停止按鈕時，機械手逆時針轉動。同理，當選擇夾緊/放松按鈕時，按下啟動按鈕，機械手爪夾緊，而按下停止按鈕時，手爪松開。
2.自動操作：機械手從原點開始，按下啟動按鈕，機械手的動作將自動的、連續的周期性循環。在工作中若按下停止按鈕，機械手將繼續完成一個周期動作后，回到原點位置。
4.1.2工藝過程與控制要求
機械手的動作有腰座的旋轉，垂直手臂的升降，水平手臂的伸縮及手爪的夾緊與松開。手臂垂直升降和水平伸縮由液壓實現驅動；手爪的夾緊與放松，通過柱塞缸與齒輪來實現；腰座旋轉通過步進電動機與齒輪來實現。
其中，液壓缸由相應的電磁閥控制，升降分別由雙線圈的兩位電磁閥控制，當下降電磁閥通電時，機械手下降；斷電時，機械手下降停止；當上升電磁閥通電時，機械手上升；斷電時，機械手上升停止。而水平方向的伸縮主要由電液伺服閥、伺服驅動器、感應式位移傳感器構成的回路進行調節控制。
實現執行手爪夾緊與放松的柱塞缸，由單線圈的電磁閥（夾緊電磁閥）來控制，當線圈不通電時，柱塞缸不工作，當線圈通電時，柱塞缸工作沖程，手爪張開，柱塞缸工作回程，手爪閉合。
當機械手旋轉到機床上方，并準備下降進行上下料工作時，為了確保安全，必須在機床停止工作并發出上下料命令時，才允許機械手下降進行作業。同時，從工件料架上抓取工件時，也要先判斷料架上有無工件可取。
4.1.3作業流程
機械手工作流程如圖4-1所示：
從原點開始，按下啟動鍵，且有上下料命令，則水平液壓缸開始前伸并進行伺服定位，前伸到位后，停止前伸； 下降電磁閥通電，同時手爪柱塞缸電磁閥也通電，機械手下降，同時張開手爪，下降到位后碰到下限行程開關，下降電磁閥斷電，下降停止，同時手爪夾緊，抓住工件； 上升電磁閥通電，機械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止； PLC開始輸出高速脈沖，驅動機械手逆時針轉動，當轉過90度到位后，PLC停止輸出脈沖，機械手停止轉動； 接著下降電磁閥通電，機械手下降，下降到位后，碰到下限行程開關，下降電磁閥斷電，下降停止，機械手到達卡盤中心高度； 機械手開始水平定位后縮，將工件裝入機床卡盤； 當工件裝入到位后，卡盤收緊； 機械手松開手爪，準備離開； 接著上升電磁閥通電，機械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止； PLC啟動高速脈沖驅動機械手作順時針轉動，當轉過90度到位后，PLC停止輸出脈沖，機械手停止轉動，機械手回到原點待命； 機床進行加工。
當數控機床加工完一個工件時，發送下料命令給機械手，機械手接到命令后，PLC馬上輸出脈沖驅動機械手逆時針轉動，當轉過90度到位后，PLC停止輸出脈沖，機械手停止轉動； 下降電磁閥通電，同時手爪柱塞缸電磁閥也通電，機械手下降且張開手爪，下降到位后碰到下限行程開關，下降電磁閥斷電，下降停止且手爪夾緊，夾緊已加工好的工件；機床卡盤松開； 機械手開始前伸，將工件從機床上取出，準備運走； 上升電磁閥通電，機械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止； PLC輸出高速脈沖，驅動機械手順時針轉動，當轉過90度到位后，PLC停止輸出脈沖，機械手停止轉動； 下降電磁閥通電，機械手下降，下降到位后碰到下限行程開關，下降電磁閥斷電，下降停止； 接著手爪柱塞缸電磁閥通電，手爪張開，放下工件準備離開； 接著上升電磁閥通電，機械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止同時手爪也閉合復原； 接著機械手水平手臂開始后縮，準備回原點，當后縮到位時，后縮停止，機械手回到原點，一個上下料過程結束； 機械手在原點等待命令，準備下一個工作循環。
機械手的每次循環都從原點位置開始動作。
4.1.4控制器的選型
機械手控制系統的硬件設計上考慮到機械手工作的穩定性、可靠性以及各種控制元件連接的靈活性和方便性，控制器應選擇有極高可靠性、專門面向惡劣的工業環境設計開發的工業控制器---PLC，故選擇在國內應用較多的西門子S7-200型PLC。具體型號為SIMATIC S7-200 CPU224。如圖4－3所示：
該PLC集成14，輸入/10，輸出共24個數字量I/O點，可連接7個擴展模塊，最大擴展至168路數字量I/O點或35路模擬量I/O點，具有16K字節程序和數據存儲空間。6個獨立的30kHz 高速計數器，2路獨立的20KHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。1個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強控制能力的控制器。
4.1.5控制系統原理分析
由于機械手作業時，取、放工件和裝、卸工件都有較高的定位精度要求，所以在機械手控制中，除了要對垂直手臂、執行手爪液壓缸和腰部步進驅動進行開環控制外，還要對水平手臂進行閉環伺服控制。
為了減少PLC的I/O點數，以伺服放大器作為閉環的比較點。伺服放大器具有傳感器反饋輸入端，給定的輸入信號和反饋信號進行比較后形成的控制信號經過PID調節和功率放大后，驅動電液伺服閥對液壓缸進行伺服定位。PLC將上位機輸入的給定信號轉換為電壓信號，輸出至伺服放大器，由伺服放大器作為閉環比較點，組成模擬控制系統，如圖4-4所示：
這種方案使得PLC控制量少（尤其是模擬量），節省了系統資源，而且編程簡單，不必過多考慮控制算法等優點，也是完全能滿足工作要求的。
4.1.6 PLC外部接線設計
為實現水平手臂液壓缸伺服定位的控制要求，利用西門子SIMATIC S7-200 （CPU224）PLC，考慮到位移傳感器和伺服放大器工作采用的都為模擬量，因此增加一個模擬量輸出模塊EM232。鑒于伺服放大器和位移傳感器對輸入的要求，PLC的模擬量采用-10V~ +10V輸入輸出，各輸入輸出點及其接線如圖4-5所示。
PLC的具體硬件接線圖如下圖所示（詳細的硬件設計見圖紙）
4.1.7 I/O地址分配
詳細參見表4-1、4-2：
4.2軟件設計
4.2.1控制主程序流程圖
機械手控制主程序流程圖如圖4-6所示：
結 論
本設計通過對機械設計制造及其自動化專業大學本科四年所學知識進行整合，完成一個特定功能、滿足特殊要求的數控機床上下料機械手的設計，比較好地體現機械設計制造及其自動化專業畢業生的理論研究水平、實踐動手能力以及專業精神和態度，具有較強的針對性和明確的實施目標，實現了理論和實踐的有機結合。
機械手采用可編程序控制器控制，可以實行手動調整、手動及自動控制。系統結構緊湊、工作可靠，設計周期短且造價較低。PLC有較高的靈活性，當機械手工藝流程改變時，只要對I/O點的接線稍作修改，或對I/O重新分配，在控制程序中作簡單修改，補充擴展即可。經過重新編制相應的控制程序，就能夠比較容易的推廣到其他類似的加工情況。
綜上，經過資料的收集、方案的選擇比較和論證，到分析計算，再到工程圖紙的繪制以及畢業設計論文的撰寫等各個環節，我對大學四本科階段的知識有了一個整體的深層次的理解，同時對工程的理解更加深刻和準確。因此，通過畢業設計實現了預期目標。
致 謝
經過一段時間的努力，本次畢業設計終于完成。在這段時間里，我運用大學所學知識，通過對本設計的論證、計算以及圖紙的繪制，對大學所學知識進行了一次系統的整合，使自己的理論和實際動手能力有了很大提高。
此次畢業設計能夠順利完成，我得到了很多老師和同學的幫助和支持，在此向他們表示感謝。在此畢業設計過程中，尤其要感謝我的指導老師，他給我很多專業方面的幫助，讓我少走很多彎路。還有在大學里所有的任課老師和圖書館的管理老師，也謝謝你們，是你們給我知識，謝謝！
此外，由于個人知識能力水平有限，論文中難免有紕漏錯誤指出，懇請各位老師批評指正，謝謝！
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