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4.设计方案的论证
4.1原始条件及数据
1、数控车床的机械臂换料装置
2、原材料尺寸直径Φ：52~150mm，高度h：56mm
3、换料臂上下行程：70mm，前后行程：750mm
4.2设计的技术要求
1. 合理设计机械臂料台及上料臂机构，并考虑设计的实用性和应用场合；
2. 二文或三文造型软件的学习及应用，基于AutoCAD或NX UG软件完
成机械臂料台及上料臂机构三文或二文实体造型；
3. 在现有机械臂的基础上验证设计的合理性和实用性；
4. 根据原材料尺寸的不同调节机械臂抓取结构和换料盘使之能抓取不同
的原材料；
4.3自动上下料机构结构设计
4.3.1自动上下料上料的结构设计
4.3.1.1上料机械手
机械手形式分类：门型机械手、悬臂式机械手、内藏式机械手、双Ｙ轴机械手、加长型机械手。内藏式机械手，此类机械手系专为小型圆盘类工件车床加工之取换料而设计之工件搬送设备，由于动作路径简单，操作简易且成本较低，相当适合应用于单纯之加工单元中。所以选择内藏式机械手。
本夹爪组采用伺服双爪式夹爪组，由二个对置之三公斤级气压夹头、一个旋转用伺服轴及底座等所组成，夹爪组可作270 度旋转，以适用于车床及补料臂换料，且藉由伺服控制达到快速旋转换料之目的，夹头则选用三公斤级气压三爪式夹头，夹爪组如图所示：
机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。
4.3.1.2驱动系统的确定
驱动系统常用的驱动方式有电机驱动、气压驱动和液压驱动。
电机驱动就是利用各类电动机经过机械传动驱动操作机构获得运动。大概可以分为交直流电机驱动、伺服电机驱动、步进电动机驱动。普通交直流电机驱动输出力巨大，控制性能差，惯性大，适用于重型机械手；伺服电机输出力矩小，控制性能好，能实现速度和位置的精确控制。
气压驱动压缩空气为工作介质进行能量和信号的传递。由于空气的可压缩性较大，所以气动装置的稳定性较差，切外界的变化对速度的影响较大；工作的压力低输出的力矩比较小；工作是噪音比较大需要加消音器。
综上所述，并结合具体设计的上下料机构抓取工件的尺寸、大小等，本设计最终选择伺服电机驱动。
4.3.1.3位置检测
机械手若工件夹持不正确、工件错误，或原点碰块遭移动，以致工件凸出或机械手运动路径与原先校点时不符时，将造成机械手与车床碰撞损坏，本机能系于供料台上方加装防撞检出传感器，采用反射式光电开关作为传感器，机械手先于此检测工件后再进入车床换料，当夹爪组未夹持工件、夹持错误工件或夹持不良时，光电开关将无法感应而使机械手产生故障息，工件检测机构如图所示：
4.3.2料台的结构设计
料台主要的组成架构包含本体、托盘、升降、传动机构等部分组成。
4.3.2.1料台形状设计
料台的形状：圆盘式、方型式、椭圆等。自动化生产方式为延长无人化时间，连续供料能力为一大关键，另方面供料系统适应各种工件之变化弹性，亦是影响系统效能之重要因素，因此供料设备在设计上须兼顾大量、变化弹性之基本要求，并依据工件特性选配最佳供料方式。本圆盘式供料台系用以储放零件，可储放相当大量工件，且藉调整托盘上导杆位置，可适用于一定尺寸范围内之工件，本型供料台可配合多种机械手组成加元，应用上弹性相当大。所以选择圆盘式的供料台，更适合圆盘类零件的加工。