【关键词】数控机床铣削细长工件夹具
1实用数控铣床专用夹具设计的必要性分析
随着数控设备的发展，这种技术与时俱进，不管是加工的精度还是在装夹定位上都越来越优异。一般情况下，要进行工件装夹定位需要一定的时间，对相应的位置进行调校。如果施工过程中，定位工作没有很好的完成，将会使得整个加工难以进行下去，情况严重的，还会使得工件出现报废。如果加工的方式是批量加工，这种问题将会更加严重。在机械制造工业当中，如果要使得产品质量提升，同时还能够不断增加劳动生产率，除了要保证机床等设备运行良好之外，还应配合使用各种不同的工艺设备，比如夹具、模具等，此时需要运用数控机床，对夹具进行加工。
在实际生产过程中，要对专用夹具的使用灵活掌握，才能够将具体难题予以解决。同时还应当保证零件工艺上的进步，以及质量上的要求，此外，还应当不断提高工作中效率，能够最大程度上减少生产时间。在本文中介绍的铣削加工则不太需要较为复杂的夹具，只要能够完成定位和夹紧工作就行。如下图一所示。
为选用玻璃架的相关支架团图案，选用玻璃架的材料是铝合金。所选取的数量有3000件，在该工序当中，主要任务集中于数控铣床，在其上进行钻孔。此工件结构较为简单，但是在实际加工过程中工件比较长，假如知识利用普通工具进行装夹，在加工过程中，则会使得x轴方向发生超程现象。同时由于在批量加工过程中，一次装夹只能一条，使得效率十分低。为应付这种情况，应当使用专用的夹具。在装夹过程中，会遇到各种问题。所以在设计机床夹具时，需要按照零件的形状进行设计，同时还要对夹具进行合理设计，使得生产出的零件嫩巩固满足质量和技术要求，节省成本，为企业经营带来可观的经济利益，也为以后的技术发展提供借鉴。
以上工件设计的要求，需要使用专用夹具。选用夹具时，一般情况下，需要对产品的批量、效率以及质量等予以考虑。设计专用夹具时，可以根据产品的多少采用专用夹具，在选用时，应当本着简单为上的原则，只要能够达到迅速定位的目的即可。当然在此基础上，应当尽量满足生产率以及操作时间。并且要使得夹紧机构元件和加工面之间保持有一定的距离。但是若夹紧机构元件在设计过程中并未按照能低则低的原则进行设计，则会使得夹具与铣床主轴套筒等发生碰撞。本文所研究的夹具中，主要任务是在数铣床钻通孔与方槽以及沉孔，通孔为6mm、方槽为12mm、沉孔为14mm。碍于工件较长的原因，长度尺寸定位1330mm，宽为33mm，厚为14mm。在实践当中，应当构造出一种能够细长件铣削夹具，该种夹具能够以槽和定位销定位，不仅能够达到工件夹紧定位的目的，同时还能够提高工作效率，使得工件较长的问题得到解决。同时在设计过程中，还要考虑加工过程中，因夹紧点的频繁更换，而导致定位精度的变化。
2细长件铣削夹具结构组成和定位原理
2.1细长件铣削夹具组成
由图二所示为细长件铣削夹具的夹具体、压板以及六角螺栓。每次使用夹具体时，可以一次性放入4个工件。这种工艺的制作流程较为简单，经历的周期也比较短，同时需要的成本也较低。只需要在工件中安排有四个方槽、三个螺栓槽，同时在夹具两端分别加工生成四个销孔。制作过程中，所采用的材料类型为45号钢。
2.2细长件铣削夹具工件定位原理
夹具体中较为明显的特征为有四条方槽，而在槽的两端则分别设有四个销孔。销孔已经加工好，并且同时位处工件的两端与中间。在装夹的过程中，夹具体的槽中可以安装工件。对槽侧面可以对y轴进行限制，然后通过销孔对工件x轴自由度进行定位。再通过紧固螺旋的方式将夹具体、压板以及长条形工件进行压实，其目的在于使得z轴不能够随便移动。如图三所示。
3细长工件铣削夹具的夹紧方式
工件在加工过程中，如果铣削力不当，会使得工件变形。为了应付这种情况，可以加工方槽和沉孔。通过以上方式能够实现定位，使得整个装夹工作变得十分轻松可靠。
在加工的过程中，应当处理好工件的超程问题。在加工过程中，可以通过分段加工的方式进行，在分段加工的基础之上，可以先采用夹具进行装夹，待到过程完成之后，从定位销中的退出。当螺栓被松开，将没有进行加工的那一段挪过来，加上定位销。将螺栓拧紧，再开始加工。此时，工件太长的问题便迎刃而解。
而从材料力学的理论来看，物件受力总会产生变形，作用力f与其作用下产生的变形量y称为物体刚度。从另一个角度来说，物体的刚度便是使得工件变形的力。如下公式：
y=（fyl2）＼（48ei）
从该公式中可以看出，工件的变形位移则意味着工件的加工尺寸将受到影响，变形尺寸越大，变动越大。因此，在加工过程中，控制切削的径向进给量十分重要。
4加工工件安装程序
首先，在夹具的长槽中将工件安装，对定位销进行安装，将压板对夹具压好，对螺栓进行拧紧。其次，在对数控机床进行操作过程中，要对数控程序进行编制，然后进行挖槽，然后钻孔工作正常进行。最后，上述步骤完成之后，将螺栓松开，将定位销退出来，选择工件没有加工的一端，在特定的位置进行安装。将螺栓拧紧之后，再将上述程序重复进行。将夹具进行加工后，通过实践，能够达到很好的效果，使得加工效率不断提高。加工时，不管是槽的精度还是孔的精度，能够达到技术要求，而钻孔的误差也比较小，得到了很多客户的欢迎。
5效果评价
生产过程中，可以应用这种夹具，使得整个加工精度能够得到保证。同时能够在很大程度上对装夹的速度得以提高，使得生产效率能够提高。此时，将夹具改进之前和改进之后的效果变化进行对比，选取的零件有3000个。可以表现为以下几个方面，第一，按照以前的加工方法，一次只能装夹一件，而一天只能生产七八件工件；加工工件比较长，容易出现超程问题，此时需要重新拆装才能够完成该工件；加工的比较长，以3000个工件为例，则需要加工十个月以上。第二，改进之后的夹具，装夹工件一次性可以达到4个，达到生产总数达到40件；加工过程可以分段进行。工件通过较快的速度进行定位，这种定位方法能够使得超长工件的超程问题得以解决。
6结语
在生产实践过程中，批量加工这种情况也更为突出。处理批量生产零件时，由于零件的形状不同，在装夹过程中，会遇到各种问题。所以在设计机床夹具时，需要按照零件的形状进行设计，同时还要对夹具进行合理设计，使得生产出的零件嫩巩固满足质量和技术要求，使得生产成本能够不断降低。
参考文献：
[1]吴玉光，张根源，李春光.夹具定位误差分析自动建模方法[j].机械工程学报，2012（5）.
[2]李大磊，李慧平.利用solidworks建立专用夹具元件库和辅助定位误差计算[j].机床与液压，2010（3）.
[3]秦国华，叶海潮.基于矢量角度和优化技术的定位误差新算法[j].计算机集成制造系统，2009（12）.
关键词：三维软件；数控机床；方案设计；应力分析
中图文分类号：TP39文献标识码：A
随着计算机的不断发展，三维软件的应用也越来越普及，目前，三维软件的使用已经贯穿于数控机床的设计与制造的始终，具体体现在利用三维软件进行方案设计、零件与部件的绘制、模拟装配、加工仿真、运动仿真、动画演示、应力分析、逆向工程。数控机床的设计与制造业常用的三维软件有Pro/Engineer、CATIA、Solidworks、UG、CAXA等，各类软件虽然存在着一定的差异，但都能达到数控机床辅助设计与制造的目的。三维软件的应用为加强企业的竞争实力提供了有力的帮助。
1利用三维软件进行数控机床的方案设计
数控机床的生产制造企业根据客户的要求进行方案设计，传统的方案设计方法采用的是平面绘图的方法，即设计人员根据客户对数控机床加工功能及加工精度进行设计，满足要求的方案不止一种，在利用平面图形与客户沟通时真实感较差，会使设计者与客户的沟通存在一定的困难。采用三维软件设计方案则比较直观、快捷、易修改，且具有可视化。可以预见及避免因设计者设计时考虑不周而出现的问题。此外，能够使方案设计得更加具体化、形象化。
2根据设计方案细画零件并进行模拟装配
以机械设计手册为依据，利用传统的机械设计方法确定零件的尺寸后，在三维软件绘图环境中绘制零件的立体图形，根据零件间的相对位置与尺寸关系进行模拟装配，利用三维软件进行设计能够较直观的看到整机的三维效果，能够检测各零件之间在设计时所产生的干涉问题，设计者据此进行改进，利用三维软件还可以对数控机床的运动进行模拟，这样能够减少设计时的失误，降低试制的成本。用三维软件对零件进行的模拟装配如出现问题可以及时的对零件进行修正，直接修改草图即可，而如果是采用二维绘图必须得同时更改三个视图。用三维软件绘制的三维零件图形可以直接生成工程图，并保存成二维图形文件的扩展名，二维软件绘制的二维图形也可以作为三维绘图中的草图，因此三维软件可以与二维设计软件进行交互使用。
3对零件进行仿真加工节省时间降低加工成本
数控仿真是应用计算机技术为数控加工操作过程进行模拟仿真的技术，在三维软件中选择毛坯、刀具、切削参数，确定走刀路线，通过生成的刀具路径可以直观地看到零件加工的动态过程。而且能够进行后置处理，自动生成数控加工程序，通过适当修改后的程序可以进行数控加工。这就节省了编制数控加工程序的时间，而且也能减小加工出现的危险性。
4三维软件应用于数控机床零件的应力分析
4.1利用三维软件进行应力分析的可行性依据
数控机床设计时首先要考虑结构是否合理，能不能满足功能要求，其次是要对零件进行受力分析，使产品设计的更为合理，传统的分析方法采用的是根据计算公式手工进行计算的方法，手工计算应力虽然准确，但需要很长的时间，费时费力，居于这种情况，三维软件应运而生，经过验证得出结论，利用三维软件计算的结果与用手工计算的结果基本上是一致的。所以，当前三维软件已经完全取代了手工分析应力。
4.2利用三维软件进行应力分析的必要性与使用价值
现代数控机床设计时所采用的最普遍的方法就是类比法，根据客户提出的切削用量确定机床的技术参数，数控机床的本体结构基本相似，只是附加的功能会有细微的差别，采用类比法设计的数控机床虽然说设计周期短，但成本会有所增加，因为在机械结构件的设计过程中会为了保险而增大支撑部件的壁厚，假如同类产品的立柱壁厚为20mm，如采用类比法时壁厚就有可能设计为25mm或者更厚，这种设计方法虽然能够保证立柱的强度，但也增加了立柱本身的重量，从而增加了生产成本。如果能够对数控机床的大型结构件进行应力分析，就会得到较为合理的壁厚，在没有延长生产周期的前提下，为数控机床的生产厂家节约了制造成本。
5逆向工程中三维软件的应用
数控机床的常规设计过程，是设计人员根据经验首先构思产品的形状、相关性能和大致的技术参数，确定设计方案，并进行三维绘图与模拟装配，再利用三维软件生成工程图进行投产，这个过程是研发的正向设计过程。逆向工程则是先有产品，后进行反向推出产品的设计数据的过程，即在产品上扫描多个点转到三维软件中，根据这些点进行绘制产品的立体图形。这一技术也被广泛的应用于汽车与船舶的制造行业中。
6三维软件在数控机床装配中应用的探究
目前，数控机床的制造企业中的装配工人仍然使用二维的平面装配图纸进行装配，对工人的技术水平要求相对较高，必须读懂三视图，如因一时疏忽很可能造成装配失误，如果工人能够直接用三维图形进行装配，那就会取得事半功倍的效果，随着机械制造业的设计制造水平的不断提高，数控机床的装配方法也会不断更新，希望无纸化的设计与制造工艺能够极早得到应用。
结语
数控机床的设计与制造中，三维设计取代了人工的设计与制造，采用三维软件可以缩短新产品的设计研发周期，有利于产品的改型，能够提高产品的质量，不断提高设计人员的工作效率，同时也降低了生产成本，增强产品的市场竞争力。三维软件在数控机床及至机械制造业中的应用还有待于不断的探索。
参考文献
[1]刘彤晏，刘文华.NVENTOR.软件在机床方案设计中的应用[J].组合机床与自动化加工技术，2005（9）.
关键词：无线手轮；无线射频；nRF24L01；数控机床
中图分类号：TN911.7?34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2013）07?0163?03
手轮，即手摇脉冲发生器。在数控系统中，刀具微动、工件对刀、工作台的随动、机床原点的修正等这些功能通常是通过手作来实现的[1]。手轮主要由光电编码器、坐标轴选择开关和增量倍率选择开关组成，用于手摇方式控制数控机床相应坐标轴的移动。但传统的有线手轮的连接线的接头处容易断裂，使用时间长了容易出现连接不可靠的问题，同时因为受到连接线的影响，用户无法围绕机床自由移动。如今无线通信技术越来越成熟，无线产品也越来越多，由此可见，可以基于无线技术研发一种新型无线手轮来改善现有手轮的性能。本次设计了一种基于工业级内置硬件链路层协议的低成本无线芯片nRF24L01的无线手轮。手轮使用无线传输后，杜绝了连线断裂的问题，能提高手轮的使用寿命。摆脱有线连接的束缚，使用者可以移动自由，操作方便，能提高工作效率。
1设计原理
本次设计的无线手轮，由手持发射端和机床接收端两部分构成，工作原理如图1所示。发射端由单片机控制器采集手轮产生的差分信号和按键产生的控制信号，经过编码后通过无线方式发送出去。接收端则由单片机控制nRF24L01接收由手持发送端发过来的信号。经过解码后还原成差分脉冲信号和按键控制信号并输出用于控制机床移动。
原理框图
2硬件设计
2.1控制信号的采集
信号的采集由Atmel公司的Atmega16单片机来完成。ATmega16单片机采用Harvard结构，内置WDT，具有高速、低功耗，可直接驱动LED、SSR或继电器等特点[2]，具有很高的性价比，故选用该单片机。发送端需要采集的信号有4路差分脉冲信号和按键控制信号。当手轮上的光电编码器转动时，将会产生4路脉冲信号（A+，A-，B+，B-），其中A+和A-、B+和B-分别是极性相反两路信号。在手持端，使用四重差分线接收器AM26C32将这四路脉冲信号转变成两路差分脉冲信号（A，B），从而方便MCU对信号进行处理。脉冲A和脉冲B不仅能反映光电编码器转动的格数，同时还能反映光电编码器转动的方向[3]。当光电编码器正转时，A相超前B相90°，反转时，B相超前A相90°。图2给出正转时脉冲A、B的波形图。
正转时差分脉冲波形图
2.2nRF24L01无线收发
无线收发部分的核心芯片采用nRF24L01芯片。nRF24L01是一款工作在2.4～2.5GHz世界通用ISM频段的单片无线收发器芯片。输出功率、频道选择和协议的设置可以通过SPI接口进行设置。具有极低的电流消耗。该芯片支持多点间通信，最高传输速率达2Mb/s。该器件采用GFSK调制，128个频点可供选择，片内自己生成报头和CRC校验码，具有出错自动重发功能[4]。这些特性使得由nRF24L01构建的无线设备具有成本低、速率高、传输可靠等优点。由于nRF24L01工作在2.4GHz这个国际规定的免费频段，不需要向国际相关组织缴纳任何费用，这就为2.4GHz技术可发展性提供了有利条件[5]。
nRF24L01支持多点间通信，最高传输速率达2Mb/s。嵌入的链路层控制减少了MCU的复杂性和成本，并且提高了数据传输的可靠性，它采用SOC方法设计只需要少量的元件便可组成射频收发[6]。nRF24L01及电路原理图如图3所示。
nRF24L01及电路
通过SPI接口，MCU可以很方便地控制nRF24L01无线模块。SPI接口是一种同步串行通信接口，CSN是芯片选择管脚，当该管脚为低电平时，SPI接口可以通信，反之不能通信。MOSI和MISO为数据传输管脚，MOSI用于数据输入，MISO用于数据输出。SCK为同步时钟，在时钟的上升沿或下降沿数字数据被写入或读出[7?8]。ATmega16内部有一个可工作于主机/从机模式的硬件SPI串行接口[9]，但由于ATmega16的工作电压为5V，而nRF24L01的工作电压为1.9～3.6V，因此ATmega16的SPI接口与nRF24L01的SPI接口间应串接一个2kΩ左右的限流电阻，以免烧毁芯片。
2.3控制信号的还原
机床接收端收到由手持端发送过来的信号后，需要将其还原成相应的控制信号。接收到的两路差分脉冲信号只需要经过差分信号输出器AM26C31便可还原成4路脉冲信号。而坐标轴选择信号和增量倍率选择信号的逻辑高电平为24V，因此需要将控制信号的电平进行转换，本次设计中通过光耦来实现。为了增强驱动能力，将控制信号经过大功率达林顿管后再输出。该部分电路原理图如图4所示。
控制信号电平转换电路
3软件设计
3.1手持发送端软件设计
发送端控制器完成初始化后，把nRF24L01配置成PTX工作模式。然后不断检测按键是否按下，若有按键按下，则执行相应的操作。同时启动定时器，每隔一段时间读取一次差分信号状态并向机床接收端发送一次数据，将手持端的状态发送给接收端。发送端软件流程图如图5所示。
手持发送端软件流程图
nRF24L01的数据传输模式有ShockBurst和EnhancedShockBurst两种数据包。后者比前者多了一个确认数据传输的信号，保证数据传输的可靠性。现按后一种模式初始化，nRF24L01发送数据包后，自动切换到接收模式以接收返回的确认信号，当收到确认信号后，IRQ引脚产生中断信号，如果没收到返回信号，则自动重新发送，如果重新发送的次数超过在设定值时，也会在IRQ引脚产生中断信号，MCU通过查询STATUS寄存器的值，即可判断是发送完成中断，还是重发次数超限中断。
3.2机床接收端软件设计
机床接收端软件流程图如图6所示。接收端控制器完成初始化后，把nRF24L01配置成PRX工作模式。接收到数据包后，由硬件解析地址数据和信息数据，当接收到有效信息数据后，在IRQ引脚产生中断通知处理器读取数据[10]。控制器首先核对数据中识别码部分是否有效，若有效则将控制信号还原。否则，丢弃该数据包。
机床接收端软件流程图
4设备对码
由于2.4GHz频段没有使用授权限制，目前家用电器、手机、无线网络都集中在此频段，干扰问题难以避免。为了避开干扰，采用了设备对码技术。在发送端和接收端同时按下对码键后，发送端随机生成一个8位的识别码发送给接收端，机床接收端收到后发送确认对码成功信号给手持发送端，并将该识别码保存在E2PROM中。在正常工作状态下，发送端在发送数据时将识别码作为数据的一部分，一起发送。接收端在接收到信号时核对识别码，若相同则进行相应处理，否则不作出响应。这样做可以在很大程度上减少干扰。
5结语
本文介绍了基于nRF24L01的数控机床无线手轮的硬软件设计要点。由于考虑到工控场合的特殊性，在设计时着重考虑了系统的稳定性。本次设计的无线手轮在其正常工作距离内能够稳定的将手持端产生的差分脉冲信号和按键控制信号发送给接收端，从而正常控制机床的移动。在信号传输不稳定时也不会造成机床误操作。手轮的最大工作距离主要取决于天线在选择。经测试，使用PCB板载天线，空旷直线传播距离在15m左右，而在有障碍物的环境下，其传输距离也可达5～10m。如果使用功放和外置天线，传输距离可达几百米。
参考文献
[1]汤兆红，张运安，区锐相，等.数控系统中手轮信号处理方法[J].机床与液压，2007，35（6）：32?33.
[2]马潮.AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.
[3]陈华，李寅，章明众，等.一种基于串口通信的数控手轮连接方案[J].机电工程，2010，27（5）：41?43.
[4]NordicSemiconductor.nRF24L01singlechip2.4GHztransceiverproductspecification[M].USA：ASA，2007.
[5]黄顺，赵艳辉，刘丽艳，等.基于USB的2.4G无线音频技术[J].衡阳师范学院学报，2011，32（3）：49?51.
[6]宋晓伟，孟国营，叶洋，等.基于nRF24L01的无线温度监测系统[J].煤炭工程，2010（11）：11?12.
[7]王华斌，孟立凡，谷宗冉，等.基于SPI总线的无线数据传输系统设计[J].电子科技，2009，22（12）：17?19.
[8]来清民.传感器与单片机接口及实例[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.
【关键词】数控；机床；机械
1.引言
由于工业自动化的全面发展和科学技术的不断提高，对工作效率的提高迫在眉睫。单纯的手工劳作以满足不了工业自动化的要求，因此，必须利用先进设备生产自动化机械以取代人的劳动，满足工业自动化的需求。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。
目前，我国大多数工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，其劳动强度大、生产效率低，而且具有一定的危险性，已经满足不了生产自动化的发展趋势。为了提高工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统,适应现代机械行业自动化生产的要求,针对具体生产工艺,结合机床的实际结构，利用机械手技术，设计出上下料机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。本文主要对机械手的总体设计进行简单说明。
2.发展现状和趋势
目前，国内外各种机械手和机械手的研究成为科研的热点，其研究的现状和大体趋势如下：
（1）机械结构向模块化、可重构化发展。（2）工业机械手控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，结构小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性，而且维修方便。（3）机械手中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，还引进了视觉、听觉、接触觉传感器，使其向智能化方向发展。（4）关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机械手产品标准化、通用化、模块化、系列化设计；柔性仿形喷涂机械手开发，柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规划研究，控制系统开发；（5）焊接、搬运、装配、切割等作业的工业机械手产品的标准化、通用化、模块化、系列化研究；以及离线示教编程和系统动态仿真。
总的来说，大体是两个方向：其一是机械手的智能化，多传感器、多控制器，先进的控制算法，复杂的机电控制系统；其二是与生产加工相联系，性价比高，在满足工作要求的基础上，追求系统的经济、简洁、可靠，大量采用工业控制器，市场化、模块化的元件。
3.机械手的总体设计
3.1机械手总体结构的类型：工业机械手的结构形式主要有四种：直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构和关节型结构。各结构形式及其相应的特点，分别介绍如下：
（1）直角坐标机械手结构特点：直角坐标机械手的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的。由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，因此，其运动位置精度高，但此种类型机械手的运动空间相对较小，如要达到较大运动空间，则要求机械手的尺寸足够大。直角坐标机械手的工作空间为一空间长方体，主要用于装配作业及搬运作业。直角坐标机械手有悬臂式，龙门式，天车式三种结构。（2）圆柱坐标机械手结构特点：圆柱坐标机械手的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的。其工作空间是一个圆柱状的空间。这种机械手构造比较简单，精度相对较高，常用于搬运作业。（3）球坐标机械手结构特点：球坐标机械手的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的。其工作空间是一个类球形的空间。这种机械手结构简单、成本较低，但精度不很高，主要应用于搬运作业。（4）关节型机械手结构特点：关节型机械手的空间运动是由三个回转运动实现的。相对机械手本体尺寸，其工作空间比较大，动作灵活，结构紧凑，占地面积小。此种机械手在工业中应用十分广泛，如焊接、喷漆、搬运、装配等作业。关节型机械手又分为水平关节型和垂直关节型两种。
3.2机械手设计的一般要求
机械手手爪设计有如下要求：（1）机械手手爪是根据机械手作业要求来设计的。既根据其应用场合设计手爪，在满足作业要求的前提下，机械手手爪还要求体积小、重量轻、结构紧凑。（2）机械手手爪的万能性与专用性是矛盾的。万能手爪在结构上很复杂，甚至很难实现，从工业实际应用出发，应着重开发各种专用的、高效率的机械手手爪，加之以快速更换装置，以实现机械手的多种作业功能，而不主张用一个万能的手爪去完成多种作业，以考虑设计的经济效益。（3）机械手手爪的通用性。通用性是指有限的手爪，可适用于不同的机械手，这就要求末端执行器要有标准的机械接口（如法兰），使末端执行器实现标准化。（4）机械手手爪要便于安装和维修，易于实现计算机控制。
3.2具体采用方案：根据实际操作的需要，该机械手在工作中需要3种运动,其中手臂的伸缩和立柱升降为直线运动,另一个为手臂的回转运动,因此其自由度数目为3，综合考虑，应选择圆柱坐标机械手结构，其结构简单，工作范围相对较大，且有较高的精度，满足设计要求。
4.结论
本设计是一个特定功能、满足特殊要求的数控机床上下料机械手的设计。机械手采用可编程序控制器控制,可以实行手动调整、手动及自动控制。系统结构紧凑、工作可靠，设计周期短且造价较低。PLC有较高的灵活性，当机械手工艺流程改变时，只要对I/O点的接线稍作修改，或对I/O重新分配，在控制程序中作简单修改，补充扩展即可。经过重新编制相应的控制程序，就能够比较容易的推广到其他类似的加工情况。
参考文献
［1］孙兵,赵斌,施永康.物料搬运机械手的研制.机电一体化.2005,(2):43～45
［2］王田苗,丑武胜.机电控制基础理论及应用.北京:清华大学出版社,2003.
［3］陈铁鸣,王连明,王黎钦.机械设计(修订版).哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2003.
［4］李建勇.机电一体化技术.北京:科学出版社,2004.
1.PLC发展历程
它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字量、模拟量的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。在可预见的将来，PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中将占据主导地位。
2.PLC的总体外部接线设计
本系统的辅助电气控制系统的系统有两个输入，两个报警输出；冷却系统也有两个输入，两个报警输出；照明和信号灯系统有一个输入，四个输出。
3.与冷却控制系统设计
机床和冷却系统的较好设计，是非常重要的。对于各种机械设施的保养、维修、使用都有着十分重要的作用。但是在与冷却系统的电气控制方面，依然存在一些问题：一是和冷却系统的工作状态监控，这方面也是很重要的；二是设置的与冷却的循环和补给容易造成浪费，所以我们要较好地设计，这样才能达到节约资源，不浪费的目的，一方面为自己的企业，另一方面也为了国家的能源。与冷却系统的电气控制原理分为两部分：电机控制和PLC控制。当系统准备好之后，计算机数字控制（CNC）系统发出信号，使得系统开始工作，首次15s后，电机停止工作。当压力开关接通时，开始计时25min，计时完成后，压力开关断开，冷却电机在此工作15s，并循环工作。同时设定X7为电机过载，X10为冷却电机过载，X9为油不足，X11为冷却液不足开关信号。当这些信号有效时则系统会发出报警信号。工作过程可以这样描述：首先通过两个相互作用的时间继电器T，实现冷却的工作时的间隙工作；再使用PLC准备好信号，使特殊继电器M8001为1，开始首次冷却；首次冷却结束后，当压力开关闭合时，中间继电器M1开始工作，使得系统再次工作；15s后使得时间继电器T2为1，当压力开关断开时，中间继电器T3为1，M1停止工作，延时25min后，再次运转。由此完成系统的周期动作。然后再通过X7，X8，X10，X11实现冷却系统的报警和手动控制。
4.照明与信号灯系统设计
数控机床要求照明系统在开机的时候立即打开，并且在控制柜里面的照明系统是在打开控制柜的时候开启，关上电柜箱门的时候关闭。而信号指示灯主要是开机时亮黄灯（表示系统准备好），系统紧急停止，或者报警的时候亮红灯，而系统正常运行的时候是亮绿灯。
5.总结
关键词:数控机床；可靠性技术；设计；应用；
中图分类号：S611文献标识码：A
前言
目前，数控机床可靠性技术能够体现机械制造业的发展水平，也在一定程度上反映国家的现代化水平。尤其是随着我国现代制造业技术的快速发展，数控机床在现代工业中的应用也越来越广泛，因而数控机床可靠性技术在现代工业中的作用也更加明显。自上个世纪后期以来，我国加强了对数控机床可靠性技术的基础性研究工作，进而使我国的数控技术取得了较大的发展。但是，随着国外大量的数控设备进入到我国市场，我国国内的数控机床市场受到很大的冲击。因此，为了与国外的数控设备进行竞争，有必要提高数控机床可靠性技术的设计。
一、可靠性指标
可靠性是指在一定的条件和时间内，完成某些任务的能力。数控机床的可靠性是指数控机床能够在一定是时间和条件下完成机械制造的能力。但是，数控机床的可靠性不能通过单一的指标进行衡量，因而衡量数控机床的可靠性一般很难。目前，数控机床的可靠性都是采用定量的数据来表示。因此，在设计数控机床的可靠性时，需要采取很多方法对数控机床的可靠性进行估计，当数控机床应用于某种机械设备的制造后，还需要对制造出来的机械设备进行可靠性检验。
二、可靠性分析
2.1应力分析
一般情况下，数控机床的零件在运行的过程中所承受的载力主要包括非正常载荷和工作载荷两种。其中，非正常载荷是由于数控机床设计人员设计的不当或者是由于数控机床制造人员不到位而造成的，而工资载荷是数控机床正常运行所必须的。因此，需要通过数控机床的结构设计尽量减少数控机床的非正常载荷，以达到应力分析的目的。
2.2故障树分析
故障树是一种描述设备故障因果关系的一种方法，也是数控机床可靠性分析的常用方法之一。但是，数控机床在运行的过程中出现故障是很常见的现象，因而采取故障树分析数控机床潜在的故障显得至关重要。同时，由于故障树方法分析数控机床存在的故障还具有简单和形象的优点，因而故障树分析受到了广泛的应用。
2.3故障模式影响与危害性分析
故障模式影响与危害性分析是对数控机床故障影响分析和危害性分析的综合，其目的是为了分析数控机床存在的故障和解决故障。但是，这种分析数控机床故障的技术是对数控机床的各个组成部分存在的故障进行逐一分析，进而对数控机床设计中存在的故障环节进行全面改进，为数控机床的可靠性设计提供有效的信息。因此，加强对数控机床的故障模式影响与危害性分析显得很关键。
三、可靠性设计
3.1可靠性预计
数控机床的可靠性预计一般是根据人们对数控机床的故障数据、技术水平和零部件的可靠性等进行预计，从而预计数控机床实际的可靠性程度。为了进一步提高数控机床的可靠性，首先应该对数控机床进行可靠性预计，最后根据对数控机床可靠性预计的结果改进数控机床原有的设计方案。因此，对数控机床的可靠性进行预计是提高其可靠性的重要环节。
3.2可靠性分配
数控机床是指将数控机床的可靠性指标按照一定的原则分配到不同的组成部分，从而使得数控机床的设计要求能够到达其可靠性需要。通过对数控机床进行可靠性分配，进一步提高数控机床可靠性设计方案，尤其是对数控机床中不满足可靠性要求的零部件进行分析和分配，以提高数控机床的可靠性。
四、数控机床可靠性试验技术
目前，数控机床的可靠性试验技术一般包括可靠性设计和应用两个方面。由于数控机床的可靠性试验是确保数控机床使用性能的重要手段，通过对数控机床的可靠性试验，才能进一步了解数控机床的可靠性指标。同时，数控机床可靠性试验是对数控机床进行分析和评价的重要方面。这也是对数控机床可靠性设计过程中各个环节的可靠性进行分析，从而提高数控机床的可靠性。因此，数控机床可靠性试验技术是提高其可靠性的重要环节，因而加强对数控机床的可靠性试验显得很关键。
五、总结
总而言之，数控机床的可靠性技术的设计已经发展成为一个合理的理论和方法，因而数控机床的可靠性不能离开其可靠性技术的设计。只有通过对数控机床的可靠性进行分析，才能有效地提高数控机床的可靠性。同时，数控机床设计企业应该从数控机床的设计选型、零部件设计和故障数据分析等多个方面进行分析和研究，并及时对数控机床的可靠性进行改进，从而提高数控机床的整体性能。因此，现阶段研究数控机床可靠性技术的设计和应用具有非常重大的现实意义。
参考文献
[1]杨兆军，陈传海，陈菲.数控机床可靠性技术的研究进展[J].机械工程学报，2013，49（20）：130-138.