气动机械手的设计与制造在“学期项目式教学”中的应用

【摘 要】如何提高学生的综合职业技能，是解决当前教学过程中的重要课题。通过对国际先进职业院校的了解和学习，学期项目式教学是提升学生综合职业技能的最佳方法。因此针对“气动机械手的设计与制造在学期项目式教学中的应用”进行探索和研究。从专业课及技能的应用，锻炼学生的职业素养方面着手。

【关键词】综合职业技能；学期项目式教学；气动机械手；机械结构

1.前言

职业教育在中国当前的教育形式中起着重要的作用，但在教学实施过程中，存在对知识掌握单一性的问题。如何提高学生的综合职业技能，是解决当前教学过程中的重要课题。

通过对国际先进职业院校的了解和学习，学期项目式教学是提升学生综合职业技能的最佳方法。因此针对“气动机械手的设计与制造在学期项目式教学中的应用”进行探索和研究。

通过气动机械手的设计与制造在学期项目式教学中让学生从机械设计、CAD、气动设计、数控加工、电气原理图的设计、PCL设计等的应用。其次还锻炼学生组织管理、跨专业团队协作、现场问题的分析与处理、工作效率、安全及文明生产等方面的职业素养。

2.讨论课题

学期开始召集学生讨论课题设计思路、技术路线、实施方案及明确责任和分工。

3.机械结构设计

3.1 具体机械结构设计方案

机械手的传动机构要力求结构紧凑，重量轻，体积小，以提高机械手的运动速度及控制精度。采用气缸提供动力，杠杠机构原理加紧。

3.2 利用UG软件进行机械结构设计

采用UG软件对气动机械手机械部分进行三维实体建模和各零件、部件、机构装配，然后再对各机械关节机构实体模型进行运动仿真。设计效果如图1所示。

4.机械手材料的采购与加工

考虑到机械手要有一定的强度，但又要便于数控加工，所以综合考虑采用铝合金材料。根据零件的设计要求，依据图纸选用数控车床、数控铣床对零件进行数控加工。

5.电气原理图设计

5.1 气压的控制

综合考虑各方面因素，气压必须控制在0.6mpa-0.7 mpa之间。

5.2 确定气压元件

气压执行元件大体分为直线气压缸和旋转气缸，气缸的具体型号见表1。

5.3 拟定气压执行元件运动控制

气压执行元件确定后，其运动速度和运动方向的控制是气压回路的核心问题。

速度控制通过改变气压执行元件输入或输出的流量变化来实现。相应的调速方式有气量调节阀调速；方向控制是用换向阀或是逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的气压系统，通过换向阀的有机组合来实现所要求的动作。

本设计的速度控制主要采用气量调节阀调速，而方向控制采用电磁换向阀来实现。

5.4 系统设计

本气动机械手的电气设计系统如图2所示。

6.PLC控制程序的设计

6.1 气缸工作过程

6.2 电磁阀工作过程

电磁阀控制气缸的先后循序如表3。

6.3 PLC程序编写

机械手控制系统的硬件设计上考虑到机械手工作的稳定性、可靠性以及各种控制元件连接的灵活性和方便性，控制器应选择有极高可靠性、专门面向恶劣的工业环境设计开发的工业控制器---PLC，故选择在国内应用较多的日本三菱PLC。具体型号为FX1NC。其PLC程序如图3。

7.气动机械手的装配与调试

7.1机械部件的安装；7.2气路的安装；7.3电路的安装；7.4 PLC程序的导入；7.5 PLC程序时间控制和气路气量调节。

8.结束语

经过一学期的项目式教学后，组织老师和学生一起讨论研究成果，提出不足及改进之处。通过该项目让学生在专业课、技能的应用及学生职业素养方面的锻炼都有很大的提高。

参考文献：

[1]隋冬杰 谢亚青编著.《机械基础》.复旦大学出版社，2010.

[2]石望远编著.《液压与气动传动》.国防工业出版社， 2009.

[3]晏初宏编著.《数控机床与机械结构》.机械工业出版社，2011.

[4]张连华编著.《电器-PLC控制技术及应用》.机械工业出版社，2007.